在前些年，煤炭资源的清洁化利用是一个相当火的课题，我国是煤炭大国，同时也面临着严峻的环保压力，因此催生了煤化工方面的需求。而煤炭的清洁利用过程有一项重要的技术就是煤的气化技术。煤化工非常有意思，最早是由英法等西欧国家开始，在十九世纪末期可谓在化工领域独领风骚，但是随着石油资源的开采利用，石化行业逐步兴起而煤化工却逐渐没落下去。而我国自有国情在此，反而在煤炭利用的一些领域有着不寻常的热度，在一些技术上处于国际领先地位，比如之前说过的超超临界火电机组等等。虽然煤气化现在仍在使用，但是其核心技术早在100多年前就开始出现了，而煤气化工艺的其中产物也就是煤气，一度在合成氨的生产中被作为H2的主要来源。今天这一讲，我们来讲讲煤气化的历史。

说起来非常有意思，世界各地使用煤炭的历史差异非常大。考古研究发现，我国至少在汉朝时期就开始使用煤炭了。而西方发现并使用煤炭至少是在14世纪之后，也就是中国的元朝以后，一个证据就是马可-波罗看到蒙古人使用煤炭的时候非常的exciting，直接将这个奇闻记载在了著名的《马可-波罗游记》中。这主要还是因为相对于西欧，中国的煤炭资源非常丰富。

随着钢铁工艺的发展，从18世纪开始，英国人开始疯狂地寻求煤炭资源，同时如果直接使用煤炭炼钢会出现一系列问题。首先煤炭里含有硫与氮，这些成份如果混入钢材中会对钢材的品质产生难以估计的影响。之前我们讲钢材的时候就曾经说过，钢材的品质对于其中的微量元素非常敏感，一些微量元素可以使钢材的力学与耐腐蚀性能发生巨大变化。另外一点就是在高炉冶炼过程中，煤炭强度不足容易破碎，不能起到支撑作用。

到了十八世纪中叶也就是乾隆年间，英国人发明了一种改善煤炭品质的方法那就是炼焦。煤炭炼焦过程中需要在隔绝空气的情况下将煤炭加热，煤炭受热发生一系列化学反应，生成焦炭与挥发性可燃气体，而这种气体就是所谓的焦炉煤气。

最早利用焦炉煤气的正是蒸气机的发明者瓦特。瓦特在1792年（乾隆末年）开始，利用煤气作为工厂的照明与燃料。为什么使用煤气呢？我们再回头看看第一张图里的燃料热值，结合密度换算一下，可以看到煤气的热值是高于木炭的。另外一点就是气体非常好输送而且燃烧稳定，有经验的人甚至看火焰颜色就知道燃烧是否充分。煤气从世纪初就开始民用化，主要是用于家庭照明以及烹饪。

焦炉煤气是最早被发现的煤气，此后随着钢铁工业的发展，又出现了高炉煤气，水煤气与半水煤气等等。叫它们煤气顾名思义就是从煤气化过程中产生的燃料而其中的可燃成为主要是一氧化碳与氢气。

所谓高炉煤气是在木炭炼铁高炉中产生的气体，与焦炉煤气不同，由于高炉在燃烧时直接通入空气，因此高炉煤气中氮气含量很高。水煤气是由水蒸汽通过高温煤层得到的气体，其发生装置最早出现与1875年的美国（清光绪元年）。

而在1889年（这一年巴黎埃菲尔铁塔落成），英国人模仿高炉过程专门设计了一台以发生煤气为目的发生炉，而由其中产生的煤气称为空气煤气，其组成与高炉煤气类似。如果将蒸汽和空气按1:1的比例一起吹入煤气发生炉中与无烟煤或焦炭作用而产生的是水煤气和空气煤气的混合物因此被称为半水煤气。而我们前几讲中说到了最早的合成氨就是用这种半水煤气作为氢气来源的。

在这两讲中我们成功得到了合成氨过程中所需要的原料，但是为了高效地进行合成氨，最好还是需要控制合成过程的氮气：氢气=3：1，这个过程就是制备合成气的过程，具体情况我将会在下一讲中给大家介绍。

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：知乎用户（登录查看详情）

【知乎日报】千万用户的选择，做朋友圈里的新鲜事分享大牛。
点击下载