煤气生产的工艺原理及煤气危害预防

[摘 要] 本文通过在实际生产中对煤气发生炉的研究与学习，阐述了煤气生产的工艺原理以及煤气产生的危害与预防措施，加深对煤气的认识，预防煤气可能产生的危害。

[关键词]工艺原理 、 煤气、危害 、 预防措施

中图分类号：TF055 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0309-01

一、 煤气的种类及性质

我国居民生活用的燃气最常见的有三种：

第一种是人工煤气，一般用管道输送。它是用煤炼制而成，主要成分是氢、甲烷和一氧化碳。为了安全，人工煤气中加入一种臭味，以便泄漏时发现。

第二种是天然气，一般用管道输送。它是蕴藏在地层中天然生成的可燃气体。本身三色三味。主要成分是甲烷，送往用户时也加入特殊臭味。

第三种是液化石油气，一般不瓶装。它是石油炼制过程中的一种产品，在常温下施加一定的压力，变成液体，它的主要成分为丙烷和丁烷。

除以上三种外，还有水煤气、矿井气、沼气和液化气混空气等，这些燃气供应量比较少。

在通常状况下，一氧化碳是无色、无臭、无味、有毒的气体，熔点―199℃，沸点―191.5℃。燃烧时发出蓝色的火焰，放出大量的热。因此一氧化碳可以作为气体燃料。

二、 发生炉煤气制造原理

工作原理是以煤为原料生产煤气，供燃气设备使用的装置。固体原料煤从炉顶部加入，随煤气炉的运行向下移动，在与从炉底进入的气化剂逆流相遇的同时，受炉底燃料层高温气体加热，发生物理、化学反应，产生粗煤气。这样在煤气发生炉中形成了几个区域，一般我们称为“层”。

按照煤气发生炉内气化过程进行的程序，可以将发生炉内部分为六层：1灰渣层；2氧化层；3还原层；4干馏层；5干燥层；6空层；其中氧化层和还原层又统称为反应层，干馏层和干燥层又统称为煤料准备层。

1、灰渣层：煤燃烧后产生灰渣，形成灰渣层，它在发生炉的最下部，覆盖在炉篦子之上。其主要作用为：

a、保护炉篦和风帽，使它们不被氧化层的高温烧坏；

b、预热气化剂，气化剂从炉底进入后，首先经过灰渣层进行热交换，使灰渣层温度降低，气化剂温度升高。

c、灰渣层还起了布风作用，使进入的气化剂在炉膛内尽量均匀分布。

2、氧化层：也称为燃烧层。从灰渣中升上来的气化剂中的氧与碳发生剧烈的燃烧而生成二氧化碳，并放出大量的热量。

3、还原层：在氧化层的上面是还原层。赤热的碳具有很强的夺取氧化物中的氧而与之化合的本领，所以在还原层中，二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。这一层也因此而得名，称为还原层，其主要反应为：CO C2CO

H2O CH2 CO

2H2O CCO2 2H2

4、干馏层： 就是把煤中的挥发份，焦油等物质经过加热后所产生的CmHm化合物分离出来，然后再进入还原进行化学反应，其高度为200厚

5、干燥层：干燥层位于干馏层上面，也即是燃料的面层，主要是把煤中的水发蒸发即可。

6、空层：空层即燃料层上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气。然后出去2COCO2 C以及2H2O COCO2 H2

从上面六层简单叙述，我们可以看出煤气发生炉内进行的气化过程是比较复杂的，既有气化反应，也有干馏和干燥过程。而且在实际生产的发生炉中，分层也不是很严格的，相邻两层往往是相互交错的，各层的温度也是逐步过渡的，很难具体划分，即使在专门的研究中，看法也是分歧的。

煤气发生炉可以分为五层：灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层。

鼓入的气化剂，首先经过渣层，并在层中得到预热。当上升进入高温的燃料层时，碳和氧发生下列反应：2C+02=2CO+Q 2C+02=CO2+Q

由于这个层的反应都是放热的所以温度很高，这一层称为氧化层。氧化层的热气体继续上升，与上层燃料接触，产生了还原反应。

主还原层的主要反应是：CO2+C=2CO-Q C+2H2O=CO2+2H2-Q C+H2O=CO+H2-Q；次还原层主要生成的一氧化碳与过剩的水蒸汽反应：CO+H2O=CO2+H2+Q；此外还有生成甲烷的副反应：C+2H2=CH4+Q。

三、 还原层中产生的热气体再往上升时，加热了上面的煤层，形成了干馏层和干燥层。

1、煤气的用途

水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成份是一氧化碳、氢气，燃烧后排放水和二氧化碳，有微量CO、HC和NOX。燃烧速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，据国外研究和专利的报导：压缩比可达12.5。热效率提高20-40%、功率提高15%、燃耗降低30%，尾气净化近欧IV标准，还可用微量的铂催化剂净化。比醇、醚简化制造和减少设备，成本和投资更低。压缩或液化与氢气相近，但不用脱除CO，建站投资较低。

将水蒸气通过炽热的煤层可制得较洁净的水煤气，现象为火焰腾起更高，而且变为淡蓝色。化学方程式为C+H2O（高温）CO+H2。这就是湿煤比干煤燃烧更旺的原因。

气体燃料的一种。主要成分是氢和一氧化碳。由水蒸气和赤热的无烟煤或焦炭作用而得。工业上大多用蒸气和空气轮流吹风的间歇法，或用蒸气和氧一起吹风的连续法。热值约为10500千焦/标准立方米。此外，尚有用蒸气和空气一起吹风所得的“半水煤气”。可作为燃料，或用作合成氨、合成石油、有机合成、氢气制造等的原料。

另外一种低热值煤气。由蒸汽与灼热的无烟煤或焦炭作用而得。主要成分为氢气和一氧化碳，也含有少量二氧化碳、氮气和甲烷等组分，各组分的含量取决于所用原料及气化条件。主要用作台成氨、合成液体燃料等的原料，或作为工业燃料气的补充来源。

工业上，水煤气的生产一般采用间歇周期式固定床生产技术。炉子结构采用UGI气化炉的型式。在气化炉中，碳与蒸汽主要发生如下的水煤气反应：

C+H2OCO+H2 （高温）

C+2H2OCO2+2H2 （高温）

以上反应均为吸热反应，因此必须向气化炉内供热。通常，先送空气入炉，烧掉部分燃料，将热量蓄存在燃料层和蓄热室里，然后将蒸汽通入灼热的燃料层进行反应。

2、煤气的危害

（1）煤气中毒即一氧化碳中毒，是由于人本吸入高浓度一氧化气体而导致中毒、缺氧引起的神经系统严重受损的疾患，

（2）煤气中毒的原因是吸入工业生产煤气、矿井炮烟，内燃机废气以及家庭中门窗紧闭，火炉不安烟窗，或烟窗不通、漏气、倒风等 。一氧化碳吸入后，与血中血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血液失去携带氧气的能力，并能加重组织缺氧。

（3）轻度中毒者，感头痛、眩晕、耳鸣、恶心、呕吐、心悸、无力等。脱离中毒环境，吸入新鲜空气，数小时后即可恢复，中度中毒者除以上症状加重外，尚有面色潮红、口唇樱桃红色、脉快、多汗、烦燥、步态不稳、嗜睡甚至昏迷。一般治疗1-2天即可恢复，无明显后遗症。

四、 煤气制造、输送安全预防措施。

1、停用的煤气管道一定要用蒸汽吹净管道内的剩余煤气。操作人员万万不能麻痹大意而疏忽这一步骤，必须严肃认真执行煤气操作规程。

2、在加热炉煤气烧嘴前的总煤气管道上，必须设置切断水封，以在煤气停用后，切断火源与煤气管道的连通，防止煤气管道因吹扫不净或其他使用中的煤气管道因阀门渗漏而可能发生煤气延烧而造成的爆炸事故。

3、煤气管道上的设备要定期进行检查。煤气管道系统内的设备实行经常性维护和定期检修制度，以保证阀门无渗漏和使用系统内的一切设备处于完好状态。

参考文献：

1、 《中美铝业有限公司煤气发生炉操作规程》；

2、 《济南黄台煤气发生炉知识问答》。