煤氣（Coal 燃氣）泛指一般可燃性氣體，通常指由固體燃料(或重油)經(jīng)碳化或氣化等過程而得的氣體產(chǎn)物。主要成分為可燃氣體，如氫、一氧化碳、碳氫化合物等，并含有氮、二氧化碳等不可燃氣體。
煤氣有很多種類，分為天然煤氣和人工煤氣。人工煤氣主要按制氣方式分類，根據(jù)制氣方式，可將人工煤氣分為干餾煤氣、裂化煤氣、液化煤氣、高爐煤氣和發(fā)生爐煤氣。煤氣的用途廣泛，可作為工業(yè)窯爐、鍋爐、內(nèi)燃機及生活用的燃料，或用作化學工業(yè)原料來生產(chǎn)化肥、合成氨、合成纖維、醫(yī)藥等。
人類很早就發(fā)現(xiàn)和使用煤氣，已經(jīng)有很久的歷史。在中國漢朝時期，已經(jīng)有了使用天然煤氣的記載。西方國家在第一次工業(yè)革命后大規(guī)模使用煤氣，并開發(fā)出一系列設備。在20世紀30-50年代和70年代后，第一代流化床Winkler氣化爐、移動床加壓氣化Lurgi爐、第一代氣流床氣化K-T爐和加壓固定床液態(tài)排渣氣化爐等相繼實現(xiàn)工業(yè)化應用。
煤氣是易燃易爆并且有毒的氣體，遇明火或靜電易起火爆炸，如果吸入會造成煤氣中毒，輕則頭暈、惡心、嘔吐，重則昏迷甚至危及性命。在生產(chǎn)生活中必須按規(guī)定使用和儲存，避免發(fā)生中毒或者起火爆炸。在發(fā)生安全事故時，必須按照規(guī)定進行處理。
發(fā)展歷史
漢朝時期，在中國四川臨邛，就開始有人使用天然煤氣。晉朝時期，著名的書法家王羲之所著寫的“十七帖”里，提到過四川省有天然煤氣井的事情。宋朝末年和元朝初年，四川人民已經(jīng)大規(guī)模使用天然煤氣煮飯。
1792年，英國化學家梅爾道克在家中給朋友們表演用火柴點燃水煮煤產(chǎn)生的蒸汽，并將這種蒸汽命名為煤氣。1804年，溫澤在英國倫敦西姆劇院作了題為“煤氣之光”的演講，鼓動使用煤氣照明。1807年，溫澤說服倫敦市政府在主要街道用使用煤氣燈照明。1812年，溫澤創(chuàng)辦了世界第一家煤氣公司。1830年，英國人賈科莫證實了煤氣可以用于炊事，開拓了煤氣的另一應用途徑。
1880年德國設計了世界上第一臺常壓移動床空氣間歇氣化爐，1913年被美國氣體公司改革成UGI爐。UGI爐是以冶金焦為原料，用間歇氣化制水煤氣或半水煤氣。
20世紀30-50年代，西方煤氣化技術取得了很大的成就。第一次世界大戰(zhàn)后，1926年第一代流化床Winkler氣化爐實現(xiàn)工業(yè)化應用。1939年移動床加壓氣化Lurgi爐實現(xiàn)工業(yè)化應用。1952年第一代氣流床氣化K-T爐實現(xiàn)工業(yè)化應用。
20世紀50年代以后，隨著石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展，常壓固定床氣化爐在國外逐漸被淘汰，其它煤氣化技術的發(fā)展也基本處于停滯狀態(tài)。
20世紀60年代，中國開始進行K-T式粉煤氣化試驗，并于20世紀70年代初在新疆建成一套K-T式粉煤氣化制氨裝置，投產(chǎn)后由于耐火材料被腐蝕、碳轉化率低、排渣困難等問題而改燒重油，此后沒有新的發(fā)展。
第一次石油危機后，發(fā)達國家大力發(fā)展現(xiàn)代煤氣化技術。20世紀70年代后，加壓固定床液態(tài)排渣氣化爐，加壓流化床氣化爐，加壓粉煤水煤漿氣化爐和干煤粉加壓氣化爐相繼實現(xiàn)工業(yè)化。這一時期發(fā)的氣化爐型是目前現(xiàn)代煤化工發(fā)展的主要選擇爐型。
1978年后，中國先后開展了固定床加壓碎煤氣化爐，水煤漿加壓氣化爐，灰團聚流化床氣化爐的研制。“九五”“十五”期間國家組織開展多噴嘴水煤漿加壓氣化和二段式干煤粉加壓技術攻關，目前，這幾項氣化技術均已進入工業(yè)化應用階段。目前，移動床常壓氣化UGI氣化爐在中國仍是主力爐型，用于生產(chǎn)合成氣或燃料氣。移動床加壓氣化Lurgi爐在劣質煤氣化方面占有一定市場。隨著中國現(xiàn)代煤化工的發(fā)展，水煤漿加壓氣化爐和干煤粉加壓氣化爐已成為主要選擇。
分類介紹
天然煤氣
天然煤氣是人們利用鉆井的方式，從地層中的天然氣層或石油層中開采出來的氣體燃料。當?shù)貙又袥]有石油層，只有天然氣層時，開采出來的可燃氣體就是天然氣；當?shù)貙又胁坏袣怏w層，而且還有石油層時，開采出來的可燃氣體就是副產(chǎn)煤氣。副產(chǎn)煤氣也稱為石油伴生氣，因為這種可燃氣體是伴隨石油開采時而獲得的副產(chǎn)品。
天然煤氣在我國分布廣泛，在四川省、甘肅省、青海省、黑龍江省、貴州省等省份和長江中下游平原都勘測出了天然煤氣。在青海柴達木盆地發(fā)現(xiàn)了有開采價值的煤氣田。
人工煤氣
人工煤氣是人們利用碳化、液化、裂解、氣化等不同手段制造出來的氣體燃料。可根據(jù)制氣方式分為干餾煤氣、裂化煤氣、液化煤氣、高爐煤氣和發(fā)生爐煤氣，也可根據(jù)煤氣分配的狀態(tài)參數(shù)分為高壓煤氣、中壓煤氣和低壓煤氣。
按照制氣方式分類
干餾煤氣
由煤在焦爐中進行干餾所制得的煤氣稱為干餾煤氣，也就是荒煤氣。
裂化煤氣
在煉油生產(chǎn)過程中，由渣油裂解而生成的煤氣稱為裂化煤氣。
液化煤氣
液化煤氣也稱液化石油氣，是原油煉制汽油、柴油過程中的副產(chǎn)品。在常溫下呈氣態(tài)，加壓至約1.6MPa或冷卻后呈液態(tài)，液化后體積縮小為氣態(tài)的1/250左右，因此便于以液態(tài)儲存和運輸，是理想的新能源。
高爐煤氣
高爐煤氣指煉鐵過程中從高爐爐頂逸出的可燃性氣體，是煉鐵過程的副產(chǎn)品。其理論燃燒溫度約為1400℃~1500℃，含有大量粉塵（約60～80克/米3），所以需要除塵處理，并在可能的情況下將其和空氣預熱以提高燃燒溫度。據(jù)統(tǒng)計，高爐每消耗1噸冶金焦約可產(chǎn)出3800~4000米3高爐煤氣（約有60%的燃料轉變?yōu)楦郀t煤氣）。
發(fā)生爐煤氣
將固體燃料（如煤等）投入發(fā)生爐，在燃燒過程中通入空氣、水、蒸汽而使固體燃料中的碳被氧化生成可燃氣體，這種氣體燃料稱為發(fā)生爐煤氣，也稱氣化煤氣。根據(jù)通入空氣、水、水蒸氣的不同或通入量的不同可分為空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣、蒸汽氧煤氣等。
空氣煤氣：是以空氣（實際是空氣中的氧氣）作氣化劑的發(fā)生爐煤氣。
水煤氣：是以水蒸汽作氣化劑的發(fā)生爐煤氣。
半水煤氣：是以一定比例的水煤氣和空氣煤氣的混合氣體作氣化劑的發(fā)生爐煤氣。
混合煤氣：是以空氣和水蒸汽的混合物作氣化劑的發(fā)生爐煤氣。
蒸汽氧煤氣（富氧煤氣、原料氣）：是以空氣、水蒸汽和氧氣（外加的純氧）混合物作氣化劑的發(fā)生爐煤氣。
按照煤氣輸送分配的狀態(tài)參數(shù)分類
高壓煤氣
煤氣在由制氣廠向用戶輸送分配時的運行壓力或工作壓力大于10000毫米水柱時，稱為高壓煤氣。
中壓煤氣
煤氣在由制氣廠向用戶輸送分配時的運行壓力或工作壓力小于10000毫米水柱而大于500毫米水柱時，稱為中壓煤氣。
低壓煤氣
煤氣在由制氣廠向用戶輸送分配時的運行壓力或工作壓力小于500毫米水柱時，稱為低壓煤氣。
化學組成
煤氣是一種混合氣體。它由氫、一氧化碳、硫化氫、甲烷及其它碳氫化合物（如丙、正丁烷）等可燃成分和氮、二氧化碳、水蒸汽等不可燃成分組成。
理化性質
煤氣是一種無色有特殊臭味的易燃易爆有毒氣體，腐蝕性很強。煤氣的燃燒的火焰溫度為900~2000℃。自燃點648.9℃，爆炸極限4.5%～40%，最易引燃濃度15%～21%，最易引爆濃度18%，IDLH（立即威脅生命和健康濃度）=1500毫克/米3。
煤氣的燃燒反應
煤氣中各可燃成分的燃燒反應如下
完全燃燒時，可見到火苗明亮，沒有煙。如果火苗暗紅并帶有黑煙就是燃燒不完全。在焦爐加熱中，應當使煤氣完全燃燒，這樣才能有效地利用煤氣的熱能，提高熱效率，降低耗熱量。
性能特點
應用領域
天然煤氣
天然煤氣可用作生產(chǎn)生活的燃料，還可以用作化學工業(yè)的原料。
人工煤氣
干餾煤氣
干餾煤氣常用作燃料，也可加工成為合成氨和有機合成等工業(yè)的原料。
液化煤氣
在民用領域，液化煤氣被用作燃料來烹調、燒水、取暖。
在工業(yè)上，液化石油氣還可用來干燥、定型、切割、熱彎、鍛工加熱、熔化金屬、火退火、食品烘焙、紙張烘干等。它不僅可以代替煤炭做燒鍋爐的燃料和代替汽油做汽車的燃料，而且可做合成橡膠、合成纖維、合成樹脂、合成塑料的原料。
在農(nóng)業(yè)上，用于農(nóng)產(chǎn)品的烘烤干燥、溫室采暖、水果催熟、孵化雞鴨、加工飼料等。此外，液化石油氣還可以作溶劑，用于冷凍、貯藏、消毒滅菌及照明等方面。
高爐煤氣
高爐煤氣經(jīng)除塵后得到的凈煤氣，在冶金聯(lián)合企業(yè)，主要用于焦爐，以及與荒煤氣混合用作發(fā)電燃料，也可作為煉鐵廠的熱風爐、軋鋼廠的加熱爐、動力廠的鍋爐以及焦化廠的煉焦爐等處的工業(yè)燃氣或其他民用燃氣使用。
發(fā)生爐煤氣
用于冶煉爐、玻璃窯爐、煉焦爐等的加熱，也可用作燃氣輪機的燃料。
空氣煤氣：發(fā)熱量很低，用途不廣。
水煤氣：可作為燃料，或用作合成氨、合成石油、有機合成、氫氣制造等的原料。
半水煤氣：多用作合成氨的原料，也用作氣體燃料。
混合煤氣：工業(yè)上用途最廣，廣泛用于冶金、機械、玻璃、建筑材料等工業(yè)部門的熔爐和加熱爐。
生產(chǎn)方法
天然煤氣
在完成鉆井、安裝井口設備、鋪設集氣網(wǎng)和建立集氣站等準備工作后，對氣田進行開采。將氣田中各氣井的煤氣開采出來，并使用氣井后面的分離器分離出煤氣中所含的固態(tài)和液態(tài)雜質，然后將煤氣聚集于集氣網(wǎng)中，然后再使其流向集氣站。在集氣站對煤氣再一次分離固態(tài)和液態(tài)雜質，并進行計量和測定參數(shù)。
干餾煤氣
煉焦生產(chǎn)時，在焦爐中會產(chǎn)生大量的碳化煤氣，也就是焦爐煤氣。由于煉焦的物理過程是干餾過程，就是將煤在隔絕空氣的條件下加熱使其分解，在生產(chǎn)出冶金焦的過程中，煤中的碳、氫等成分也會分解揮發(fā)出來，生成干餾煤氣。隨干餾溫度的不同，煤能分解揮發(fā)出不同成分的干餾煤氣，在500～550℃時產(chǎn)生的是以甲烷為主要成分的半焦煤氣，燃燒時的發(fā)熱量在6000～7000大卡/米3之間；在900～1100℃時產(chǎn)生的是以氫為主要成分的煉焦煤氣，燃燒時的發(fā)熱量在4000大卡/米3左右。
裂化煤氣
將煉油生產(chǎn)過程中剩下的比重較大的渣油和蒸汽同時噴入800℃的爐內(nèi)，渣油中的碳氫化合物就會被裂解，與水蒸氣發(fā)生水煤氣反應，在催化劑的作用下，反應加快，生成裂化煤氣。
液化煤氣
液化煤氣來源比較廣泛，可以從油田伴生氣或天然氣中通過煉油廠催化裂化裝置獲得。鉆井開采得到的液態(tài)石油（也稱原油）和氣態(tài)天然石油氣。在煉油生產(chǎn)中，除了產(chǎn)生出各種汽油、煤油、柴油和剩下的渣油外，還有一種在標準狀態(tài)下為氣態(tài)的可燃氣體，將它收集起來，增加其壓力或降低溫度，使其液化轉變成液態(tài)，使其體積縮小百倍或幾百倍，得到液化煤氣，即液化石油氣。液化狀態(tài)下的煤氣在減壓時，又會轉變?yōu)闅鈶B(tài)的可燃物。
高爐煤氣
高爐煤氣是高爐煉鐵的副產(chǎn)品，煉鐵過程中從高爐爐頂逸出的可燃性氣體就是高爐煤氣。
發(fā)生爐煤氣
將固體燃料（無煙煤、木炭、褐煤、木柴、半焦炭、泥煤、甚至農(nóng)業(yè)上的廢料，例如玉米稈、稻草稈、谷糠等植物的稈莖和皮殼均可使用）投入發(fā)生爐，在燃燒過程中通入空氣、水、蒸汽而使固體燃料中的碳被氧化，生成發(fā)生爐煤氣。根據(jù)通入空氣、水、水蒸氣的不同或通入量的不同可分為空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣、蒸汽氧煤氣等，其可燃成分主要是氫、一氧化碳、甲烷等。
空氣煤氣：只用空氣鼓風得到空氣煤氣。
水煤氣：工業(yè)上大多用蒸汽和空氣輪流吹風的間歇法，或用蒸汽和氧一起吹風的連續(xù)法，獲得水煤氣。
半水煤氣：發(fā)生煤氣時，將蒸汽和空氣（或富氧空氣）同時吹入煤氣發(fā)生爐，得到半水煤氣。
混合煤氣：用空氣和蒸汽混合鼓風得到混合煤氣。
蒸汽氧煤氣：用空氣、水蒸汽和氧氣（外加的純氧）混合鼓風得到蒸汽氧煤氣。
毒性
中毒機理
煤氣的主要成分是一氧化碳，所以煤氣與人體發(fā)生反應實際是與一氧化碳發(fā)生反應。我們所說的煤氣中毒，實際是指一氧化碳中毒。當人處在一氧化碳濃度較高的地方就會發(fā)生中毒，一氧化碳和氧氣可以同時通過肺的通氣進入肺部，再通過肺泡內(nèi)的氣體交換進入血液，氧和一氧化碳都能與血紅蛋白結合，而一氧化碳與血紅蛋白的結合能力大得多，這使得更多的血紅蛋白與一氧化碳結合，又因為一氧化碳與血紅蛋白結合后分離速度極慢，而血紅蛋白的數(shù)量是有限的，這樣就使氧失去了與血紅蛋白結合的機會，不能被血液運輸?shù)浇M織細胞，造成組織細胞缺氧。我們的大腦是最需要氧氣的器官之一，一旦斷絕氧氣供應，由于體內(nèi)的氧氣只夠機體消耗2min，因此很快造成人昏迷并危及生命。
中毒表現(xiàn)
輕度中毒：中毒者血液中被一氧化碳搶占的血色素達到10%~20%，可能出現(xiàn)頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、惡心、嘔吐、全身乏力、心動過速、短暫昏厥。輕度中毒者經(jīng)過及時治療后，癥狀一般很快消失。
中度中毒：中毒者血液中被一氧化碳搶占的血紅蛋白達到30%~40%，除輕度中毒癥狀加重外，口唇、指甲、皮膚黏膜出現(xiàn)櫻桃紅色，多汗，血壓先升高后降低，心率加速，心律失常，煩躁，一時性感覺和運動分離（尚有思維，但不能行動）。中度中毒者如果搶救及時，幾天后就能恢復健康，也沒有明顯的并發(fā)癥。
重度中毒：中毒者血液中被一氧化碳搶占的血紅蛋白達到50%以上，迅速進入昏迷狀態(tài)，昏迷狀態(tài)可達十幾小時以上，甚至幾天不醒。初期四肢肌張力增加，或有陣發(fā)性強直性肌肉痙攣；晚期肌張力顯著降低，患者面色蒼白或青紫，血壓下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。重度中毒者還會出現(xiàn)肺炎、肺水腫等，并伴有心肌損害、水電解質混亂等嚴重并發(fā)癥。如經(jīng)搶救存活者可有嚴重并發(fā)癥及后遺癥。一氧化碳重度中毒患者的后遺癥中，有神經(jīng)衰弱、震顫麻痹、偏癱、偏盲、失語癥，吞咽困難、智力障礙、中毒性精神病或去大腦強直。部分患者可發(fā)生繼發(fā)性腦病。
慢性中毒：中毒者由于長期反復地吸入一定量的一氧化碳，導致神經(jīng)和心血管系統(tǒng)受到一定程度的損害，會引發(fā)頭痛、疲倦、失眠和情緒易波動等，嚴重者患上神經(jīng)衰弱綜合征、心肌損害、動脈粥樣硬化等病癥。
安全事宜
生活注意事項
使用煤氣的廚房，必須有通風設施。禁止廚房和居室并用，煤氣灶同取暖爐火并用。切忌在裝有煤氣設施的廚房里睡人。在煤氣灶周圍不要堆放易燃易爆物品。煤氣設施禁止拴綁繩索、吊掛物品，以免造成室內(nèi)管道煤氣泄漏。在使用煤氣時，需有人照管，防止因煤氣意外熄滅或者其他原因引發(fā)安全事故。使用完煤氣后，必須關閉煤氣灶具開關，在休息時，必須關閉接灶管末端氣嘴。定期檢查膠皮管是否損壞、老化，并及時更換。
生產(chǎn)注意事項
管道和煤氣設備要密閉不泄漏，一旦發(fā)現(xiàn)有煤氣泄漏點，要及時處理。
管網(wǎng)內(nèi)的煤氣必須保持正壓。煤氣壓力驟然下降時，應立即關閉閥門，停止使用，以保持管網(wǎng)壓力。
點燃煤氣時，必須先提供火源，后給煤氣，當點火不著時，應迅速切斷煤氣供應。待幾分鐘后，再重新點火。
以上三條可歸納為：不泄漏，保正壓，先給火。這是使用煤氣的三條基本原則。
泄露與消防
如果發(fā)生泄露，應消除所有點火源。根據(jù)氣體擴散的影響區(qū)域劃定警戒區(qū)，無關人員從側風、上風向撤離至安全區(qū)。建議應急處理人員戴正壓自給式呼吸器，穿防靜電服。作業(yè)時使用的所有設備應接地。盡可能切斷泄漏源。噴霧狀水抑制蒸氣或改變蒸氣云流向。防止氣體通過下水道、通風系統(tǒng)和限制性空間擴散。隔離泄漏區(qū)直至氣體散盡。
如果發(fā)生起火，及時切斷氣源。若不能切斷氣源，則不允許熄滅泄漏處的火焰。消防人員必須佩戴空氣呼吸器、穿全身防火防毒服，在上風向滅火。盡可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻，直至滅火結束。滅火方法：用霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉滅火。
若有煤氣中毒者，救助者要做好防護措施，再進入急救現(xiàn)場展開援救。若煤氣濃度較高時，應佩戴面具或氧氣呼吸器進入現(xiàn)場實施搶救。進入現(xiàn)場后，切斷煤氣來源，打開所有的門窗，使新鮮空氣進入室內(nèi)，降低室內(nèi)的煤氣濃度，嚴禁接打電話、吸煙、開啟電源等，以防引出火花，引起爆炸。在現(xiàn)場以外煤氣濃度不高的地方，迅速撥打120，及時與醫(yī)務人員聯(lián)系。盡快檢查中毒者的脈搏、呼吸、意識等，對呼吸、心跳已停止的中毒者，要進行心肺復蘇術。在每進行30次的胸外心臟按壓后，再進2次人工呼吸。現(xiàn)場如有吸氧裝置，可對神志清醒、有自主呼吸的中毒者，給予吸氧治療，直至醫(yī)務人員到來。在專業(yè)醫(yī)護人員達到之前，可以先讓中毒者先安靜地休息，避免中毒者因身體活動或情緒激動而使心、肺負擔加重。在寒冷的天氣里，還要注意為中毒者保暖。
參考資料 >