煤气

煤气（Coal Gas）泛指一般可燃性气体，通常指由固体燃料(或重油)经干馏或气化等过程而得的气体产物。主要成分为可燃气体，如氢、一氧化碳、碳氢化合物等，并含有氮、二氧化碳等不可燃气体。^[2]

煤气有很多种类，分为天然煤气和人工煤气。人工煤气主要按制气方式分类，根据制气方式，可将人工煤气分为干馏煤气、裂化煤气、液化煤气、高炉煤气和发生炉煤气。^[3]煤气的用途广泛，可作为工业窑炉、锅炉、内燃机及生活用的燃料，或用作化学工业原料来生产化肥、合成氨、合成纤维、医药等。^[2][3]

人类很早就发现和使用煤气，已经有很久的历史。在中国汉朝时期，已经有了使用天然煤气的记载。西方国家在第一次工业革命后大规模使用煤气，并开发出一系列设备。在20世纪30-50年代和70年代后，第一代流化床Winkler气化炉、移动床加压气化Lurgi炉、第一代气流床气化K-T炉和加压固定床液态排渣气化炉等相继实现工业化应用。^[4][5]

煤气是易燃易爆并且有毒的气体，遇明火或静电易起火爆炸，如果吸入会造成煤气中毒，轻则头晕、恶心、呕吐，重则昏迷甚至危及性命。在生产生活中必须按规定使用和储存，避免发生中毒或者起火爆炸。在发生安全事故时，必须按照规定进行处理。^[6][7][8]

汉朝时期，在中国四川临邛，就开始有人使用天然煤气。晋朝时期，著名的书法家王羲之所著写的“十七帖”里，提到过四川有天然煤气井的事情。宋朝末年和元朝初年，四川人民已经大规模使用天然煤气煮饭。^[4]

1792年，英国化学家梅尔道克在家中给朋友们表演用火柴点燃水煮煤产生的蒸汽，并将这种蒸汽命名为煤气。1804年，温泽在英国伦敦西姆剧院作了题为“煤气之光”的演讲，鼓动使用煤气照明。1807年，温泽说服伦敦市政府在主要街道用使用煤气灯照明。1812年，温泽创办了世界第一家煤气公司。1830年，英国人詹姆斯证实了煤气可以用于炊事，开拓了煤气的另一应用途径。^[9]

1880年德国设计了世界上第一台常压移动床空气间歇气化炉，1913年被美国气体公司改革成UGI炉。UGI炉是以焦炭为原料，用间歇气化制水煤气或半水煤气。^[5]

20世纪30-50年代，西方煤气化技术取得了很大的成就。第一次世界大战后，1926年第一代流化床Winkler气化炉实现工业化应用。1939年移动床加压气化Lurgi炉实现工业化应用。1952年第一代气流床气化K-T炉实现工业化应用。^[5]

20世纪50年代以后，随着石油和天然气工业的发展，常压固定床气化炉在国外逐渐被淘汰，其它煤气化技术的发展也基本处于停滞状态。^[5]

20世纪60年代，中国开始进行K-T式粉煤气化试验，并于20世纪70年代初在新疆建成一套K-T式粉煤气化制氨装置，投产后由于耐火材料被腐蚀、碳转化率低、排渣困难等问题而改烧重油，此后没有新的发展。^[5]

第一次石油危机后，发达国家大力发展现代煤气化技术。20世纪70年代后，加压固定床液态排渣气化炉，加压流化床气化炉，加压粉煤水煤浆气化炉和干煤粉加压气化炉相继实现工业化。这一时期发的气化炉型是目前现代煤化工发展的主要选择炉型。^[5]

1978年后，中国先后开展了固定床加压碎煤气化炉，水煤浆加压气化炉，灰团聚流化床气化炉的研制。“九五”“十五”期间国家组织开展多喷嘴水煤浆加压气化和二段式干煤粉加压技术攻关，目前，这几项气化技术均已进入工业化应用阶段。目前，移动床常压气化UGI气化炉在中国仍是主力炉型，用于生产合成气或燃料气。移动床加压气化Lurgi炉在劣质煤气化方面占有一定市场。随着中国现代煤化工的发展，水煤浆加压气化炉和干煤粉加压气化炉已成为主要选择。^[5]

天然煤气是人们利用钻井的方式，从地层中的天然气层或石油层中开采出来的气体燃料。当地层中没有石油层，只有天然气层时，开采出来的可燃气体就是天然气；当地层中不但有气体层，而且还有石油层时，开采出来的可燃气体就是副产煤气。副产煤气也称为石油伴生气，因为这种可燃气体是伴随石油开采时而获得的副产品。^[3]

天然煤气在我国分布广泛，在四川、甘肃、青海、黑龙江、贵州等省份和长江中下游地区都勘测出了天然煤气。在青海柴达木盆地发现了有开采价值的煤气田。^[10]

人工煤气是人们利用干馏、液化、裂解、气化等不同手段制造出来的气体燃料。可根据制气方式分为干馏煤气、裂化煤气、液化煤气、高炉煤气和发生炉煤气，也可根据煤气分配的状态参数分为高压煤气、中压煤气和低压煤气。^[3]

由煤在炼焦炉中进行干馏所制得的煤气称为干馏煤气，也就是焦炉煤气。^[2]

在炼油生产过程中，由渣油裂解而生成的煤气称为裂化煤气。^[3]

液化煤气也称液化石油气，是原油炼制汽油、柴油过程中的副产品。在常温下呈气态，加压至约1.6MPa或冷却后呈液态，液化后体积缩小为气态的1/250左右，因此便于以液态储存和运输，是理想的新能源。^[3][11]

高炉煤气指炼铁过程中从高炉炉顶逸出的可燃性气体，是炼铁过程的副产品。其理论燃烧温度约为1400℃~1500℃，含有大量粉尘（约60～80克/米3），所以需要除尘处理，并在可能的情况下将其和空气预热以提高燃烧温度。据统计，高炉每消耗1吨焦炭约可产出3800~4000米3高炉煤气（约有60%的燃料转变为高炉煤气）。^[12]

将固体燃料（如煤等）投入发生炉，在燃烧过程中通入空气、水、水蒸气而使固体燃料中的碳被氧化生成可燃气体，这种气体燃料称为发生炉煤气，也称气化煤气。^[3]根据通入空气、水、水蒸气的不同或通入量的不同可分为空气煤气、水煤气、混合煤气、蒸汽氧煤气等。^[3]

空气煤气：是以空气（实际是空气中的氧气）作气化剂的发生炉煤气。^[13]

水煤气：是以水蒸汽作气化剂的发生炉煤气。^[13]

半水煤气：是以一定比例的水煤气和空气煤气的混合气体作气化剂的发生炉煤气。^[14]

混合煤气：是以空气和水蒸汽的混合物作气化剂的发生炉煤气。^[13]

蒸汽氧煤气（富氧煤气、原料气）：是以空气、水蒸汽和氧气（外加的纯氧）混合物作气化剂的发生炉煤气。^[15]

煤气在由制气厂向用户输送分配时的运行压力或工作压力大于10000毫米水柱时，称为高压煤气。^[3]

煤气在由制气厂向用户输送分配时的运行压力或工作压力小于10000毫米水柱而大于500毫米水柱时，称为中压煤气。^[3]

煤气在由制气厂向用户输送分配时的运行压力或工作压力小于500毫米水柱时，称为低压煤气。^[3]

煤气是一种混合气体。它由氢、一氧化碳、硫化氢、甲烷及其它碳氢化合物（如丙烷wán、丁烷）等可燃成分和氮、二氧化碳、水蒸汽等不可燃成分组成。^[16]

煤气名称化学组成（体积%）COH2CH4CmHnO2N2CO2H2SC2H6C3H8C4H10C5H12以上天然煤气-气井气^[17]—0~微75~980.5~90.1~0.80.1~20~0.40~微1~90~10~微油井气^[17]—0~微30~705~243~233~91~50~微2~32微~50~3人造煤气-干馏煤气^[17]5.456.823.920.49.32.2—裂化煤气^[17]—30~405~4720~40————液化煤气^[18]———96.5————高炉煤气^[17]27.51.0———60.011.5—发生炉煤气（烟煤）^[19]25.515.52.60.40.248.77.00.1发生炉煤气（无烟煤）^[19]27.513.50.5—0.20.25.50.2空气煤气^[17]30.010.01.5—0.554.53.5—水煤气^[17]43.547.30.7—0.64.43.5—半水煤气（固定层）^[20]32~3536~370.3~0.5—0.221~226.2~9.3混合煤气^[17]22.050.022.01.0—3.02.0—蒸汽氧煤气^[20]27~4020~402.5~50.2~0.80.1~0.210~456~20

煤气是一种无色有特殊臭味的易燃易爆有毒气体，腐蚀性很强。^[16]煤气的燃烧的火焰温度为900~2000℃。自燃点648.9℃，爆炸极限4.5%～40%，最易引燃浓度15%～21%，最易引爆浓度18%，IDLH（立即威胁生命和健康浓度）=1500毫克/米3。^[1]

-相对密度（空气=1.0）爆炸范围密度燃点天然煤气0.55~0.75^[21]———人工煤气-干馏煤气—5%~30%^[22]0.46~0.5kg/m3^[23]600~650℃^[24]液化煤气液态：0.50~0.58（水=1.0）^[25]气态：1.5~2.1（空气=1.0）^[25]2%~10%^[26]1.8~2.5kg/m3^[27]481℃^[27]高炉煤气—36%~65%^[23]1.29~1.30kg/m3^[23]600℃^[23]发生炉煤气0.84~0.87^[28]21.5%~67.5%^[29]1.2kg/Nm3^[30]700℃以上^[28]水煤气0.52^[31]6.2%~74.4%^[32]——

煤气中各可燃成分的燃烧反应如下^[33]

完全燃烧时，可见到火苗明亮，没有烟。如果火苗暗红并带有黑烟就是燃烧不完全。在焦炉加热中，应当使煤气完全燃烧，这样才能有效地利用煤气的热能，提高热效率，降低耗热量。^[33]

-发热量热值天然煤气8000~15000kcal/m3^[3]—人工煤气1000~10000kcal/m3^[3]—干馏煤气4100~5000kcal/m3^[34]17200 ~18800kJ/m3^[3]半焦煤气6000～7000kcal/m3^[3]—炼焦煤气4000kcal/m3^[3]—裂化煤气4000kcal/m3^[3]—液化煤气液态：45200~46100kJ/kg^[35]气态：92100~121400kJ/m3^[35]液态：10800~11000kcal/kg ^[36]气态：22000~29000kcal/kg^[36]高炉煤气3300~4200kJ/m3^[23]750~1050kcal/m3^[37]发生炉煤气1000～2500kcal/m3^[3]1350kcal/Nm3^[38]空气煤气900~1100kcal/Nm3^[39]4.18MJ/m3^[40]水煤气10500~11300kJ/m3^[41]12.56MJ/m3^[40]半水煤气8970.6kJ/Nm3^[42]1870cal/m3^[43]混合煤气7536kJ/m3^[44]—蒸汽氧煤气2142kcal/m3^[45]1600~2000kcal/Nm3^[38]

天然煤气可用作生产生活的燃料，还可以用作化学工业的原料。^[3][4]

干馏煤气常用作燃料，也可加工成为合成氨和有机合成等工业的原料。^[2]

在民用领域，液化煤气被用作燃料来烹调、烧水、取暖。^[46]

在工业上，液化石油气还可用来干燥、定型、切割、热弯、锻工加热、熔化金属、淬cuì火退火、食品烘烤、纸张烘干等。它不仅可以代替煤炭做烧锅炉的燃料和代替汽油做汽车的燃料，而且可做合成橡胶、合成纤维、合成树脂、合成塑料的原料。^[46]

在农业上，用于农产品的烘烤干燥、温室采暖、水果催熟、孵化鸡鸭、加工饲料等。此外，液化石油气还可以作溶剂，用于冷冻、贮藏、消毒灭菌及照明等方面。^[46]

高炉煤气经除尘后得到的净煤气，在冶金联合企业，主要用于焦炉，以及与焦炉煤气混合用作发电燃料，也可作为炼铁厂的热风炉、轧钢厂的加热炉、动力厂的锅炉以及焦化厂的炼焦炉等处的工业燃气或其他民用燃气使用。^[47][48]

用于冶炼炉、玻璃窑炉、炼焦炉等的加热，也可用作燃气轮机的燃料。^[2]

空气煤气：发热量很低，用途不广。^[12]

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。^[2]

半水煤气：多用作合成氨的原料，也用作气体燃料。^[14][47]

混合煤气：工业上用途最广，广泛用于冶金、机械、玻璃、建筑材料等工业部门的熔炉和加热炉。^[12]

在完成钻井、安装井口设备、铺设集气网和建立集气站等准备工作后，对气田进行开采。将气田中各气井的煤气开采出来，并使用气井后面的分离器分离出煤气中所含的固态和液态杂质，然后将煤气聚集于集气网中，然后再使其流向集气站。在集气站对煤气再一次分离固态和液态杂质，并进行计量和测定参数。^[10]

炼焦生产时，在炼焦炉中会产生大量的干馏煤气，也就是焦炉煤气。由于炼焦的物理过程是干馏过程，就是将煤在隔绝空气的条件下加热使其分解，在生产出焦炭的过程中，煤中的碳、氢等成分也会分解挥发出来，生成干馏煤气。随干馏温度的不同，煤能分解挥发出不同成分的干馏煤气，在500～550℃时产生的是以甲烷为主要成分的半焦煤气，燃烧时的发热量在6000～7000大卡/米3之间；在900～1100℃时产生的是以氢为主要成分的炼焦煤气，燃烧时的发热量在4000大卡/米3左右。^[3]

将炼油生产过程中剩下的比重较大的渣油和水蒸气同时喷入800℃的炉内，渣油中的碳氢化合物就会被裂解，与水蒸气发生水煤气反应，在催化剂的作用下，反应加快，生成裂化煤气。^[3]

液化煤气来源比较广泛，可以从油田伴生气或天然气中通过炼油厂催化裂化装置获得。^[11]钻井开采得到的液态石油（也称原油）和气态天然石油气。在炼油生产中，除了产生出各种汽油、煤油、柴油和剩下的渣油外，还有一种在标准状态下为气态的可燃气体，将它收集起来，增加其压力或降低温度，使其液化转变成液态，使其体积缩小百倍或几百倍，得到液化煤气，即液化石油气。^[3]液化状态下的煤气在减压时，又会转变为气态的可燃物。^[3]

高炉煤气是高炉炼铁的副产品，炼铁过程中从高炉炉顶逸出的可燃性气体就是高炉煤气。^[12]

将固体燃料（无烟煤、木炭、褐煤、木柴、半焦炭、泥煤、甚至农业上的废料，例如玉米秆、稻草秆、谷糠等植物的秆茎和皮壳均可使用）投入发生炉，在燃烧过程中通入空气、水、水蒸气而使固体燃料中的碳被氧化，生成发生炉煤气。根据通入空气、水、水蒸气的不同或通入量的不同可分为空气煤气、水煤气、混合煤气、蒸汽氧煤气等，其可燃成分主要是氢、一氧化碳、甲烷等。^[3]

空气煤气：只用空气鼓风得到空气煤气。^[2]

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水煤气：工业上大多用蒸汽和空气轮流吹风的间歇法，或用蒸汽和氧一起吹风的连续法，获得水煤气。^[2]

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半水煤气：发生煤气时，将蒸汽和空气（或富氧空气）同时吹入煤气发生炉，得到半水煤气。^[14]

混合煤气：用空气和蒸汽混合鼓风得到混合煤气。^[2]

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蒸汽氧煤气：用空气、水蒸汽和氧气（外加的纯氧）混合鼓风得到蒸汽氧煤气。^[15]

煤气的主要成分是一氧化碳，所以煤气与人体发生反应实际是与一氧化碳发生反应。^[51]我们所说的煤气中毒，实际是指一氧化碳中毒。当人处在一氧化碳浓度较高的地方就会发生中毒，一氧化碳和氧气可以同时通过肺的通气进入肺部，再通过肺泡内的气体交换进入血液，氧和一氧化碳都能与血红蛋白结合，而一氧化碳与血红蛋白的结合能力大得多，这使得更多的血红蛋白与一氧化碳结合，又因为一氧化碳与血红蛋白结合后分离速度极慢，而血红蛋白的数量是有限的，这样就使氧失去了与血红蛋白结合的机会，不能被血液运输到组织细胞，造成组织细胞缺氧。我们的大脑是最需要氧气的器官之一，一旦断绝氧气供应，由于体内的氧气只够机体消耗2min，因此很快造成人昏迷并危及生命。^[51]

轻度中毒：中毒者血液中被一氧化碳抢占的血红蛋白达到10%~20%^[52]，可能出现头痛、头晕、失眠、视物模糊、耳鸣、恶心、呕吐、全身乏力、心动过速、短暂昏厥。轻度中毒者经过及时治疗后，症状一般很快消失。^[51][7]

中度中毒：中毒者血液中被一氧化碳抢占的血红蛋白达到30%~40%^[52]，除轻度中毒症状加重外，口唇、指甲、皮肤黏膜出现樱桃红色，多汗，血压先升高后降低，心率加速，心律失常，烦躁，一时性感觉和运动分离（尚有思维，但不能行动）。中度中毒者如果抢救及时，几天后就能恢复健康，也没有明显的并发症。^[51][7]

重度中毒：中毒者血液中被一氧化碳抢占的血红蛋白达到50%以上^[52]，迅速进入昏迷状态，昏迷状态可达十几小时以上，甚至几天不醒。初期四肢肌张力增加，或有阵发性强直性痉挛；晚期肌张力显著降低，患者面色苍白或青紫，血压下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。重度中毒者还会出现肺炎、肺水肿等，并伴有心肌损害、水电解质混乱等严重并发症。如经抢救存活者可有严重并发症及后遗症。一氧化碳重度中毒患者的后遗症中，有神经衰弱、震颤麻痹、偏瘫、偏盲、失语，吞咽困难、智力障碍、中毒性精神病或去大脑强直。部分患者可发生继发性脑病。^[51][7]

慢性中毒：中毒者由于长期反复地吸入一定量的一氧化碳，导致神经和心血管系统受到一定程度的损害，会引发头痛、疲倦、失眠和情绪易波动等，^[53]严重者患上神经衰弱综合征、心肌损害、动脉粥样硬化等病症。^[7]

使用煤气的厨房，必须有通风设施。禁止厨房和居室并用，煤气灶同取暖炉火并用。切忌在装有煤气设施的厨房里睡人。在煤气灶周围不要堆放易燃易爆物品。煤气设施禁止拴绑绳索、吊挂物品，以免造成室内管道煤气泄漏。在使用煤气时，需有人照管，防止因煤气意外熄灭或者其他原因引发安全事故。使用完煤气后，必须关闭煤气灶具开关，在休息时，必须关闭接灶管末端气嘴。定期检查胶皮管是否损坏、老化，并及时更换。^[6]

管道和煤气设备要密闭不泄漏，一旦发现有煤气泄漏点，要及时处理。^[8]

管网内的煤气必须保持正压。煤气压力骤然下降时，应立即关闭阀门，停止使用，以保持管网压力。^[8]

点燃煤气时，必须先提供火源，后给煤气，当点火不着时，应迅速切断煤气供应。待几分钟后，再重新点火。^[8]

以上三条可归纳为：不泄漏，保正压，先给火。这是使用煤气的三条基本原则。^[8]

如果发生泄露，应消除所有点火源。根据气体扩散的影响区域划定警戒区，无关人员从侧风、上风向撤离至安全区。建议应急处理人员戴正压自给式呼吸器，穿防静电服。作业时使用的所有设备应接地。尽可能切断泄漏源。喷雾状水抑制蒸气或改变蒸气云流向。防止气体通过下水道、通风系统和限制性空间扩散。隔离泄漏区直至气体散尽。^[54]

如果发生起火，及时切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。消防人员必须佩戴空气呼吸器、穿全身防火防毒服，在上风向灭火。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷水保持火场容器冷却，直至灭火结束。灭火方法：用雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉灭火。^[54]

若有煤气中毒者，救助者要做好防护措施，再进入急救现场展开援救。若煤气浓度较高时，应佩戴面具或氧气呼吸器进入现场实施抢救。^[55]进入现场后，切断煤气来源，打开所有的门窗，使新鲜空气进入室内，降低室内的煤气浓度，严禁接打电话、吸烟、开启电源等，以防引出火花，引起爆炸。在现场以外煤气浓度不高的地方，迅速拨打120，及时与医务人员联系。尽快检查中毒者的脉搏、呼吸、意识等，对呼吸、心跳已停止的中毒者，要进行心肺复苏术。在每进行30次的胸外心脏按压后，再进2次人工呼吸。现场如有吸氧装置，可对神志清醒、有自主呼吸的中毒者，给予吸氧治疗，直至医务人员到来。在专业医护人员达到之前，可以先让中毒者先安静地休息，避免中毒者因身体活动或情绪激动而使心、肺负担加重。在寒冷的天气里，还要注意为中毒者保暖。^[7]