水煤气(英文名:H₂O 燃气)是一种混合气体,主要成分为CO和H₂,二者比例随制备方法等的差异存在一定不同,除此之外水煤气中还含有少量二氧化碳,氮气和甲烷。因水煤气中含有一定含量的一氧化碳气体,若吸入一定量的水煤气,会导致碳氧血红蛋白形成造成的低氧血症会引起组织缺氧,并对神经中枢造成影响。
水煤气主要通过将蒸汽吹入炽热的碳层,使水蒸气分解从而进行制备。且用于制造水煤气的原料一般为冶金焦,或为无烟煤,一般不采用含有大量挥发组分的烟煤和褐煤矿。
水煤气由意大利物理学家费利斯·丰塔纳(Felice 丰塔纳陨石坑)发现,并在1880年,正式以燃料的形式开始工业化应用,水煤气具有较大的热值,其热值约为10500KJ/N,可作为气体燃料提供热量,是液体燃料的优质代用品,在化学工业领域中,水煤气可以作为许多化工产品的原料,在许多需要氢气为原料的化工合成中提供氢。
发现历史
1780年,意大利物理学家费利斯·丰塔纳(Felice Fontana)发现,向烧至发红的煤上通入蒸汽后,可以产生蓝色的水煤气。该水煤气是一种一氧化碳和氢气的混合物,在燃烧时会发出蓝色火焰。
1812年,英国伦敦开始尝试使用水煤气实现照明,但当时煤的转化效率极低。19世纪中期,发现了一种循环过程,可以提高煤转换为水煤气的效率。1850年科学家开发了一种水煤气生产工艺,将冶金焦暴露于空气和蒸汽的交替鼓风中以生产水煤气。1880年,水煤气工业应用正式开始,主要用作燃料。1913年,德国开始以水煤气为原料制备合成氨,并建立了世界上第一套合成氨的装置。
其他种类
半水煤气
半水煤气是水煤气和发生炉煤气混合气体,主要由如下过程产生:将蒸汽与空气(或富氧空气)同时通入煤气发生炉中,与焦炭发生作用即可生成半水煤气或将水煤气与发生炉煤气按照一定比例混合也可以制成半水煤气。半水煤气较普通煤气的热值较低,可用于燃料和合成氨原料气。
汽化水煤气
汽化水煤气也称为加富水煤气。水煤气的发热量不能满足一般的燃料热量需求,通过利用石油残渣或焦油的汽化来增加热值,汽化水煤气可以满足生活煤气要求,可以满足城市煤气供应。
物质组成
水煤气的主要组成为一氧化碳和氢气,二者比例会随制备方法,原料品质的不同而存在一定差异。水煤气中还含有少量二氧化碳,氮气和甲烷。通常情况下水煤气的组成为44%的一氧化碳,45%的氢气,5%的二氧化碳和6%氮气和甲等其他杂质气体。
制备方法
将蒸汽吹入炽热的碳层。使水蒸气分解即可获得水煤气。用于制造水煤气的原料一般为冶金焦,或为无烟煤,一般不采用含有大量挥发组分的烟煤和褐煤矿。该过程的反应方程式如下,
(主要)
简歇式水煤气生产方式的生产过程为:水煤气发生炉的生产,首先往发生炉内吹入一次空气,使一部分原料燃烧,燃烧所放出的热量积累于料层中,当料层加热到维持一定水煤气反应所必须的温度之后,停止吹空气,改吹蒸汽进行反应生成水煤气。当料层温度降低至基本上不能使水蒸气分解的时候,停止吹水蒸气,重新吹空气,而开始另一个制气循环。
应用领域
燃料
水煤气可作为气体燃料提供热量,是液体燃料的优质代用品。可作为工业窑炉、锅炉、内燃机及生活燃料。
化工
在化学工业领域中,水煤气可以作为许多化工产品的原料,如水煤气在不需要繁琐加工的情况下可以生产煤用合成汽油。同时也是提供氢气的良好原料,用于许多需要氢气为原料的化工合成中,如为煤或煤焦油加氢制备轻质燃料、油脂加氢以及氨合成所需的氢气。水煤气还可以制造氢气、合成液体燃料和进行有机合成
安全事宜
毒性
水煤气中含有一定含量的一氧化碳气体,若吸入一定量的水煤气,一氧化碳经呼吸道进入肺泡,会与血液中的血色素和血液外的某些其他含铁蛋白质(肌红蛋白、二价铁的细胞色素等)形成可逆性结合,碳氧血红蛋白形成造成的低氧血症会引起组织缺氧,影响神经中枢。严重者有脑水肿,少数病人发生迟发性脑病。
急救措施
轻微中毒
立即将水煤气中毒患者带离现场,放置在新鲜空气处,将中毒者的腰带,领扣等妨碍呼吸处解开放松;将冷毛巾敷在患者额头处保持其清醒,并注意对中毒者的保暖,不要让中毒者昏睡,大约几个小时患者便可恢复正常。
重度中毒
在水煤气生产过程或使用过程中若出现重度中毒事故,应按紧急中毒事故处理,并应马上通知医院准备救护车,当发现中毒者停止呼吸时,由经过人工呼吸训练的人员或医生对中毒者进行人工呼吸,其方式有仰卧屈伸两臂、仰卧压胸或俯卧压背帮助呼吸,同时,应以最快速度送于医院抢救。