天然气燃烧增效剂、含增效剂的天然气混合物和其制备方法
【专利摘要】一种天然气燃烧增效剂，其包含质量分数为20%-30%溶剂、质量分数为10-15%燃烧催化剂、质量分数为40-60%的助燃剂、质量分数为10-20%的阻聚剂。本发明的燃烧增效剂，主要是用来对天然气进行改性增效，改善燃气燃烧速度与燃烧效率、提高其总有效能量，提高火焰温度，改善燃烧产物的成分，使天然气能够成为高能工业燃气的核心产品，以达到降低能耗、降低污染、降低使用单位生产成本、提高生产效率等技术效果。
【专利说明】天然气燃烧增效剂、含增效剂的天然气混合物和其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业燃气增效剂【技术领域】，尤其涉及金属切割和焊接用天然气的燃烧增效剂的组分及应用。
【背景技术】
[0002]目前常见的工业切割气主要包括:溶解乙炔、丙烷及液化石油气。其中以溶解乙炔用的最多，大约占50%。国外发达国家切割气主要以混合燃气为主。如“威尔克特气”(乙炔70%+丙烯30%)、“哈依啊赛M气”(乙炔85%+丙烯和乙烯15%)、“哈依啊赛C气”(乙烯80%+乙炔20%)、“斯帕杰特气”(丙烯40-50%+ 丁二烯20-25%+丙炔25-30%)。上述工业切割气都存在一定的缺陷，如:溶解乙炔存在生产成本高，能耗高，污染严重，安全系数低，切口挂渣多，切口局部硬化等缺陷；而丙烷存在预热时间长，耗氧量大等缺陷。对于乙炔、丙烷与天然气作为切割燃气相比较而言，天然气存在更多的优点:
[0003]1、乙炔、丙烷是易燃易爆有毒气体，安全系数低，易积碳，点燃时冒黑烟和烟尘，污染工作环境，对人体健康有害。
[0004]2、天然气爆炸极限是5~15%，乙炔气的爆炸极限是2~80%，天然气燃点是650摄氏度，乙炔是335摄氏度，丙烷是450摄氏度，可见乙炔、丙烷的爆极限范围大，燃点低安
全性差。
[0005]3、乙炔、丙烷价格较高，使用效率低，资源浪费大。
[0006]4、天然气储罐 每单位容积比乙炔、丙烷大得多(天然气的气液比625/1)，装有丙烷、乙炔的瓶罐容积大不易储存运输。液化天然气气液比是625/1，也就是说储罐内I立方米的液化天然气等于625立方米的气态天然气，这样连续使用时间长，方便运输。而乙炔、丙烷连续使用时间短，需经常换罐、劳动效率低，而且切割缝隙大，浪费原材料。切割过程中切割面比较容易出现变形过大，上缘烧塌，下缘挂渣的现象。
[0007]5、乙炔、丙烷切割时预热时间长，切割速度较慢，切割面容易挂渣、咬边、不易清理。
[0008]6、乙炔、丙烷中有硫化氢和磷化氢，如果脱硫脱酸处理不好可能会腐蚀钢材，对焊性也有影响，会诱发氢裂纹。
[0009]7、乙炔易爆，有毒，安全系数低，电石能耗大，还污染环境，但市场需求量又大，所以我国每年要消耗约100万吨的电石。
[0010]因此，若能够以天然气取代乙炔、丙烷作为工业切割焊接燃气，则可以产生巨大的经济效益和社会效益。但是以天然气应用于工业切割或焊接时，存在燃烧温度低、燃烧速度慢、热值低等不利特点，不利于工业生产。为了使天然气克服前述的缺点，以便于适合应用在工业切割焊接工艺中，目前一般是借助于燃气中添加燃烧增效剂，但现有燃烧增效剂加入后，仍存在燃烧总热值不高、燃烧温度不高，不足以取代乙炔、燃烧速度慢、燃烧效率低、火焰不集中、供气不顺畅连续，火焰时大时小的缺点。[0011]本发明旨在提供一种新型工业燃气燃烧增效剂，用以混合至天然气中，以期有效改善天然气的不利特点，促进和扩大天然气的工业应用。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是提供一种燃气燃烧增效剂，通过在天然气中添加该燃烧增效剂，使获得的燃气具有燃烧速度快、火焰温度高、安全系数高、成本低、切割预热时间、切割速度快、切割面光滑洁净、完成等量工作时的耗氧量低，耗气量少，废气排放污染小的优点，从而更加适合取代溶解乙炔、丙烷而成为各种性能更优良的工业切割焊接燃气。
[0013]为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种燃烧增效剂，其包含以下原料:质量分数为20%-30%的溶剂、质量分数10-15%燃烧催化剂、质量分数40-60%的助燃剂、质量分数10-20%的阻聚剂；
[0014]所述溶剂是为第一混合溶剂，即所述第一混合溶剂是由丙酮和丁酮及乙醇组成，其中丙酮:丁酮:乙醇的质量比为1:(2~4):1 ;或为第二混合溶剂，所述第二混合溶剂是由松节油和丁酮及乙醇组成，其中松节油:丁酮:乙醇的质量比为1:(1~3):2 ;或为第三混合溶剂，所述第三混合溶剂是由轻油和丁酮及乙醇组成，其中轻油:丁酮:乙醇的质量比为1:(1~2):1，或为第四混合溶剂，所述第四混合溶剂是由松节油、轻油和丁酮及乙醇所组成，其中松节油:轻油:丁酮:乙醇的质量比未1:1:(1.8~2):1 ;
[0015]所述燃烧催化剂为正辛基二茂铁、叔丁基二茂铁一种或两种的混合；
[0016]所述助燃剂是由甲醇、二甲苯及高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的质量比为(3~8):(1~2):(1~3)，高碳醇可以选择为C个数为10-22的醇或其混合物；
[0017]所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为(3~4):(1~2)的比例混合而成。
[0018]优选的，还包含质量分数为5%~10%的聚合消烟降解剂，所述聚合消烟降解剂为甲基环戊二烯基二茂铁，其与其他组分的质量分数总和为100%。
[0019]优选的，所述增效剂的配方如下:溶剂占总量的24%，所述溶剂为第四混合溶剂，其松节油、轻油和丁酮及乙醇分别为总量的5%、5%、9%及5% ;燃烧催化剂为正辛基二茂铁，占总量的10% ;助燃剂占总量50%，其中甲醇、二甲苯及高碳醇分别为总量的35%、10%、5% ;阻聚剂占总量16%，其中环烷酸镁、十八碳三烯甘油酯分别占总量的12%、4%。
[0020]优选的，所述增效剂的配方如下:
[0021]溶剂20%，其中松节油:丁酮:乙醇为1:1:2 ;助燃剂40%，其中甲醇:二甲苯:高碳醇为6:1:1;燃烧催化剂15%，其中正辛基二茂铁:叔丁基二茂铁为2:1 ;阻聚剂20%，其中环烷酸镁:十八碳三烯甘油酯为3:1 ;以及，聚合消烟降解剂5%。
[0022]本发明又一目的是提供一种高效工业用燃气混合物，该高效工业用燃气混合物是在天然气中添加所述的燃烧增效剂，其中燃烧增效剂占燃气质量百分之0.3至百分之0.5。
[0023]本发明再一目的是提供一种所述高效工业用燃气混合物的制备方法，其是通过将所述的天然气燃烧增效剂均匀地喷洒吸附在天然气气分子上，使燃烧增效剂与天然气分子有机结合在一起，以获得所需的高效工业用燃气混合物，其中所述燃烧增效剂占燃气质量百分数为百分之0.3至百分之0.5。
[0024]其中，是以雾化喷射装置向天然气分子上喷洒所述天然气燃烧增效剂。[0025]本发明的燃烧增效剂，主要是用来对天然气进行改性增效，改善燃气燃烧速度与燃烧效率、提高其总有效能量，提高火焰温度，改善燃烧产物的成分，使天然气能够成为高能工业燃气的核心产品，以达到降低能耗、降低污染、降低使用单位生产成本、提高生产效率等技术效果。本发明的燃气增效剂主要有五方面:
[0026]第一，通过添加高能物质(燃气的助燃物质即甲醇、二甲苯、高碳醇)适度提高燃气的总热值；
[0027]第二，通过适当添加均相催化剂(提高燃气温度物质即正辛基二茂铁和叔丁基二茂铁，又称为燃烧催化剂)降低燃气活化能，改善化学反应速度，实现有效的催化燃烧；
[0028]第三，通过适当添加松节油、轻油和丁酮及乙醇所组成的有机溶剂提高燃气的扩散掺混性能，改善天然气与氧的混合速度和混合率；
[0029]第四，通过适度添加辐射改进剂(改进燃烧热能辐射集中火焰温度物质物质即环烷酸镁和十八碳三烯甘油酯，又称阻聚剂)，改变燃烧时火焰频率及波长、激活燃气，抑制和减少火焰的热辐射。使燃气在燃烧过程能放出更多的能量，达到火焰集中、温度高、穿透力强、热能易被工件强化吸收，节省燃气的效果。
[0030]第五，通过适度添加聚合消烟降解剂(甲基环戊二烯基二茂铁)可使燃气在燃烧过程中减少烟量，燃烧更充分，进一步提高热值。
[0031]本发明将所述的天然气燃烧增效剂按一定的质量比例添加到纯度为96%以上的天然气中，得到本发明的高效工业用燃气混合物，用以取代溶解乙炔，丙烷等传统工业用切割焊接燃气，经实验表明，本发明的燃气混合物的火焰温度高达3120-3315摄氏度，切割预热时间短，作业时，切割速度快比乙炔快1/5，且本发明是以天然气为基础不含硫化氢、磷化氢，所以不会有腐蚀钢材或者引发氢裂纹情况。此外，本发明的燃气混合物其燃烧温度高火焰集中、切割缝隙窄、速度快，所以切割面光滑不易出现上缘烧塌下缘挂渣的情况，经检测切割面质量达到I级，节省了大量工料；后期清理工作也简单许多，减轻刀具的磨损。甚至，还有效解决了电石市场消耗供不应求的紧张局面，以及丙烷因环境温度低，所产生的供气气流不稳定火焰忽大忽小，且出现断火等难题。
[0032]本发明的高效燃气混合物由于是以天然气为基础，加入了高效燃烧增效剂所组成，在具备新的优良特性的同时，还包括天然气自身所具备特性，如爆炸极限窄，燃点高、安全系数高，毒性低、燃烧后产物烟尘少，工作环境清洁、价格便宜、气液比大(625/1)，以储罐储存及运输方便、连续性强、无需经常换罐、整体密度低，适合特定的工作环境要求等优点。
[0033]本发明的高效燃气混合物的制备方法，是借助雾化喷射装置将燃烧增效剂均匀地喷洒吸附在天然气气分子上，使其有机结合在一起，不会因放置时间的延长而分解或分离，始终保持稳定状态，扩散均匀，汽化均匀。使其燃烧效率保持恒久如一，性能得到极大发挥，各项指标大大超过乙炔气、丙烷和石油液化气，且效果显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1为本发明含有增效剂的高效工业用燃气的制备方法流程图。
【具体实施方式】
[0035]以下是结合【具体实施方式】，进一步说明本发明。[0036]以下为本发明天然气燃烧增效剂的配方实施例:
[0037]实施例1
[0038]一种天然气燃烧增效剂的组分及其质量百分数为:
[0039]
溶剂30%
燃烧催化剂 10%
助燃剂50% 阻聚剂10%;
[0040]所述溶剂是为第一混合溶剂，即所述第一混合溶剂是由丙酮和丁酮及乙醇组成，其中丙酮:丁酮:乙醇的质量比为1:4:1 ;所述燃烧催化剂为正辛基二茂铁；所述助燃剂是由甲醇、二甲苯及高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的质量比为3:1:1，高碳醇为C18-C22个碳的醇；所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为3:2的比例混合而成。
[0041]实施例2
[0042]一种天然气燃烧增效剂的组分及其质量百分数为:
[0043]
溶剂20%;
燃烧催化剂 15%;
助燃剂55%;
[0044]
阻聚剂10%;
[0045]所述溶剂是为第一混合溶剂，即所述第一混合溶剂是由丙酮和丁酮及乙醇组成，其中丙酮:丁酮:乙醇的质量比为1:2:1 ;所述燃烧催化剂为正辛基二茂铁；所述助燃剂是由甲醇、二甲苯及高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的质量比为8:2:1，高碳醇为C20-22个碳的醇；所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为3:2的比例混合而成。
[0046]实施例3
[0047]一种天然气燃烧增效剂的组分及其质量百分数为:
[0048]
溶剂24%;
燃烧催化剂 10%;
助燃剂50%;
阻聚剂16%;
[0049]所述溶剂是为第四混合溶剂，第四混合溶剂是由松节油、轻油和丁酮及乙醇所组成，其中松节油:轻油:丁酮:乙醇的质量比未5:5:9:5 ;所述燃烧催化剂为正辛基二茂铁；所述助燃剂是由甲醇、二甲苯及高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的质量比为7:2:1,高碳醇为C20-22个碳的醇；所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为3:1的比例混合而成。
[0050]实施例4
[0051]
溶剂30%;
燃烧催化剂 10%;
助燃剂40%;
阻聚剂20%;
[0052]所述溶剂为第二混合溶剂是由松节油和丁酮及乙醇组成，其中松节油:丁酮:乙醇的质量比为1:3:2 ;所述的燃烧催化剂为叔丁基二茂铁，或叔丁基二茂铁与正辛基二茂铁按一定比例混合的物质(混合比例1:1);
[0053]所述助燃剂是由甲醇和二甲苯及C20高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:C20高碳醇质量比为4:1:3 ;所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为4:1的比例混合而成。
[0054]实施例5
[0055]
溶剂20%;
燃烧催化剂 10%;
助燃剂60%;
阻聚剂10%;
[0056]所述溶剂为第三混合溶剂是由轻油和丁酮及乙醇组成，其中轻油:丁酮:乙醇的质量比为1:2:1 ;所述的燃烧催化剂为叔丁基二茂铁与正辛基二茂铁按一定比例混合的物质(混合比例3:2);所述助燃剂是由甲醇和二甲苯及C20高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:C20高碳醇质量比为4:1:1 ;所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为4:1的比例混合而成。
[0057]实施例6
[0058]溶剂20%;
燃烧催化剂 10%;
助燃剂40%;
阻聚剂20%;
聚合消烟降解剂10%;
[0059]所述溶剂为第三混合溶剂是由轻油和丁酮及乙醇组成，其中轻油:丁酮:乙醇的质量比为1:1:1 ;所述的燃烧催化剂为叔丁基二茂铁；所述助燃剂是由甲醇和二甲苯及C20高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:C20高碳醇质量比为5:2:1 ;所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为7:3的比例混合而成。所述聚合消烟降解剂是甲基环茂二烯基二茂铁。
[0060]实施例7
[0061]
溶剂20%;
燃烧催化剂 15%;
助燃剂40%;
阻聚剂20%;
聚合消烟降解剂5%;`
[0062]所述溶剂为第二混合溶剂是由松节油和丁酮及乙醇组成，其中松节油:丁酮:乙醇的质量比为1:1:2 ;所述的燃烧催化剂为叔丁基二茂铁与正辛基二茂铁按一定比例混合的物质(混合比例1:2);所述助燃剂是由甲醇和二甲苯及C20高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:C20高碳醇质量比为6:1:1 ;所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为3:1的比例混合而成；所述聚合消烟降解剂是甲基环茂二烯基二茂铁。
[0063]通过将按照本发明的配方所得到的燃烧增效剂混入到纯度为96%的天然气中，使增效剂的质量分数占天然气质量的百分比范围为3-5%，从而配制得到本发明的高效工业用燃气混合物。通过向天然气中添加增效剂(压力20MPa情况下每立方米3%。~5%。千克)，进而使现有传统的天然气转变成高效节能和环保的工业用燃气。增效剂进入天然气后可均匀扩散，形成特定的氢氧原子团，激活主体介质，加快燃烧速度，天然气分子在燃烧过程中发生裂变，对燃气有优化重组作用，使燃气得以充分燃烧产生二次燃烧改善燃气的燃烧性能。从而提高热效率，大大提高了燃气的火焰燃烧温度，增效后天然气火焰温度甚至可达3400摄氏度以上。
[0064]以下为按照实施例1至实施例7的配方所得到的燃烧增效剂，等量地添加到天然气后得到的混合物，与乙炔的实验数据对比表:
[0065]
比较对象40mm冷乳板打孔预热时间(s) 火焰温度(°C)
【权利要求】
1.一种天然气燃烧增效剂，其特征包含以下原料:溶剂质量分数20%-30%;燃烧催化剂质量分数10-15%;助燃剂质量分数40-60%;阻聚剂质量分数10-20%; 所述溶剂是为第一混合溶剂，即所述第一混合溶剂是由丙酮和丁酮及乙醇组成，其中丙酮:丁酮:乙醇的质量比为1:(2~4):1;或为第二混合溶剂，所述第二混合溶剂是由松节油和丁酮及乙醇组成，其中松节油:丁酮:乙醇的质量比为1:(1~3):2 ;或为第三混合溶剂，所述第三混合溶剂是由轻油和丁酮及乙醇组成，其中轻油:丁酮:乙醇的质量比为1:(I~2):1，或为第四混合溶剂，所述第四混合溶剂是由松节油、轻油和丁酮及乙醇所组成，其中松节油:轻油:丁酮:乙醇的质量比未1:1: (1.8~2):1 ; 所述燃烧催化剂为正辛基二茂铁、叔丁基二茂铁一种或两种的混合； 所述助燃剂是由甲醇、二甲苯及高碳醇组成，其中甲醇:二甲苯:高碳醇的质量比为(3 ~8):(1 ~2):(1 ~3); 所述阻聚剂是由环烷酸镁与十八碳三烯甘油酯按照质量比为(3~4):(1~2)的比例混合而成。
2.如权利要求1所述的天然气燃烧增效剂，其特征在于，还包含质量分数为5%~10%的聚合消烟降解剂，所述聚合消烟降解剂为甲基环戊二烯基二茂铁，其与其他组分的质量分数总和为100%。.
3.如权利要求1所述的天然气燃烧增效剂，其特征在于，所述增效剂的配方如下:溶剂占总量的24%，所述溶剂为第四混合溶剂，其松节油、轻油和丁酮及乙醇分别为总量的5%、5%、9%及5% ;燃烧催化剂为正辛基二茂铁，占总量的10% ;助燃剂占总量50%，其中甲醇、二甲苯及高碳醇分别为总量的35%、10%、5% ;阻聚剂占总量16%，其中环烷酸镁、十八碳三烯甘油酯分别占总量的12%、4%。
4.如权利要求2所述的天然气燃烧增效剂，其特征在于，所述增效剂的配方如下: 溶剂20%，其中松节油:丁酮:乙醇为1:1:2 ;助燃剂40%，其中甲醇:二甲苯:高碳醇为6:1:1;燃烧催化剂15%，其中正辛基二茂铁:叔丁基二茂铁为2:1 ;阻聚剂20%，其中环烷酸镁:十八碳三烯甘油酯为3:1 ;以及，聚合消烟降解剂5%。
5.一种高效工业用燃气混合物，其特征在于，在天然气中添加如权利要求1-4任一项所述的燃烧增效剂，其中燃烧增效剂占燃气质量百分之0.3至百分之0.5。
6.一种制备权利要求5所述的高效工业用燃气混合物的方法，其特征是:通过将如权利要求1-4任一项所述的天然气燃烧增效剂均匀地喷洒吸附在天然气气分子上，使燃烧增效剂与天然气分子有机结合在一起，以获得所需的高效工业用燃气混合物，其中所述燃烧增效剂占燃气质量百分数为百分之0.3至百分之0.5。
7.如权利要求6所述的方法，其特征是:以雾化喷射装置向天然气分子上喷洒所述天然气燃烧增效剂。
【文档编号】C10L3/10GK103468339SQ201310425690
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】郑海昌 申请人:郑海昌