部分气体燃料:天然气、液化石油气、人工煤气和氢气,它们在成分、来源和用途上各有差异。
1. 人工煤气
人工煤气是通过人工工艺制备的气体燃料,成分复杂且多含有毒气体,目前民用占比已大幅下降,主要用于工业场景。
(1)水煤气:主要为氢气(约 50%)和一氧化碳(约 40%),含少量二氧化碳。
以煤炭为原料,在高温下与水蒸气反应生成,曾用于工业加热、发电,或作为合成氨、甲醇等化工产品的原料。含高浓度一氧化碳,毒性极强,使用时需严格防泄漏;热值中等,约 10-12MJ/m³,相对密度(空气=1.0):0.53。
(2)焦炉煤气:主要为氢气(约 55-60%)、甲烷(约 25-30%),含少量一氧化碳和不饱和烃。钢铁工业中,煤炭干馏炼制焦炭时的副产品。钢铁厂自用燃料(如加热炉)、城市煤气补充气源(部分地区)、化工原料(如制甲醇)。热值较高(约 16-18MJ/m³),相对密度(空气=1.0):0.44-0.55,。毒性低于水煤气,但仍含少量一氧化碳;属于工业副产物,回收利用可降低能耗。
(3)高炉煤气:主要为氮气(约 55-60%)、二氧化碳(约 15-20%),可燃成分仅为一氧化碳(约 20-25%)。钢铁工业中,高炉炼铁时产生的尾气。钢铁厂内部低热值燃料,用于加热炉、锅炉或发电(需与高热值燃料掺烧)。热值极低(约 3-4MJ/m³)相对密度(空气=1.0):1.29-1.35,略高于空气密度(1.29kg/m³)几乎无法单独作为燃料;含一氧化碳,需注意安全,主要价值在于工业余热回收。
(4)城市煤气:早期多为人工煤气(如水煤气、焦炉煤气)的混合气,现部分城市已转为天然气或天然气与人工煤气的混合气。根据城市资源情况,由煤气厂制备或外购后,经管道输送至用户。
2. 天然气:甲烷(约 90% 以上),含少量乙烷、丙烷等。天然气热值:36000kj/m³,绝对密度0.71KG/m³,相对密度(空气=1时,0.59),燃烧效率高,仅排放二氧化碳和水(碳排放低于石油、煤炭);无毒(不含一氧化碳),安全性优于人工煤气;是目前应用最广泛的清洁气体燃料。
3. 液化石油气(LPG):丙烷(约 50-70%)、丁烷(约 30-50%)的混合物。石油炼制的副产品(如催化裂化),或从天然气开采中分离获得。
常温下可通过加压液化,体积大幅缩小(约 1:250),便于瓶装储存和运输;热值高(约 95MJ/m³),燃烧充分,无明显黑烟,液态密度:500-600kg/m³,气态密度:2.3-2.45kg/m³。
4. 乙炔(C₂H₂):纯乙炔(工业用乙炔常含少量杂质,如硫化氢、磷化氢)。工业上主要通过电石(碳化钙)与水反应生成,或由天然气裂解制备。金属焊接与切割(乙炔 - 氧气火焰温度可达 3000℃以上)、有机合成原料(如制造氯乙烯)。易燃易爆,纯乙炔在高压下易发生爆炸,储存时需溶解在丙酮中;燃烧温度极高,是唯一能满足高强度金属焊接需求的气体燃料,乙炔热值:12800kcal/m³,密度:标准状态下(0℃,1标准大气压):1.17kg/m³,液态时(-82℃),0.63kg/m³。
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