煤气的成分及性质

1.煤气的成分

我们通常所说的煤气是指含有多种气体成分的可燃性混合气体。由于煤气的生产过程不同，不同煤气的组成部分及所占的百分比也不同。冶金行业常见的有高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气等。

2.煤气的性质

（1）煤气中各种气体的理化性质。煤气是由一些单一气体混合而成的，其中可燃气体成分有CO、H2、H2S和碳氢化合物（CnHm）。不可燃气体成分有CO2、N2、少量的02及粉尘微粒。

（2）甲烷（CH4）。无色气体，微量葱味，分子质量16.04，密度0.715kg/m3，难溶于水，最低燃烧值Q低=8530kcal/m3（1kcal=4.19kJ），与空气混合可形成爆炸性气体，爆炸界限为5.4％～15％，着火温度650～750℃。

（3）氢气（H4）。无色无臭气体，分子质量2.016，密度0.0899kg/m3，难溶于水。Q低＝2570kcal/m3（1kcal＝4.19kJ），爆炸范围为4.2％～74％，着火温度为580～590℃。

（4）一氧化碳（CO）。无色无臭气体，分子质量28，密度1.25kg/m3，Q低＝3020kcal/m3（1kcal=4.19kJ），爆炸范围为12.5％～74％.2％，着火温度644～658℃，毒性极强。

（5）氮（N2）。无色无臭气体，分子质最28，密度1.25kg/m3，不燃烧，化学性质不活泼，空气中N2含量增加时会造成缺氧窄息。

（6）硫化氢（H2S）。无色气体，有恶臭（臭皮蛋气味）。分子质量34.08，密度1.539kg/m3,能溶于水和乙醇，Q低=5660kcal/m3（1kcal=4.19kJ），爆炸范围40％～44％,自燃点260℃，有毒性。

（7）二氧化碳（C02）。无色无臭不燃性气体，正常大气中含量为。.03％，能溶于水（生成碳酸H2C03），分子质量44，密度1.977kg/m3，空气中C02含量增加时有发生窒息的危险。

（8）氧（02）。无色无味助燃气体，正常空气中含有约21％的氧气，分子质量32，密度1.429kg/m3。

3.煤气的腐蚀性和毒性

煤气中的腐蚀性的成分主要有硫化氢（H2S）、二氧化碳（C02）、氧（02）和硫化物。这些气体在有水条件下具有较强的腐蚀性，H2S、C02在水中呈酸性，02在水中则具有氧化腐蚀性。因此，为降低煤气对管道的腐蚀，必须降低煤气中的水分。

煤气中具有毒性的成分有一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）、甲烷（CH4）等。煤气中毒是一氧化碳与血液中的血红蛋白结合所致。一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧和血红蛋白的亲和力大230～270倍。当一氧化碳通过呼吸系统进人血液后，即与氧争夺血红蛋白，使大部分血红蛋白变成碳氧血红蛋白，由于其无携氧功能，致使血液失去送氧能力，从而造成全身组织，尤其是中枢神经系统严重缺氧，轻者产生中毒症状，重者造成死亡。

硫化氢、甲烷在空气中的含量超过一定浓度时，会造成缺氧窒息。

4.煤气的燃烧

燃烧是一种同时发热和发光的剧烈氧化反应。在氧化反应中，某些物质被氧化，同时伴随着另一些物质被还原。从化学反应角度来看，一切燃烧反应均是氧化反应，但氧化反应并不都属燃烧反应。

（1）燃烧的条件。燃烧必须具备以下三个条件：

l）有可燃物存在。不论固体、液体、气体，在一定条件下凡能与空气中氧气起剧烈反应，并同时伴有光和热发生的物质均称为可燃物，如木材、纸张、棉花、汽油、酒精、氢气、一氧化碳、煤气等。

2）有助燃物氧气或氧化剂。常见的助燃物是指空气。

3）有点火源。

（2）燃烧时所需的空气量。上述三点是燃烧的必要条件，但有时虽然已具备了三个条件，燃烧也不一定发生，这是因为燃烧必须有充分的条件一一可燃物与助燃物要达到一定比例。

（3）燃烧温度。燃料燃烧时燃烧产物所能达到的温度称为燃烧温度。一般认为燃烧温度就是火焰温度，但实际上是有差别的，火焰温度要高于燃烧温度。

（4）燃烧速度。燃烧速度一般是指混合气体的燃烧速度，即单位时间内单位火焰面积上燃烧混合物的体积。燃烧速度不是一个定值，它往往受许多因素的影响，但最主要的因素是混合气体的性质。

5.煤气爆炸

爆炸是一种非常迅速的物理或化学的能量释放过程，是物质由一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间以机械功的形式放出巨大能量的现象。

（l）燃烧与爆炸。从化学反应的角度上讲，燃烧与爆炸没有明显的区别，它们所需的能量都由化学反应提供，但在传播过程和机理上则有所不同，具体区别如下：

1）燃烧时，化学反应区域的能量是通过传导、热辐射以及燃烧产物的扩散作用传人反应物中的，而爆炸的传播则是借助于冲击波对爆炸物质的强烈冲击压缩作用而进行的。

2）燃烧波与冲击波传播的速度不同，燃烧波的传播速度通常约为每秒数毫米到数米，而爆炸时冲击波的传播速度总是超过声波，甚至可达每秒数千米。

3）燃烧过程中燃烧反应区域内，燃烧产物的运动方向与燃烧波传播方向相反，而爆炸反应区域内，燃烧产物的运动方向与冲击波的传播方向一致。

（2）爆炸的分类。爆炸根据其产生的原因不同可分为物理性爆炸与化学性爆炸两大类。

1）物理性爆炸。由物理变化原因所引起的爆炸称物理性爆炸，其特征是，爆炸前后物质的化学组成及化学性质均不变化。如容器内液体过热气化而引起的爆炸，锅炉的爆炸，压缩气体、液化气体超压引起的爆炸等都属物理性爆炸。

2）化学性爆炸。化学性爆炸是山化学反应原因造成的，其特征是，爆炸前后物质和组分发生了变化。化学性爆炸按爆炸时所发生的化学变化不同义分为三类：简单分解爆炸、复杂分解爆炸、爆炸性混合物爆炸。其中第三类发生较普遍，危害性也较大。

（3）爆炸极限。可燃气体与空气组成的混合物，并不是在任何棍合比例的情况下都可燃烧或爆炸的。而且混合的比例不同，燃烧速度也不同。由实验得知，当混合物中可燃气体的含量接近化学当量时（即理论上完全燃烧时该物质的含量）燃烧最快，若含量减少或增加，燃烧速度则下降，当浓度高于或低于某一极限时，火焰便不再蔓延。这个使可燃气体与空气组成的混合物在点火后能蔓延的最低浓度称为该气体的爆炸下限。同样，能使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限。浓度在下限以下或上限以上的混合物是不会着火或爆炸的。但爆炸极限不是一个固定值，而是随各种不同因素变化的，其主要影响因素有原始温度、压力、惰性介质，容器的材料、大小与形状等。