人工燃氣主要是指利用煤氣化製成的燃氣。城市燃氣發展的初期使用的氣源就是人工燃氣，包括乾餾煤氣、氣化煤氣和油制氣。
基本介紹
- 中文名：人工燃氣
- 外文名：manufactured fuel gas
- 性質：科學
- 領域：燃氣工程
乾餾煤氣,汽化煤氣,油制氣,
乾餾煤氣
煤在高溫乾餾過程中產生的氣體，稱之為乾餾煤氣，常見的有焦爐煤氣、伍德爐煤氣等。乾餾煤氣是煤在高溫缺氧環境下分解時的產物。煤料在炭化室受熱時，首先釋放出水蒸氣及吸附在煤粒表面的CO2，CH4等氣體。當溫度升高到200℃以上時，煤開始分解，這時最易分解的短側鏈形成了CO2及CO，產率也不高。這一階段的上限溫度及煤氣生成量因煤種不同而異，對焦煤來說，終了溫度為200～400℃，逸出的煤氣量，為正常高溫乾餾時生成總煤氣量的5%～6%。
自400℃左右開始，煤進行劇烈的分解，這時煤氣逸出量大大増加。當溫度達到500～550℃時，其逸出量為總煤氣量的40%～50%，CH4含量高達45～59%，而氫含量較低，為11%～20%，並有較多的重碳氫化合物。在這一階段內形成的氫是煤的環狀化合物脫氫時的產物，而甲烷則是低溫焦油內石蠟族碳氫化合物分解作用的結果。因此，這階段內煤氣不僅來自煤的一次熱解，而且還來自二次熱解，因為焦油已是一次熱解產物。
600℃以上時，基本上不再產生焦油，但自半焦中仍大量產生煤氣。至700℃左右時，產生的煤氣量急劇增加，其逸出量為煤氣總生成量的40%左右。這階段內煤氣組成的特徵是H2含量很高。
圖1給出了炭化室中煤氣組成隨著溫度變化的情況。由圖可以看出，煤氣中CH4及其同系物、CO2的含量是隨著溫度的升高而降低，而H2及CO含量是隨著溫度升高而增加，重烴含量在800～900℃時達到最大值，此後開始下降。高溫乾餾時所生成的煤氣組成，在一定範圍內和煤料性質有關。資料說明，煤中氧含量愈高，則煤氣中水蒸氣、CO2和CO含量也愈增加。
圖1 煤氣的組成隨溫度的變化汽化煤氣
固體燃料的汽化過程是一個熱化學過程。它是以固體燃料（煤或焦炭等）為原料，以O2（空氣、富氧成純氧）、水蒸氣或氫氣等作汽化劑（或稱汽化介質），在高溫條件下通過化學反應將固體燃料轉化為氣體燃料的過程。汽化時所得到的可燃氣體稱為汽化煤氣，其有效成分包括CO，H2，CH4等。汽化煤氣亦可用作城市燃氣、工業燃氣和化工原料氣。
煤的汽化過程是在煤氣發生爐（又稱汽化爐）中進行的。發生爐是由爐體、加料裝置和排灰裝置等三大部分構成的。
汽化原料（煤或焦炭）由上部加料裝置裝入爐膛，原料層及爐渣層由下部爐柵支撐，汽化劑由下部送風口進人，經爐柵均勻分配，與原料層接觸而發生汽化反應。反應生成的汽化煤氣由原料層上方引出，汽化反應後殘存的爐渣由下部灰盒排出。水夾套防止爐體受高溫並回收爐體散熱。
在發生爐中，原料與汽化劑逆向流動，汽化劑由爐柵縫隙進入爐渣層，接觸熱爐渣後被預熱，然後進入爐渣層上區的氧化層（又稱燃燒層）。這裡，汽化劑中的02與原料中的C作用（即碳燃燒），生成CO2和少量CO。生成氣體與未反應的汽化劑一起上升，與上面熾熱的原料相遇，碳被還原，C02與H20被還原為CO和H2,該層稱為還原層。還原層生成的氣體和剩餘的未分解的水蒸氣一起繼續上升，加熱上面的原料層，使原料進行乾餾，該層稱為乾餾層。該層上部的原料即為乾餾產物半焦或焦炭。乾餾氣與下部來的氣體混合即為發生爐煤氣。煤氣經過最上面的原料層將原料預熱並乾燥後進入發生爐上部空間，溫度下降，由發生爐的煤氣出口引出。
油制氣
用石油及其產品生產的燃氣稱為油制氣。石油或石油產品通常為重碳氫化合物，通過熱裂解法和催化裂解法可以將分子量很高的組分裂解為低分子量的碳氫化合物和H2。油制氣通常用來作為城市燃氣的補充氣源，特別是以人工燃氣作為城市燃氣主要氣源的城市。
