水煤氣

水煤氣是水蒸氣通過熾熱的焦炭而生成的氣體，主要成份是一氧化碳 ，氫氣 ，燃燒後排放水和二氧化碳，有微量CO、烴和NOX。燃燒速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，據國外研究和專利的報導壓縮比可達12.5，熱效率提高20－40%、功率提高15%、燃耗降低30%，尾氣淨化近歐IV標準 ，還可用微量的鉑催化劑淨化。與醇、醚相比，簡化製造和減少設備，成本和投資更低。壓縮或液化與氫氣相近，但不用脫除CO，建站投資較低。還可用減少的成本和投資部分補償壓縮（制醇醚也要壓縮）或液化的投資和成本。有毒，工業上用作燃料，又是化工原料。

基本介紹

• 中文名：一氧化碳和氫氣混合物
• 英文名：Carbon monoxide and hydrogen mixtures
• 別稱：水煤氣
• 化學式：H2 CO

組成部分

向固定床煤氣化爐交替通入空氣和水蒸氣，製得的煤氣。其組成大致為：CO₂5%、H₂50%，CO 40%，N₂5%。以空氣和水蒸氣的混合氣，連續通入氣化爐，在高溫下進行煤氣化反應。調節空氣與水蒸氣的比例，氣化爐可以自熱運行，製得的煤氣稱為發生爐煤氣。其組成大致為：CO 25.5%，CO 29%，H₂ 10.5%，N₂55%。發生爐煤氣氮含量很高，不適於作合成氨原料氣，但可以和水煤氣摻混使用，也可以直接作為低熱值燃料煤氣或作為城市煤氣的摻混氣。

生成原理

將水蒸氣通過熾熱的煤層可製得較潔淨的水煤氣（主要成分是CO和H₂），現象為火焰騰起更高，而且變為淡藍色（氫氣和CO燃燒的顏色）。化學方程式為C+H₂O（g）===(高溫)CO+H₂。這就是濕煤比干煤燃燒更旺的原因。

煤氣廠常在家用水煤氣中特意摻入少量難聞氣味的氣體，目的是當煤氣泄漏時能聞到及時發現。甲烷和水也可制 水煤氣化學方程式為CH₄+H₂O===CO+3H₂

環保型水煤氣發生爐

另一種低熱值煤氣。由蒸汽與灼熱無煙煤或焦炭作用而得。主要成分為氫氣與一氧化碳，也含有少量二氧化碳和氮氣和甲烷等組分；各組分含量取決於所用原料及氣化條件。主要用作合成氨和合成液體燃料等的原料，或作為工業燃料氣的補充來源。

水煤氣生產一般採用間歇周期式固定床生產技術。爐子結構採用UGI氣化爐型式。在氣化爐中碳與蒸汽主要發生如下水煤氣反應：

C+H₂O（g）===（高溫）CO+H₂

C+2H₂O（g）===（高溫）CO₂+2H₂

以上反應均是吸熱反應，因此必須向氣化爐內供熱。一般先送空氣入爐，燒掉一部分燃料，將熱量蓄存在燃料層與蓄熱室里，然後將蒸汽通入灼熱燃料層進行反應。由於反應吸熱，燃料層及蓄熱室溫度下降到一定溫度時，又重新送空氣入爐升溫，如此循環。當任務是生產燃料氣時，為提高煤氣熱值，有時提高出爐煤氣溫度，藉以向熱煤氣里噴入油類，使油類裂解，即得所謂增熱水煤氣。

水煤氣工藝

在水煤氣制氣過程中，為了保證操作安全和充分回收排放氣中的可燃成份，所以水煤氣的製造過程不是簡單的由鼓風和鼓蒸汽兩個過程組成一個循環，一般是由5~6個過程組成一個循環。

如以6個階段的循環為例：

1、吹風階段：空氣爐底鼓入，料層升溫，廢氣爐頂排出。

2、蒸汽吹淨階段：蒸汽爐底吹入，將第一階段的殘餘廢氣排出，以保證制氣對產出煤氣質量。

3、一次上吹制氣階段：從爐底鼓入水蒸汽，在料層內吸熱氣化產生煤氣，從頂部逸出回收，此時料層下部的溫度明顯下降。

4、下吹制氣階段：水蒸汽由爐頂吹入，在爐內產生水蒸汽氣化反應，此時將料層的熱量進一步吸收，產出的水煤氣由爐底逸出回收，產出的水煤氣由爐底逸出回收，而上部料層溫度也明顯下降。

5、二次上吹制氣階段：此為安全操作而設定的一個階段，其目的是用水蒸汽將上層制氣時在爐底積累的水煤氣趕盡，以防止與鼓風空氣相遇而產生事故，但此時從爐頂逸出的氣體仍有較高的CO+H2，所以逸出的煤氣要回收。

6、空氣吹淨階段：由爐底鼓入空氣，將爐內及剩餘煤氣從爐頂逸出，並加以回收。

這循環一個過程一般2.5~4.5分鐘之間。

3分鐘循環的各階段時間分配表

時間名稱	吹風	蒸汽吹淨	一次上吹	下吹	二次上吹	吹淨
時間（秒）	48.6	5.4	39.6	70.2	10.8	5.4
比例（%）	27	3	22	39	6	3

所以各階段時間不是均配的，鼓風占27%，而制氣站67%。水煤氣的成分為：CO₂=6.0，H₂S=0.4，O₂=0.2，
CO=38.5，H₂=48.0，CH₄=0.5，N₂=6.4高熱值：11304千焦/米³。

排出的鼓風氣中含有的CO+H2約有11%左右，熱值約為1500千焦/米3，此部分熱量作為損失，所以水煤氣的氣化效率為60%，熱效率為55%，是低於混合發生爐煤氣的。

用途

氣體燃料的一種。主要成分是氫和一氧化碳。由水蒸氣和熾熱的無煙煤或焦炭作用而得。工業上大多用蒸氣和空氣輪流吹風的間歇法，或用蒸氣和氧一起吹風的連續法。熱值約為10500千焦/標準立方米。此外，尚有用蒸氣和空氣一起吹風所得的“半水煤氣”。可作為燃料，或用作合成氨、合成石油、有機合成、氫氣製造等的原料。可用噴射式無焰燒嘴進行燃燒，空氣和煤氣不用預熱。

安全隱患

水煤氣存在著許多隱患，水煤氣發生爐長期運行後極易產生大量硫化氫、焦油、酚水等污染物，影響半徑達500米，對農作物、空氣環境和人體等都有較大的損害。它產生的多種廢氣和惡臭，會引起人頭痛、頭暈，居民難以承受。此外，由於水煤氣主要由一氧化碳、氫氣等易燃氣體組成，一旦泄漏，則極可能發生爆炸和中毒，造成群死群傷事件。

對於水煤氣中的硫化氫，在其後煤氣燃燒後會轉化為二氧化硫和水，因此，在燃煤氣的爐窯中燃燒後尾氣中有二氧化硫，需要脫硫處理，但是時下使用的較少。

另：

一種低熱值煤氣。由蒸汽與灼熱的無煙煤或焦炭作用而得。主要成分為氫氣和一氧化碳，也含有少量二氧化碳、氮氣和甲烷等組分；各組分的含量取決於所用原料及氣化條件。主要用作合成氨、合成液體燃料等的原料，或作為工業燃料氣的補充來源。

工業上，水煤氣的生產一般採用間歇周期式固定床生產技術。爐子結構採用UGI氣化爐的型式。在氣化爐中，碳與蒸汽主要發生如下的水煤氣反應：

C+H2O===（高溫）CO+H2

CO+H2O===（高溫、催化劑）CO2+H2

以上反應均為吸熱反應，因此必須向氣化爐內供熱。通常，先送空氣入爐，燒掉部分燃料，將熱量蓄存在燃料層和蓄熱室里，然後將蒸汽通入灼熱的燃料層進行反應。由於反應吸熱，燃料層及蓄熱室溫度下降至一定溫度時，又重新送空氣入爐升溫，如此循環。當目的是生產燃料氣時，為了提高煤氣熱值，有時提高出爐煤氣溫度，藉以向熱煤氣中噴入油類，使油類裂解，即得所謂增熱水煤氣。

後記

近幾年來，正在開發高溫氣冷堆的技術，用氦為熱載體將核反應熱轉送至氣化爐作為熱源，以生產水煤氣。