|
人工煤气(Manufactured Gas),简称煤气,是指以煤、石油等固体或液体可燃物为原料,通过干馏、气化或裂解等热加工方式制得的可燃气体。人工煤气主要有:气化煤气、干馏煤气、转炉煤气和高炉煤气等。
1. 气化煤气(Coal Gasification Gas),即煤制合成气,是指将煤或焦炭在高温下与气化剂(如空气、氧气、水蒸气)发生化学反应生成的可燃气体。主要成分包括一氧化碳(CO)、氢气(H₂)和少量甲烷(CH₄)。典型的气化煤气包括:发生炉煤气(Producer gas)、水煤气(Water gas)和半水煤气(Semi water gas)等。
煤气化气是将燃料煤经粉碎、加压、裂解制取的可燃气体,是洁净煤利用技术的一种燃烧方式。煤制气热值比天然气热值低,但其制取方便,可自备设备自行生产,不受运输管线限制,在我国天然气供应不足的当前是洁净能源利用不可替代的一种可燃气体。煤制气因其诸多优势,被广大工矿企业应用,可用于发电和生活用气。
煤气化技术是生产合成气产品的主要途径之一,通过气化过程将固态的煤转化成气态的合成气,同时副产蒸汽、灰渣等副产品。煤炭气化时,必须具备三个条件,即气化炉、气化剂、供给热量,三者缺一不可。煤气化工艺技术分为:固定床气化技术、循环流化床气化技术、气流床气化技术三大类,各种气化技术均有其各自的优缺点,对原料煤的品质均有一定的要求,其工艺的先进性、技术成熟程度也有差异。
采用的气化剂不同,煤气化的成分也不同,煤制气的主要成分是:CO (75%)、H₂ (6%)、CH₄ (3%)、CO₂ (9%),其余为N₂;经脱硫处理后,煤制气的主要成分是CO和H₂,CH₄的含量一般少于2%。
2. 干馏煤气(Coal Carbonization Gas),是指将煤在隔绝空气的条件下高温加热(干馏),使其分解而产生的可燃气体。主要成分包括氢气(H₂)、甲烷(CH₄)和一氧化碳(CO)等。典型的干馏煤气包括:焦炉煤气、兰炭气和炭化炉煤气。
2.1 焦炉煤气(Coke Oven Gas, COG), 又称焦炉气,粗煤气或荒煤气,是指用几种烟煤配制成炼焦用煤,在炼焦炉中经过高温(950–1350℃)干馏后,在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体,是炼焦工业的副产品。由于可燃成分多,属于高热值煤气。热值为17-18.25 MJ/Nm³或4,063-4,362 kcal/Nm³。
焦炉气是混合物,其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别,一般每吨干煤可生产焦炉气300~350 Nm³。其主要成分为氢气(55%~60%)和甲烷(23%~27%),少量一氧化碳(5%~8%)、C2以上不饱和烃(2%~4%)、二氧化碳(1.5%~3%)、氧气(0.3%~0.8%))、氮气(3%~7%)。其中氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃为可燃组分。
2.2 兰炭气(Semi Coke Gas), 是指在600℃的炼焦炉中将煤进行干馏,产生半焦(即兰炭)而伴生的可燃气体。低温干馏兰炭窑每生产1吨兰炭将产生600 - 700 Nm³左右的兰炭气。兰炭气热值为6,732~8,439 kJ/Nm³ 或1,609-2,017 大卡/Nm³,属低热值气体。可以用作发电的燃料。中国标准:GB/T 25211-2023 《兰炭产品分类及质量要求》。
兰炭气的主要成分为甲烷(8.8%-17.6%),氢气(12%-28%),一氧化碳(6%-22%),不饱和烃(0.8%-1.2%),氮气(44%-52%),氧气(0.2%-5%),二氧化碳(2%-12%),硫化氢(0.4%-0.8%)。
2.3 炭化炉煤气(Retort Gas),是指煤、木材或其他含碳原料在隔绝空气条件下中温加热(约850℃干馏)时产生的气体燃料。该过程属于化学变化,广泛应用于煤炭提质、木炭生产及生物质资源化利用等领域。
炭化炉煤气的成分因原料种类、炭化温度和工艺条件不同而有所差异,但通常包含氢气(H₂)、甲烷(CH₄)、一氧化碳(CO)、少量乙烯(C₂H₄)、氮气(N₂)等气体。热值约为1800 kcal/Nm³,属于中低热值燃气,不适合直接作为民用管道燃气使用,但可满足工业发电燃料需求。
3. 转炉煤气(Linz-Donawitz Gas, LDG), 是指氧气顶吹转炉炼钢过程中,铁水中的碳和氧气作用后产生的可燃气体。其主要可燃成分一氧化碳的含量高,体积为60%~80%,二氧化碳体积含量为15%-20%,以及氮、氢和微量氧。标态下低位热值为6,200 kJ/Nm³左右。转炉煤气中不含硫,含氢量也很少,是一种非常理想的燃料和化工原料。炼一吨钢大约能回收60 m³的转炉煤气用于余热锅炉,产生的蒸气基本可以满足冶炼一吨钢所需氧气消耗的热量及转炉辅助设备所需能量。
4. 高炉煤气( Blast Furnace Gas, BFG), 是指高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体。它的大致成分为一氧化碳25-33%、氢气1-4%、二氧化碳12-15%、氮气55%、烃类0.2-0.5%及少量的二氧化硫。它的含尘浓度10-50 g/Nm³,粉尘粒径在500 μm以下,主要是铁、氧化亚铁、氧化铝、氧化硅、氧化镁和焦炭粉末。高炉煤气热值仅为3,500 kJ/Nm³左右。
高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的品种及冶炼工艺有关,现代的炼铁生产普遍采用大容积、高风温、高冶炼强度、高喷煤粉量的生产工艺,采用这些先进的生产工艺提高了劳动生产率并降低能耗,但所产的高炉煤气热值更低,增加了利用难度。高炉煤气中的CO₂,N₂既不参与燃烧产生热量,也不能助燃,相反,罗茨风机还吸收大量的燃烧过程中产生的热量,导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。
这种含有可燃一氧化碳的气体,是一种低热值的气体燃料,可以用于冶金企业的自用燃气,如加热热轧的钢锭、预热钢水包和发电等。也可以供给民用,如果加入焦炉煤气,就叫做混合煤气,这样就提高了热值。
