天然氣燃燒增效劑、含增效劑的天然氣混合物和其制備方法
【專利摘要】一種天然氣燃燒增效劑，其包含質量分數為20%-30%溶劑、質量分數為10-15%燃燒催化劑、質量分數為40-60%的助燃劑、質量分數為10-20%的阻聚劑。本發明的燃燒增效劑，主要是用來對天然氣進行改性增效，改善燃氣燃燒速度與燃燒效率、提高其總有效能量，提高火焰溫度，改善燃燒產物的成分，使天然氣能夠成為高能工業燃氣的核心產品，以達到降低能耗、降低污染、降低使用單位生產成本、提高生產效率等技術效果。
【專利說明】天然氣燃燒增效劑、含增效劑的天然氣混合物和其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于工業燃氣增效劑【技術領域】，尤其涉及金屬切割和焊接用天然氣的燃燒增效劑的組分及應用。
【背景技術】
[0002]目前常見的工業切割氣主要包括:溶解乙炔、丙烷及液化石油氣。其中以溶解乙炔用的最多，大約占50%。國外發達國家切割氣主要以混合燃氣為主。如“威爾克特氣”(乙炔70%+丙烯30%)、“哈依啊賽M氣”(乙炔85%+丙烯和乙烯15%)、“哈依啊賽C氣”(乙烯80%+乙炔20%)、“斯帕杰特氣”(丙烯40-50%+ 丁二烯20-25%+丙炔25-30%)。上述工業切割氣都存在一定的缺陷，如:溶解乙炔存在生產成本高，能耗高，污染嚴重，安全系數低，切口掛渣多，切口局部硬化等缺陷；而丙烷存在預熱時間長，耗氧量大等缺陷。對于乙炔、丙烷與天然氣作為切割燃氣相比較而言，天然氣存在更多的優點:
[0003]1、乙炔、丙烷是易燃易爆有毒氣體，安全系數低，易積碳，點燃時冒黑煙和煙塵，污染工作環境，對人體健康有害。
[0004]2、天然氣爆炸極限是5~15%，乙炔氣的爆炸極限是2~80%，天然氣燃點是650攝氏度，乙炔是335攝氏度，丙烷是450攝氏度，可見乙炔、丙烷的爆極限范圍大，燃點低安
全性差。
[0005]3、乙炔、丙烷價格較高，使用效率低，資源浪費大。
[0006]4、天然氣儲罐 每單位容積比乙炔、丙烷大得多(天然氣的氣液比625/1)，裝有丙烷、乙炔的瓶罐容積大不易儲存運輸。液化天然氣氣液比是625/1，也就是說儲罐內I立方米的液化天然氣等于625立方米的氣態天然氣，這樣連續使用時間長，方便運輸。而乙炔、丙烷連續使用時間短，需經常換罐、勞動效率低，而且切割縫隙大，浪費原材料。切割過程中切割面比較容易出現變形過大，上緣燒塌，下緣掛渣的現象。
[0007]5、乙炔、丙烷切割時預熱時間長，切割速度較慢，切割面容易掛渣、咬邊、不易清理。
[0008]6、乙炔、丙烷中有硫化氫和磷化氫，如果脫硫脫酸處理不好可能會腐蝕鋼材，對焊性也有影響，會誘發氫裂紋。
[0009]7、乙炔易爆，有毒，安全系數低，電石能耗大，還污染環境，但市場需求量又大，所以我國每年要消耗約100萬噸的電石。
[0010]因此，若能夠以天然氣取代乙炔、丙烷作為工業切割焊接燃氣，則可以產生巨大的經濟效益和社會效益。但是以天然氣應用于工業切割或焊接時，存在燃燒溫度低、燃燒速度慢、熱值低等不利特點，不利于工業生產。為了使天然氣克服前述的缺點，以便于適合應用在工業切割焊接工藝中，目前一般是借助于燃氣中添加燃燒增效劑，但現有燃燒增效劑加入后，仍存在燃燒總熱值不高、燃燒溫度不高，不足以取代乙炔、燃燒速度慢、燃燒效率低、火焰不集中、供氣不順暢連續，火焰時大時小的缺點。[0011]本發明旨在提供一種新型工業燃氣燃燒增效劑，用以混合至天然氣中，以期有效改善天然氣的不利特點，促進和擴大天然氣的工業應用。
【發明內容】
[0012]本發明的目的是提供一種燃氣燃燒增效劑，通過在天然氣中添加該燃燒增效劑，使獲得的燃氣具有燃燒速度快、火焰溫度高、安全系數高、成本低、切割預熱時間、切割速度快、切割面光滑潔凈、完成等量工作時的耗氧量低，耗氣量少，廢氣排放污染小的優點，從而更加適合取代溶解乙炔、丙烷而成為各種性能更優良的工業切割焊接燃氣。
[0013]為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種燃燒增效劑，其包含以下原料:質量分數為20%-30%的溶劑、質量分數10-15%燃燒催化劑、質量分數40-60%的助燃劑、質量分數10-20%的阻聚劑；
[0014]所述溶劑是為第一混合溶劑，即所述第一混合溶劑是由丙酮和丁酮及乙醇組成，其中丙酮:丁酮:乙醇的質量比為1:(2~4):1 ;或為第二混合溶劑，所述第二混合溶劑是由松節油和丁酮及乙醇組成，其中松節油:丁酮:乙醇的質量比為1:(1~3):2 ;或為第三混合溶劑，所述第三混合溶劑是由輕油和丁酮及乙醇組成，其中輕油:丁酮:乙醇的質量比為1:(1~2):1，或為第四混合溶劑，所述第四混合溶劑是由松節油、輕油和丁酮及乙醇所組成，其中松節油:輕油:丁酮:乙醇的質量比未1:1:(1.8~2):1 ;
[0015]所述燃燒催化劑為正辛基二茂鐵、叔丁基二茂鐵一種或兩種的混合；
[0016]所述助燃劑是由甲醇、二甲苯及高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的質量比為(3~8):(1~2):(1~3)，高碳醇可以選擇為C個數為10-22的醇或其混合物；
[0017]所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為(3~4):(1~2)的比例混合而成。
[0018]優選的，還包含質量分數為5%~10%的聚合消煙降解劑，所述聚合消煙降解劑為甲基環戊二烯基二茂鐵，其與其他組分的質量分數總和為100%。
[0019]優選的，所述增效劑的配方如下:溶劑占總量的24%，所述溶劑為第四混合溶劑，其松節油、輕油和丁酮及乙醇分別為總量的5%、5%、9%及5% ;燃燒催化劑為正辛基二茂鐵，占總量的10% ;助燃劑占總量50%，其中甲醇、二甲苯及高碳醇分別為總量的35%、10%、5% ;阻聚劑占總量16%，其中環烷酸鎂、十八碳三烯甘油酯分別占總量的12%、4%。
[0020]優選的，所述增效劑的配方如下:
[0021]溶劑20%，其中松節油:丁酮:乙醇為1:1:2 ;助燃劑40%，其中甲醇:二甲苯:高碳醇為6:1:1;燃燒催化劑15%，其中正辛基二茂鐵:叔丁基二茂鐵為2:1 ;阻聚劑20%，其中環烷酸鎂:十八碳三烯甘油酯為3:1 ;以及，聚合消煙降解劑5%。
[0022]本發明又一目的是提供一種高效工業用燃氣混合物，該高效工業用燃氣混合物是在天然氣中添加所述的燃燒增效劑，其中燃燒增效劑占燃氣質量百分之0.3至百分之0.5。
[0023]本發明再一目的是提供一種所述高效工業用燃氣混合物的制備方法，其是通過將所述的天然氣燃燒增效劑均勻地噴灑吸附在天然氣氣分子上，使燃燒增效劑與天然氣分子有機結合在一起，以獲得所需的高效工業用燃氣混合物，其中所述燃燒增效劑占燃氣質量百分數為百分之0.3至百分之0.5。
[0024]其中，是以霧化噴射裝置向天然氣分子上噴灑所述天然氣燃燒增效劑。[0025]本發明的燃燒增效劑，主要是用來對天然氣進行改性增效，改善燃氣燃燒速度與燃燒效率、提高其總有效能量，提高火焰溫度，改善燃燒產物的成分，使天然氣能夠成為高能工業燃氣的核心產品，以達到降低能耗、降低污染、降低使用單位生產成本、提高生產效率等技術效果。本發明的燃氣增效劑主要有五方面:
[0026]第一，通過添加高能物質(燃氣的助燃物質即甲醇、二甲苯、高碳醇)適度提高燃氣的總熱值；
[0027]第二，通過適當添加均相催化劑(提高燃氣溫度物質即正辛基二茂鐵和叔丁基二茂鐵，又稱為燃燒催化劑)降低燃氣活化能，改善化學反應速度，實現有效的催化燃燒；
[0028]第三，通過適當添加松節油、輕油和丁酮及乙醇所組成的有機溶劑提高燃氣的擴散摻混性能，改善天然氣與氧的混合速度和混合率；
[0029]第四，通過適度添加輻射改進劑(改進燃燒熱能輻射集中火焰溫度物質物質即環烷酸鎂和十八碳三烯甘油酯，又稱阻聚劑)，改變燃燒時火焰頻率及波長、激活燃氣，抑制和減少火焰的熱輻射。使燃氣在燃燒過程能放出更多的能量，達到火焰集中、溫度高、穿透力強、熱能易被工件強化吸收，節省燃氣的效果。
[0030]第五，通過適度添加聚合消煙降解劑(甲基環戊二烯基二茂鐵)可使燃氣在燃燒過程中減少煙量，燃燒更充分，進一步提高熱值。
[0031]本發明將所述的天然氣燃燒增效劑按一定的質量比例添加到純度為96%以上的天然氣中，得到本發明的高效工業用燃氣混合物，用以取代溶解乙炔，丙烷等傳統工業用切割焊接燃氣，經實驗表明，本發明的燃氣混合物的火焰溫度高達3120-3315攝氏度，切割預熱時間短，作業時，切割速度快比乙炔快1/5，且本發明是以天然氣為基礎不含硫化氫、磷化氫，所以不會有腐蝕鋼材或者引發氫裂紋情況。此外，本發明的燃氣混合物其燃燒溫度高火焰集中、切割縫隙窄、速度快，所以切割面光滑不易出現上緣燒塌下緣掛渣的情況，經檢測切割面質量達到I級，節省了大量工料；后期清理工作也簡單許多，減輕刀具的磨損。甚至，還有效解決了電石市場消耗供不應求的緊張局面，以及丙烷因環境溫度低，所產生的供氣氣流不穩定火焰忽大忽小，且出現斷火等難題。
[0032]本發明的高效燃氣混合物由于是以天然氣為基礎，加入了高效燃燒增效劑所組成，在具備新的優良特性的同時，還包括天然氣自身所具備特性，如爆炸極限窄，燃點高、安全系數高，毒性低、燃燒后產物煙塵少，工作環境清潔、價格便宜、氣液比大(625/1)，以儲罐儲存及運輸方便、連續性強、無需經常換罐、整體密度低，適合特定的工作環境要求等優點。
[0033]本發明的高效燃氣混合物的制備方法，是借助霧化噴射裝置將燃燒增效劑均勻地噴灑吸附在天然氣氣分子上，使其有機結合在一起，不會因放置時間的延長而分解或分離，始終保持穩定狀態，擴散均勻，汽化均勻。使其燃燒效率保持恒久如一，性能得到極大發揮，各項指標大大超過乙炔氣、丙烷和石油液化氣，且效果顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發明含有增效劑的高效工業用燃氣的制備方法流程圖。
【具體實施方式】
[0035]以下是結合【具體實施方式】，進一步說明本發明。[0036]以下為本發明天然氣燃燒增效劑的配方實施例:
[0037]實施例1
[0038]一種天然氣燃燒增效劑的組分及其質量百分數為:
[0039]
溶劑30%
燃燒催化劑 10%
助燃劑50% 阻聚劑10%;
[0040]所述溶劑是為第一混合溶劑，即所述第一混合溶劑是由丙酮和丁酮及乙醇組成，其中丙酮:丁酮:乙醇的質量比為1:4:1 ;所述燃燒催化劑為正辛基二茂鐵；所述助燃劑是由甲醇、二甲苯及高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的質量比為3:1:1，高碳醇為C18-C22個碳的醇；所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為3:2的比例混合而成。
[0041]實施例2
[0042]一種天然氣燃燒增效劑的組分及其質量百分數為:
[0043]
溶劑20%;
燃燒催化劑 15%;
助燃劑55%;
[0044]
阻聚劑10%;
[0045]所述溶劑是為第一混合溶劑，即所述第一混合溶劑是由丙酮和丁酮及乙醇組成，其中丙酮:丁酮:乙醇的質量比為1:2:1 ;所述燃燒催化劑為正辛基二茂鐵；所述助燃劑是由甲醇、二甲苯及高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的質量比為8:2:1，高碳醇為C20-22個碳的醇；所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為3:2的比例混合而成。
[0046]實施例3
[0047]一種天然氣燃燒增效劑的組分及其質量百分數為:
[0048]
溶劑24%;
燃燒催化劑 10%;
助燃劑50%;
阻聚劑16%;
[0049]所述溶劑是為第四混合溶劑，第四混合溶劑是由松節油、輕油和丁酮及乙醇所組成，其中松節油:輕油:丁酮:乙醇的質量比未5:5:9:5 ;所述燃燒催化劑為正辛基二茂鐵；所述助燃劑是由甲醇、二甲苯及高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的質量比為7:2:1,高碳醇為C20-22個碳的醇；所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為3:1的比例混合而成。
[0050]實施例4
[0051]
溶劑30%;
燃燒催化劑 10%;
助燃劑40%;
阻聚劑20%;
[0052]所述溶劑為第二混合溶劑是由松節油和丁酮及乙醇組成，其中松節油:丁酮:乙醇的質量比為1:3:2 ;所述的燃燒催化劑為叔丁基二茂鐵，或叔丁基二茂鐵與正辛基二茂鐵按一定比例混合的物質(混合比例1:1);
[0053]所述助燃劑是由甲醇和二甲苯及C20高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:C20高碳醇質量比為4:1:3 ;所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為4:1的比例混合而成。
[0054]實施例5
[0055]
溶劑20%;
燃燒催化劑 10%;
助燃劑60%;
阻聚劑10%;
[0056]所述溶劑為第三混合溶劑是由輕油和丁酮及乙醇組成，其中輕油:丁酮:乙醇的質量比為1:2:1 ;所述的燃燒催化劑為叔丁基二茂鐵與正辛基二茂鐵按一定比例混合的物質(混合比例3:2);所述助燃劑是由甲醇和二甲苯及C20高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:C20高碳醇質量比為4:1:1 ;所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為4:1的比例混合而成。
[0057]實施例6
[0058]溶劑20%;
燃燒催化劑 10%;
助燃劑40%;
阻聚劑20%;
聚合消煙降解劑10%;
[0059]所述溶劑為第三混合溶劑是由輕油和丁酮及乙醇組成，其中輕油:丁酮:乙醇的質量比為1:1:1 ;所述的燃燒催化劑為叔丁基二茂鐵；所述助燃劑是由甲醇和二甲苯及C20高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:C20高碳醇質量比為5:2:1 ;所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為7:3的比例混合而成。所述聚合消煙降解劑是甲基環茂二烯基二茂鐵。
[0060]實施例7
[0061]
溶劑20%;
燃燒催化劑 15%;
助燃劑40%;
阻聚劑20%;
聚合消煙降解劑5%;`
[0062]所述溶劑為第二混合溶劑是由松節油和丁酮及乙醇組成，其中松節油:丁酮:乙醇的質量比為1:1:2 ;所述的燃燒催化劑為叔丁基二茂鐵與正辛基二茂鐵按一定比例混合的物質(混合比例1:2);所述助燃劑是由甲醇和二甲苯及C20高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:C20高碳醇質量比為6:1:1 ;所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為3:1的比例混合而成；所述聚合消煙降解劑是甲基環茂二烯基二茂鐵。
[0063]通過將按照本發明的配方所得到的燃燒增效劑混入到純度為96%的天然氣中，使增效劑的質量分數占天然氣質量的百分比范圍為3-5%，從而配制得到本發明的高效工業用燃氣混合物。通過向天然氣中添加增效劑(壓力20MPa情況下每立方米3%。~5%。千克)，進而使現有傳統的天然氣轉變成高效節能和環保的工業用燃氣。增效劑進入天然氣后可均勻擴散，形成特定的氫氧原子團，激活主體介質，加快燃燒速度，天然氣分子在燃燒過程中發生裂變，對燃氣有優化重組作用，使燃氣得以充分燃燒產生二次燃燒改善燃氣的燃燒性能。從而提高熱效率，大大提高了燃氣的火焰燃燒溫度，增效后天然氣火焰溫度甚至可達3400攝氏度以上。
[0064]以下為按照實施例1至實施例7的配方所得到的燃燒增效劑，等量地添加到天然氣后得到的混合物，與乙炔的實驗數據對比表:
[0065]
比較對象40mm冷乳板打孔預熱時間(s) 火焰溫度(°C)
【權利要求】
1.一種天然氣燃燒增效劑，其特征包含以下原料:溶劑質量分數20%-30%;燃燒催化劑質量分數10-15%;助燃劑質量分數40-60%;阻聚劑質量分數10-20%; 所述溶劑是為第一混合溶劑，即所述第一混合溶劑是由丙酮和丁酮及乙醇組成，其中丙酮:丁酮:乙醇的質量比為1:(2~4):1;或為第二混合溶劑，所述第二混合溶劑是由松節油和丁酮及乙醇組成，其中松節油:丁酮:乙醇的質量比為1:(1~3):2 ;或為第三混合溶劑，所述第三混合溶劑是由輕油和丁酮及乙醇組成，其中輕油:丁酮:乙醇的質量比為1:(I~2):1，或為第四混合溶劑，所述第四混合溶劑是由松節油、輕油和丁酮及乙醇所組成，其中松節油:輕油:丁酮:乙醇的質量比未1:1: (1.8~2):1 ; 所述燃燒催化劑為正辛基二茂鐵、叔丁基二茂鐵一種或兩種的混合； 所述助燃劑是由甲醇、二甲苯及高碳醇組成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的質量比為(3 ~8):(1 ~2):(1 ~3); 所述阻聚劑是由環烷酸鎂與十八碳三烯甘油酯按照質量比為(3~4):(1~2)的比例混合而成。
2.如權利要求1所述的天然氣燃燒增效劑，其特征在于，還包含質量分數為5%~10%的聚合消煙降解劑，所述聚合消煙降解劑為甲基環戊二烯基二茂鐵，其與其他組分的質量分數總和為100%。.
3.如權利要求1所述的天然氣燃燒增效劑，其特征在于，所述增效劑的配方如下:溶劑占總量的24%，所述溶劑為第四混合溶劑，其松節油、輕油和丁酮及乙醇分別為總量的5%、5%、9%及5% ;燃燒催化劑為正辛基二茂鐵，占總量的10% ;助燃劑占總量50%，其中甲醇、二甲苯及高碳醇分別為總量的35%、10%、5% ;阻聚劑占總量16%，其中環烷酸鎂、十八碳三烯甘油酯分別占總量的12%、4%。
4.如權利要求2所述的天然氣燃燒增效劑，其特征在于，所述增效劑的配方如下: 溶劑20%，其中松節油:丁酮:乙醇為1:1:2 ;助燃劑40%，其中甲醇:二甲苯:高碳醇為6:1:1;燃燒催化劑15%，其中正辛基二茂鐵:叔丁基二茂鐵為2:1 ;阻聚劑20%，其中環烷酸鎂:十八碳三烯甘油酯為3:1 ;以及，聚合消煙降解劑5%。
5.一種高效工業用燃氣混合物，其特征在于，在天然氣中添加如權利要求1-4任一項所述的燃燒增效劑，其中燃燒增效劑占燃氣質量百分之0.3至百分之0.5。
6.一種制備權利要求5所述的高效工業用燃氣混合物的方法，其特征是:通過將如權利要求1-4任一項所述的天然氣燃燒增效劑均勻地噴灑吸附在天然氣氣分子上，使燃燒增效劑與天然氣分子有機結合在一起，以獲得所需的高效工業用燃氣混合物，其中所述燃燒增效劑占燃氣質量百分數為百分之0.3至百分之0.5。
7.如權利要求6所述的方法，其特征是:以霧化噴射裝置向天然氣分子上噴灑所述天然氣燃燒增效劑。
【文檔編號】C10L3/10GK103468339SQ201310425690
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2013年9月17日
【發明者】鄭海昌 申請人:鄭海昌