[科普中国]-水煤气

水煤气是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、烃和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。与醇、醚相比，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。还可用减少的成本和投资部分补偿压缩（制醇醚也要压缩）或液化的投资和成本。有毒，工业上用作燃料，又是化工原料。

主要组成向固定床煤气化炉交替通入空气和水蒸气，制得的煤气。其组成大致为：CO25%、H250%，CO 40%，N25%。以空气和水蒸气的混合气，连续通入气化炉，在高温下进行煤气化反应。调节空气与水蒸气的比例，气化炉可以自热运行，制得的煤气称为发生炉煤气。其组成大致为：CO 25.5%，CO 29%，H2 10.5%，N255%。发生炉煤气氮含量很高，不适于作合成氨原料气，但可以和水煤气掺混使用，也可以直接作为低热值燃料煤气或作为城市煤气的掺混气。1

生产原理将水蒸气通过炽热的煤层可制得较洁净的水煤气（主要成分是CO和H2），现象为火焰腾起更高，而且变为淡蓝色（氢气和CO燃烧的颜色）。化学方程式为C+H2O（g）=(高温)CO+H2。这就是湿煤比干煤燃烧更旺的原因。

煤气厂常在家用水煤气中特意掺入少量难闻气味的气体，目的是当煤气泄漏时能闻到及时发现。甲烷和水也可制 水煤气化学方程式为CH4+H2O=CO+3H2

另一种低热值煤气。由蒸汽与灼热无烟煤或焦炭作用而得。主要成分为氢气与一氧化碳，也含有少量二氧化碳和氮气和甲烷等组分；各组分含量取决于所用原料及气化条件。主要用作合成氨和合成液体燃料等的原料，或作为工业燃料气的补充来源。

水煤气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气化炉型式。在气化炉中碳与蒸汽主要发生如下水煤气反应：

C+H2O（g）=（高温）CO+H2

C+2H2O（g）=（高温）CO2+2H2

以上反应均是吸热反应，因此必须向气化炉内供热。一般先送空气入炉，烧掉一部分燃料，将热量蓄存在燃料层与蓄热室里，然后将蒸汽通入灼热燃料层进行反应。由于反应吸热，燃料层及蓄热室温度下降到一定温度时，又重新送空气入炉升温，如此循环。当任务是生产燃料气时，为提高煤气热值，有时提高出炉煤气温度，借以向热煤气里喷入油类，使油类裂解，即得所谓增热水煤气。2

工艺流程在水煤气制气过程中，为了保证操作安全和充分回收排放气中的可燃成份，所以水煤气的制造过程不是简单的由鼓风和鼓蒸汽两个过程组成一个循环，一般是由5~6个过程组成一个循环。如以6个阶段的循环为例：

1、吹风阶段：空气炉底鼓入，料层升温，废气炉顶排出。

2、蒸汽吹净阶段：蒸汽炉底吹入，将第一阶段的残余废气排出，以保证制气对产出煤气质量。

3、一次上吹制气阶段：从炉底鼓入水蒸汽，在料层内吸热气化产生煤气，从顶部逸出回收，此时料层下部的温度明显下降。

4、下吹制气阶段：水蒸汽由炉顶吹入，在炉内产生水蒸汽气化反应，此时将料层的热量进一步吸收，产出的水煤气由炉底逸出回收，产出的水煤气由炉底逸出回收，而上部料层温度也明显下降。

5、二次上吹制气阶段：此为安全操作而设置的一个阶段，其目的是用水蒸汽将上层制气时在炉底积累的水煤气赶尽，以防止与鼓风空气相遇而产生事故，但此时从炉顶逸出的气体仍有较高的CO+H2，所以逸出的煤气要回收。

6、空气吹净阶段：由炉底鼓入空气，将炉内及剩余煤气从炉顶逸出，并加以回收。这循环一个过程一般2.5~4.5分钟之间。

以3分钟循环的各阶段时间分配表为例：

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所以各阶段时间不是均配的，鼓风占27%，而制气站67%。水煤气的成分为：CO2=6.0，H2S=0.4，O2=0.2，CO=38.5，H2=48.0，CH4=0.5，N2=6.4高热值：11304千焦/米3。排出的鼓风气中含有的CO+H2约有11%左右，热值约为1500千焦/米3，此部分热量作为损失，所以水煤气的气化效率为60%，热效率为55%，是低于混合发生炉煤气的。2

主要用途气体燃料的一种。主要成分是氢和一氧化碳。由水蒸气和炽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。可用喷射式无焰烧嘴进行燃烧，空气和煤气不用预热。

安全问题水煤气存在着许多隐患，水煤气发生炉长期运行后极易产生大量硫化氢、焦油、酚水等污染物，影响半径达500米，对农作物、空气环境和人体等都有较大的损害。它产生的多种废气和恶臭，会引起人头痛、头晕，居民难以承受。此外，由于水煤气主要由一氧化碳、氢气等易燃气体组成，一旦泄漏，则极可能发生爆炸和中毒，造成群死群伤事件。对于水煤气中的硫化氢，在其后煤气燃烧后会转化为二氧化硫和水，因此，在燃煤气的炉窑中燃烧后尾气中有二氧化硫，需要脱硫处理，但是时下使用的较少。

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。主要用作合成氨、合成液体燃料等的原料，或作为工业燃料气的补充来源。3

本词条内容贡献者为:

侯传涛 - 副教授 - 青岛大学