石炭ガス
石炭ガスは、石炭から作られた可燃性の気体燃料であり、配管された配電システムを介してユーザーに供給されます。空気がない状態で石炭を強く加熱すると生成されます。 都市ガスは、消費者や自治体に販売するために製造された製造ガス燃料を指すより一般的な用語です。
石炭ガスには、水素、一酸化炭素、メタン、エチレン、揮発性炭化水素などのさまざまな発熱ガスと、二酸化炭素や窒素などの少量の非発熱ガスが含まれています。
米国の1940年代と1950年代、およびイギリスとオーストラリアの1960年代と1970年代の間に、天然ガスの供給と送電が開発される前は、実質的にすべての燃料と照明用のガスは石炭から製造されていました。都市ガスは、地方自治体が所有する配管式配水システムを介して家庭に供給されました。
もともとはコークス化プロセスの副産物として作成されたもので、19世紀から20世紀初頭に産業革命と都市化を追跡して使用されました。生産プロセスからの副産物には、コールタールとアンモニアが含まれていました。コールタールとアンモニアは、染料と化学産業にとって重要な化学原料であり、石炭ガスとコールタールから作られる広範な人工染料です。ガスが生産された施設は、しばしば製造ガスプラント（MGP）またはガス工場として知られていました。
1965年にイギリス沿岸沖の北海に大量の天然ガスが発見されたため、1960年代後半以降、北アイルランドを除く英国のガス炊飯器とガスヒーターのほとんどが高価な改造または交換に至りました。
製造プロセスは、製造ガス、合成ガス、ハイガス、ダウソンガス、およびプロデューサーガスとしてさまざまに知られている一連の気体燃料の作成に使用されるプロセスとは物理的および化学的に異なります。これらのガスは、空気、酸素、または蒸気の混合物での多種多様な原料の部分燃焼によって生成され、後者を水素と二酸化炭素に還元しますが、破壊的な蒸留も発生する場合があります。
製造プロセス
製造ガスは、炭化またはガス化という2つのプロセスで製造できます。炭化とは、有機原料を揮発分除去してガスとチャーを生成することです。ガス化は、原料をガスを生成する化学反応にさらすプロセスです。
使用された最初のプロセスは、石炭の炭化と部分的な熱分解でした。コークス炉での石炭の高温炭化（コークス化）で放出されたオフガスを収集し、洗浄し、燃料として使用しました。工場の目標に応じて、望ましい製品は、ガスが副産物である冶金用の高品質コークス、または副産物がコークスである高品質ガスの生産のいずれかでした。コークス工場は通常、製錬所や高炉などの冶金施設に関連付けられていますが、ガス工場は通常都市部に供給されています。
石炭ガス、キャブレター化水性ガス（CWG）、および石油ガスの製造に使用される施設は、現在、一般に製造ガスプラント（MGP）と呼ばれています。
MGP運用の初期において、都市ガス事業の目標は、最大量の照明ガスを生産することでした。ガスの照射力は、ガスに溶解したすすを形成する炭化水素（「発光体」）の量に関連していました。これらの炭化水素は、ガス炎に特徴的な明るい黄色を与えました。ガス工場では、通常、油性bit青炭を原料として使用します。これらの石炭は、大量の揮発性炭化水素を石炭ガスに放出しますが、冶金プロセスに適していない砕けやすい低品質のコークスを残します。石炭またはコークス炉ガスの熱量は通常、10〜20 MJ /m³（250〜550 Btu / ft3（std））の間でした。 20 MJ /m³（550 Btu / ft3（std））前後の値が一般的です。
電気照明の出現により、公益事業者は製造ガスの他の市場を探すことを余儀なくされました。かつてほとんど照明専用のガスを製造していたMGPは、主に加熱と調理、さらには冷蔵と冷却のためにガスを供給することに努力を移しました。
産業用ガス
工業用燃料ガスは、生産者ガス技術を使用して作られました。プロデューサーガスは、ガスプロデューサーの白熱燃料ベッド（通常はコークスまたは石炭）に空気を吹き込むことで作られます。燃料が完全燃焼に不十分な空気と反応すると、一酸化炭素（CO）が生成されます。この反応は発熱性で自立的です。ガス生産者の入力空気に蒸気を追加すると、水性ガス反応によって生成されたCOおよび水素（H2）で燃料ガスを濃縮することにより、燃料ガスの発熱量が増加することが発見されました。生産ガスの発熱量は非常に低く、3.7〜5.6 MJ / m3（99〜150 BTU /立方フィート）です。発熱ガスCO / H2は、大量の不活性窒素（空気から）と二酸化炭素（CO2）（燃焼から）で希釈されているため
2C（s）+ O2→2 CO（発熱プロデューサーガス反応）C（s）+ H2O（g）→CO + H2（吸熱水性ガス反応）C + 2 H2O→CO2 + 2 H2（吸熱）CO + H2O→ CO2 + H2（発熱性水性ガスシフト反応）窒素希釈の問題は、ウィリアムシーメンスirによって1850年代に開発されたブルーウォーターガス（BWG）プロセスによって克服されました。白熱燃料ベッドは、空気とそれに続く蒸気で交互に爆破されます。ブローサイクル中の空気反応は発熱であり、ベッドを加熱しますが、メイクサイクル中の蒸気反応は吸熱であり、ベッドを冷却します。空気サイクルからの生成物は非発熱性窒素を含み、蒸気サイクルの生成物が青い水ガスとして保持されている間、スタックから排出されます。このガスはほぼ完全にCOとH2で構成され、天然ガスに似た淡い青色の炎で燃焼します。 BWGの発熱量は11 MJ / m3（300 BTU /立方フィート）です。
青い水ガスには光源がありませんでした。 1890年代のウェルスバッハマントルの発明以前に存在していた単純なフィッシュテールガスジェットでは、明るい炎で燃えませんでした。 1860年代には、軽油からの光源でBWGを豊かにするさまざまな試みが行われました。軽油（ガソリンの初期の形態）は、原油の最も軽くて最も揮発性の高いフラクション（トップ）から作られた灯油精製からの可燃性廃棄物でした。 1875年、タデウスSCロウは、キャブレター化された水性ガスプロセスを発明しました。このプロセスは製造ガス産業に革命をもたらし、製造ガス時代の終わりまで標準技術でした。 CWG生成セットは3つの要素で構成されていました。生産者（発電機）、キャブレター、ガスパイプとバルブと直列に接続されたスーパーヒーター。
メイク実行中、蒸気はジェネレーターを通過して青い水ガスを生成します。発電機からは、温水ガスがキャブレターの上部に入り、そこで軽質石油がガス流に注入されます。軽油は、キャブレター内部の白い熱い市松模様の耐火レンガと接触したため、熱分解されます。その後、高温の濃縮ガスは過熱器に流れ込み、そこで高温の耐火レンガによってさらに分解されます。
戦争と戦後の英国
戦後の住宅建設プログラムは、ガスを不利な状態に置きました。電力は長い間、小規模な新しい住宅開発でも供給を可能にする全国的な配電網を開発していましたが、ガスは依然として地元でのみ配給されていました。多くの新しい住宅団地はガス本管の手の届かないところにあり、投資収益率に関する厳格な財務省規則により、本管の延長は不経済になりました。電力は、安価なオフピーク電力供給を使用した床下暖房と夜間保管ヒーターで家庭暖房市場に参入しました。
1960年代までに、製造されたガスは、エネルギー市場の主要なライバルである電力と比較して、「当時の市場調査を引用すると」「不快、臭い、汚れ、危険」と見なされ、さらに市場シェアを失う運命にあるようでした。その制御性により、電気と固体燃料の両方に対して顕著な利点が得られた調理用。より効率的なガス火災の開発は、ガスが部屋暖房の市場での競争に抵抗するのを助けました。同時に、温水による家全体のセントラルヒーティングの新しい市場が石油産業によって開発され、ガス産業がそれに続きました。ガス温風暖房は、新しい地方自治体の住宅に市場ニッチを見出し、設置コストが低いことが利点でした。これらの開発、商業的管理（業界が生み出したものの販売）からマーケティング管理（顧客のニーズと要望に応える）への経営的思考の再調整、および国有化された業界によるテレビ広告の使用を妨げる早期停止の解除は、ガス業界を救いました来るべきものに実行可能な市場を提供するのに十分な期間。
天然ガスへの切り替え
1959年にイギリスのガス評議会は、液体天然ガス（LNG）を海上で長距離にわたって安全、効率的、経済的に輸送できることを実証しました。 メタンパイオニアは、LNGの委託品を米国ルイジアナ州レイクチャールズから、イギリスのエセックス州のテムズ川河口にあるキャンベイ島の新しいLNGターミナルに出荷し、そこの顧客は新しい燃料を使用するために転換されました。ロンドンからリーズまでの長さ320マイル（510 km）の高圧トランクパイプラインが建設されました。
イギリスの都市ガス産業のゆっくりした死は、1965年9月17日、海底下8,000フィート（2,400 m）を超えるグリムスビーから40マイル離れた掘削装置Sea Gemによる天然ガスの発見によって示されました。その後、北海には、中央線の両側に多くの豊富なガス田があり、どの国が埋蔵権に対する権利を持つべきかを定義していることがわかりました。
1967年の燃料政策白書（Cmd。3438）は、「この新しい先住民のエネルギー源の利点をできるだけ早く国が享受できるようにする」ために、天然ガスの使用を迅速に構築する方向に業界を向けました。その結果、ピーク負荷発電および産業での低品位用途で使用するための「ガスへのラッシュ」がありました。石炭産業への影響は非常に大きかった。石炭は都市ガス生産の市場を失っただけでなく、大量のエネルギー市場からも追い出されるようになりました。
イージントン、バクトン、セントファーガスの着陸ガスを伴う北海ガス埋蔵量の開発により、3,000マイル（4,800 km）を超える全国的な配電網の構築が可能になりました。国。イギリスのすべてのガス機器（ただし、北アイルランドは除く）は、1967年からの期間にわたって、都市ガスの燃焼から天然ガス（主にメタン）を燃焼するために、異なるサイズのバーナージェットを取り付けて変換されました。 1977年まで、約1億ポンドの費用で、都市ガス製造工場の冗長化を含む。ほぼ1300万の国内、40万の商業、および6万の産業顧客のすべてのガス使用機器が変換されました。この演習で多くの危険な機器が発見され、サービスを停止しました。英国のタウンガス産業は、1987年に北アイルランドの最後のタウンガス製造工場（ベルファスト、ポルタダウン、キャリクファーガス、キャリクファーガスガスワークスが現在復元されたガス工場博物館）で操業を停止したときに消滅しました。 Portadownのサイトはクリアされ、現在、汚染された工業用地の浄化を目的とした細菌の使用に関する長期実験の対象となっています。使用前にほとんど処理する必要がないだけでなく、天然ガスは無毒です。都市ガスの一酸化炭素（CO）により、非常に有毒で、偶発的な中毒とガスによる自殺が一般的になりました。天然ガス器具による中毒は、不完全燃焼によるもので、COが発生し、居住施設への煙道からの漏れが生じます。都市ガスの場合と同様に、少量の悪臭物質（メルカプタン）がガスに追加され、漏れがあるか、バーナーが点灯していないことをユーザーに示します。
英国のガス産業の組織は、1965年のガス法により、ガス評議会が12の地域委員会にガスを取得して供給する権限を付与することにより、これらの変化に適応しました。その後、1972年のガス法により、ブリティッシュガスコーポレーションが単一の商業団体として設立され、12のエリアガスボードすべてが採用され、ガスおよびガス器具を取得し、流通し、英国の産業用および国内の顧客に販売できるようになりました。 1986年、ブリティッシュガスは民営化され、解体され、政府はもはやそれを直接管理できなくなりました。
北海ガスの時代には、町や都市に都市ガス用に設置された元の鋳鉄製ガスパイプの多くがプラスチックに置き換えられました。
DTI Energy Review 'Our Energy Challenge' 2006年1月に報告されているように、北海のガス資源は予想よりも急速に枯渇し、英国へのガス供給は遠隔地から求められています。大陸間および大陸間で陸上および海中のガスの輸送を可能にするパイプ敷設技術。天然ガスは今や世界の商品です。このような供給源は、輸入のすべてのリスクにさらされています。英国にはまだかなりの石炭埋蔵量があり、この事実は、将来のある時点で、石炭ガスが信頼できる固有のエネルギー源として再び使用される可能性があるという考えを促しています。
大衆文化においてモンティパイソンは、1970年に第2シリーズを開始したエピソードの一部として、石炭から北海ガスへの変換、および「New Cooker Sketch」で遭遇したジャンプフープをパロディ化しました。
ドイツのガス生産
多くの点で、ドイツは石炭ガスの研究と炭素化学の分野で先頭に立っています。ホフマンの労働により、ドイツの化学産業全体が出現しました。石炭ガス廃棄物を原料として使用して、研究者は新しいプロセスを開発し、ビタミンCやアスピリンなどの天然有機化合物を合成しました。
第二次世界大戦中、ドイツ経済は石炭不足により石油不足によりナチスドイツがフィッシャー・トロプシュ合成法の開発を余儀なくされ、航空機およびタンク用の合成燃料を生産しました。
太平洋沿岸の石油ガスプロセスの開発
太平洋沿岸のプロセスには、ランプブラックに関する重大な問題があります。燃焼中に、20〜30 lb / 1000ft³（300〜500 g /m³）の油性すすが発生する可能性があります。主要な公害問題により、初期の州レベルの環境法が可決されました。
典型的なガスプラントのレイアウト
- 1880年代の石炭ガス化プラント。
- 1910 CWGプラント
ガス処理の問題
- タールエアロゾル（タール抽出器、コンデンサー/スクラバー、1912年の静電集塵機）
- 軽いオイル蒸気（オイル洗浄）
- ナフタレン（油/タール洗浄）
- アンモニアガス（スクラバー）
- 硫化水素ガス（精製ボックス）
- シアン化水素ガス（精製器）
第一次世界大戦の戦間期の発展
- 高品質の軽油（自動車の燃料として使用）とコークス（製鋼用に転用）の損失は、大量のタール問題につながります。 CWG（浸炭水ガス）タールは、原料としての石炭ガス化タールよりも価値がありません。タール-水エマルジョンは、販売できない水と副産物の品質が低いため、処理するには不経済です。
- CWG生成のためのさまざまな「バックラン」手順は、燃料消費量を削減し、CWGセットでのbit青炭の使用による問題への対処に役立ちます。
- 高圧パイプライン溶接の開発は、大規模な都市ガスプラントの作成とMG産業の統合を促進します。天然ガスの上昇の段階を設定します。
- 電気照明がガス灯に取って代わります。 MG業界のピークは1920年代半ばのいつかです。
- 1936年かそこら。 Lurgiガス化装置の開発。ドイツ人は、石油不足のためにガス化/合成燃料の作業を続けています。
- 米国の1935年公益事業持株会社法は、米国のコークスとガスの統合会社を解散させました。
- CO / Hから液体燃料を合成するFischer-Tropschプロセス
2ガス。 - ハーバーボッシュアンモニアプロセスは、工業用水素に対する大きな需要を生み出します。
第二次世界大戦後：製造ガスの減少
- 天然ガス産業の発展。 NGは37 MJ /m³
- 石油化学製品は、化学原料の原料として価値のあるコールタールの多くを殺します。 （BTX、フェノール、ピッチ）
- 木材保存のためのクレオソート使用の減少。
- 石炭/天然ガスの直接注入により、冶金用コークスの需要が減少します。高炉で必要なコークスは25〜40％少なくなります。
- BOFおよびEAFプロセスは、廃止されたキュポラ炉を処理します。鉄スクラップのリサイクルにおけるコークスの必要性を減らします。新鮮なスチール/鉄の必要性が少なくなります。
- 鋳鉄とスチールは、アルミニウムとプラスチックに置き換えられます。
- 無水フタル酸の生産は、ナフタレンの接触酸化からo-キシロールプロセスに移行します。
第二次世界大戦後のポジティブな展開
- 水素を使用してガス中のタール状蒸気と反応するガスの触媒アップグレード
- 米国でのコークス製造の減少は、コールタールピッチがEAF /アルミニウムの炭素電極の製造に不可欠であるため、コールタール危機につながります。米国は現在、中国からコールタールを輸入しなければならない
- CO / H2混合物の水素化によりメタノールを製造するプロセスの開発。
- メタノールからガソリンを製造するモービルMガスプロセス
- 南アフリカのSASOL石炭プロセス工場。
- 石炭の液体および気体燃料への直接水素化
英国の用語
イギリスでの使用では、 石炭ガスとは具体的には石炭の破壊的蒸留によって作られたガスを意味します。この用語は、水性ガス、生産ガス、合成ガスなどの他の石炭由来ガスには適用されません。米国の使用法は異なる場合があります。
石炭ガスは、1790年代にスコットランドの発明家ウィリアムマードックによって照明ガスとして英国で導入され、ガスエンジンの照明、調理、加熱、および動力供給に非常に広く使用されるようになりました。
製造
石炭をレトルトで加熱し、粗ガスをコンデンサーに通してタールとスクラバーを除去し、他の不純物を除去しました。レトルトに残った残留物はコークスでした。
構成
石炭ガスの組成は、石炭の種類と炭化温度によって異なります。典型的な数字は次のとおりです。
- 水素50％
- メタン35％
- 一酸化炭素10％
- エチレン5％
プレーンバーナーでは、エチレンのみが発光炎を生成しましたが、ガスマントルを使用することで光出力を大幅に増やすことができました。
副産物
石炭ガス製造の副産物にはコークス、コールタール、硫黄、アンモニアが含まれ、これらはすべて有用な製品でした。染料、サルファ剤などの医薬品、サッカリン、および数十の有機化合物はコールタールから作られています。
コークスコークスは無煙燃料として、また水性ガスと生産ガスの製造に使用されます。
コールタールコールタールは分別蒸留にかけられ、
- タール、道路用
- ベンゾール、モーター燃料
- クレオソート、木材防腐剤
- プラスチックの製造に使用されるフェノール
- クレゾール、消毒剤
硫酸の製造に使用
アンモニア肥料の製造に使用
産業の構造
石炭ガスは当初、独立企業によって製造されていましたが、これらの多くは後に市営サービスになりました。民間企業と地方自治体企業の両方が1948年のガス法の下で国有化され、1972年のガス法の下でさらなる再編が行われました。詳細については、British Gas plcを参照してください。鉄鋼業界のコークス炉の副産物工場を除き、石炭ガスは英国で製造されなくなりました。最初は石油から作られたガスで置き換えられ、その後北海からの天然ガスで置き換えられました。
