部分氣體燃料:天然氣、液化石油氣、人工煤氣和氫氣,它們在成分、來源和用途上各有差異。
1. 人工煤氣
人工煤氣是通過人工工藝制備的氣體燃料,成分復雜且多含有毒氣體,目前民用占比已大幅下降,主要用于工業場景。
(1)水煤氣:主要為氫氣(約 50%)和一氧化碳(約 40%),含少量二氧化碳。
以煤炭為原料,在高溫下與水蒸氣反應生成,曾用于工業加熱、發電,或作為合成氨、甲醇等化工產品的原料。含高濃度一氧化碳,毒性極強,使用時需嚴格防泄漏;熱值中等,約 10-12MJ/m³,相對密度(空氣=1.0):0.53。
(2)焦爐煤氣:主要為氫氣(約 55-60%)、甲烷(約 25-30%),含少量一氧化碳和不飽和烴。鋼鐵工業中,煤炭干餾煉制焦炭時的副產品。鋼鐵廠自用燃料(如加熱爐)、城市煤氣補充氣源(部分地區)、化工原料(如制甲醇)。熱值較高(約 16-18MJ/m³),相對密度(空氣=1.0):0.44-0.55,。毒性低于水煤氣,但仍含少量一氧化碳;屬于工業副產物,回收利用可降低能耗。
(3)高爐煤氣:主要為氮氣(約 55-60%)、二氧化碳(約 15-20%),可燃成分僅為一氧化碳(約 20-25%)。鋼鐵工業中,高爐煉鐵時產生的尾氣。鋼鐵廠內部低熱值燃料,用于加熱爐、鍋爐或發電(需與高熱值燃料摻燒)。熱值極低(約 3-4MJ/m³)相對密度(空氣=1.0):1.29-1.35,略高于空氣密度(1.29kg/m³)幾乎無法單獨作為燃料;含一氧化碳,需注意安全,主要價值在于工業余熱回收。
(4)城市煤氣:早期多為人工煤氣(如水煤氣、焦爐煤氣)的混合氣,現部分城市已轉為天然氣或天然氣與人工煤氣的混合氣。根據城市資源情況,由煤氣廠制備或外購后,經管道輸送至用戶。
2. 天然氣:甲烷(約 90% 以上),含少量乙烷、丙烷等。天然氣熱值:36000kj/m³,絕對密度0.71KG/m³,相對密度(空氣=1時,0.59),燃燒效率高,僅排放二氧化碳和水(碳排放低于石油、煤炭);無毒(不含一氧化碳),安全性優于人工煤氣;是目前應用最廣泛的清潔氣體燃料。
3. 液化石油氣(LPG):丙烷(約 50-70%)、丁烷(約 30-50%)的混合物。石油煉制的副產品(如催化裂化),或從天然氣開采中分離獲得。
常溫下可通過加壓液化,體積大幅縮小(約 1:250),便于瓶裝儲存和運輸;熱值高(約 95MJ/m³),燃燒充分,無明顯黑煙,液態密度:500-600kg/m³,氣態密度:2.3-2.45kg/m³。
4. 乙炔(C₂H₂):純乙炔(工業用乙炔常含少量雜質,如硫化氫、磷化氫)。工業上主要通過電石(碳化鈣)與水反應生成,或由天然氣裂解制備。金屬焊接與切割(乙炔 - 氧氣火焰溫度可達 3000℃以上)、有機合成原料(如制造氯乙烯)。易燃易爆,純乙炔在高壓下易發生爆炸,儲存時需溶解在丙酮中;燃燒溫度極高,是唯一能滿足高強度金屬焊接需求的氣體燃料,乙炔熱值:12800kcal/m³,密度:標準狀態下(0℃,1標準大氣壓):1.17kg/m³,液態時(-82℃),0.63kg/m³。
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