人工氣體燃料

人工氣體燃料是以煤、石油產品或各種有機物為原料，經過各種加工方法而得到的氣體燃料。主要的人工氣體燃料有6種：氣化爐煤氣、焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣、液化石油氣、油制氣和沼氣。

基本介紹

• 中文名：人工氣體燃料
• 外文名：artificial gas fuel 
• 分類：六種
• 原料：煤、石油產品或各種有機物
• 性質：科學
• 種類：氣化爐煤氣、焦爐煤氣等

氣化爐煤氣

氣化爐煤氣是將煤、焦炭與氣化劑通過一系列複雜的物理化學變化，使之氣化為燃料用的煤氣或合成用煤氣。常用的氣化劑有空氣、水蒸氣、氧氣或它們的混合氣體。按照原料和氣化劑的不同組合，可以產生發生爐煤氣、水煤氣、加壓氣化煤氣等氣化爐煤氣。

發生爐煤氣以煤或焦炭為氣化原料，空氣或空氣和水蒸氣的混合氣作為氣化劑從下部送入並通過燃燒的煤層。氣化劑在通過中部還原層內完成二氧化碳及水蒸氣的還原反應，得到一氧化碳和氫氣等可燃氣體，即發生爐煤氣。它的可燃成分體積分數約40%左右，其餘成分為氮氣和二氧化碳。標態下低位熱值僅為5000 kJ/m左右，達不到工業和民用煤氣的規範要求，可作為工廠內部燃料或城市煤氣中的摻混燃氣。

水煤氣是以水蒸氣為氣化劑，與碳在高溫下反應生成的可燃氣體。整個制氣過程中需要與蒸氣交替鼓入空氣，使煤或焦炭燃燒以保持一定的氣化分解反應溫度。水煤氣的主要可燃成分也是一氧化碳和氫氣，體積分數大於80%，二氧化碳和氮氣含量僅占10%左右。因而它的熱值約為發生爐煤氣的一倍，標態下低位熱值為10400 kJ/m。由於含氫量大，水煤氣的燃燒速度較高。

高壓氣化煤氣是以不粘或弱粘結性塊煤為氣化原料，以氧氣和水蒸氣為氣化劑，在2～3MPa爐壓下完成氣化反應而產生的燃氣。加壓氣化工藝主要提高了煤氣的質量，可燃成分中除了有與水煤氣基本相同體積分數的一氧化碳和氫氣以外，還含有體積分數9%～17%不等的甲烷。因此它的熱值比發生爐煤氣和水煤氣都要高，標態下低位熱值約為16000 kJ/m。此外，這種工藝還有對原料煤適應性強，生產的煤氣便於輸送等優點。

焦爐煤氣

焦爐煤氣是煤在煉焦爐的炭化室內進行高溫乾餾時分解出來的燃氣。煤氣的組成隨著爐內的乾餾溫度和炭化時間不斷變化，因此其出爐煤氣的成分很複雜，包括主體部分、焦油霧、水蒸氣和各種雜質。作為工業和民用燃料用的焦爐煤氣，必須經過清除焦油霧、氨、苯類、萘，以及硫化物等雜質的淨化處理。它的主要可燃成分有氫，體積分數約60%；甲烷，體積分數約為25%。標態下其低位熱值約15000～25000 kJ/m。焦爐煤氣含氫量高，具有易燃性，燃燒速度是常用燃氣中較高的幾種之一，使用時應防止爆炸。

高爐煤氣和轉爐煤氣

高爐煤氣是高爐煉鐵過程中的副產品。其主要的可燃成分一氧化碳的體積分數約為30%，還含有極少量的氫氣和甲烷。由於含有大量的氮氣和二氧化碳(體積分數63%～70%)，高爐煤氣的熱值非常低，標態下低位熱值約3500 kJ/m。較高含量的一氧化碳使高爐煤氣具有很強的毒性，為一種密度較大的無色、無味、無臭氣體，使用過程中應特別注意防止煤氣中毒。高爐生產過程中焦炭的熱量約有60%轉移到高爐煤氣中，因此，充分地利用這種低熱值燃料可以有效地降低鋼鐵企業的能耗。

轉爐煤氣是氧氣頂吹轉爐煉鋼過程中鐵水中的碳和氧氣作用後產生的可燃氣體。其主要可燃成分一氧化碳的含量更高，體積分數為60%～90%，標態下低位熱值為7000 kJ/m左右。轉爐煤氣中不含硫，含氫量也很少，是一種非常理想的燃料和化工原料。據資料介紹，煉1t鋼若能回收60 m的轉爐煤氣用於餘熱鍋爐，產生的蒸氣基本可以滿足冶煉1 t鋼所需氧氣消耗的熱量及轉爐輔助設備所需能量。

液化石油氣

液化石油氣是在氣田、油田的開採中，或是從石油煉製過程中獲得的部分氣態碳氫化合物。這種氣態烴類的主要可燃成分是丙烷(C₃H₈)，丁烷(C₄H₁₀)，丙烯(C₃H₆)和丁烯(C₄H₈)，在常壓、常溫下以氣態形式存在。它的臨界壓力和臨界溫度較低，為3.53～4.45 MPa和92～162℃。因此，採用降低溫度或提高壓力的方法，很容易使氣態烴類液化。通常採用壓縮的方法，即在常溫下對混合燃氣加壓超過0.8 MPa，碳氫化合物中的C₃、C₄組分從氣態轉為液態，從而獲得液化石油氣。

液態的液化石油氣體積縮小了約270倍，標態下密度約為2．0 kg/m左右，比空氣重，便於運輸和貯存。液化石油氣的熱值很高，標態下低位熱值約為90000～120000 kJ/m(氣態)45000～46000 kJ/kg(液態)。它的燃燒速度中等，使用時通常採用降壓氣化的方法，也可以直接霧化燃燒。因為液化石油氣的爆炸下限低於2%，泄漏後極易形成爆炸氣體，遇明火將引起火災或爆炸事故，危害各種設施和人員人身安全。因此使用過程中要特別注意防範這類事故的發生。液化石油氣除了作為工業燃料和民用燃料外，其中的烯烴是合成橡膠、化纖、塑膠等工業的重要化工原料。

油制氣

油制氣是以石油或重油為原料油，通過加熱裂解或部分氧化等制氣工藝獲得的燃氣。加熱裂解法按其不同的工藝可以分為熱裂解氣和催化裂解氣兩種。

熱裂解氣通常在800～900℃溫度下對原油、石腦油、重油等相對分子質量較大的碳氫化合物進行熱裂解得到。其中C—C鏈斷裂後形成較小的烴類，C—H鍵分解則釋放出氫氣，若加入適量蒸氣還可生成一氧化碳。熱裂解氣的主要可燃成分是甲烷，乙烯和氫氣，體積分數超過70%；還含有一氧化碳和丙烯、乙烷等其它烴類。

催化裂解氣是在鎳、鈷等催化劑的作用下，碳氫化合物與水蒸氣反應生成氫、一氧化碳、甲烷等可燃氣體。其中氫的含量(原油裂化氣的體積分數約60%)較高，因此其燃燒速度較快。

上述兩種裂解制氣的工藝方法相同，區別僅在於反應過程中是否有催化劑的存在。熱裂解氣標態下熱值為35900～39700 kJ/m，可作為城市天然氣供應的調峰氣源；催化裂解氣按裂化工藝溫度不同，熱值變化範圍較大，標態下熱值約為18800 kJ/m(高溫深裂)或27200kJ/m(低溫淺裂)。

沼氣

沼氣是各種有機物(動植物殘骸、人畜糞便，城市垃圾及工業廢水等)在無氧條件下，通過兼性菌和厭氧菌的代謝作用，對有機物進行生化降解產生的生物燃氣。其中主要成分是甲烷，體積分數為55%～70%，及少量的一氧化碳、氫氣及硫化氫等。其標態下熱值約為23000 kJ/m。由於沼氣的原料來源廣泛，價格低廉，熱值較高，又是固體和液體中有機廢物處理時的副產品，有利於環境保護，所以是一種優質的氣體燃料，在工業生產中和農村被廣泛開發和利用。