V8燃料增益劑應(yīng)用分析

V8系列燃料增益劑應(yīng)用分析一.前言

在當(dāng)今世界工業(yè)燃?xì)忸I(lǐng)域，乙炔氣仍處于壟斷地位，但因其易燃易爆，安全系數(shù)低，生產(chǎn)過程中耗能耗電，污染環(huán)境，生產(chǎn)成本偏高，以至在生產(chǎn)、存儲、運輸、使用、環(huán)保及價格方面存在諸多缺陷和隱患，發(fā)展受到了很大限制，因此許多國家都在研制新的更安全、更節(jié)能的工業(yè)燃?xì)?，中國國家機械工業(yè)部一九九五年在全國乙炔生產(chǎn)會議上明確不再審批新建擴建電石廠、乙炔廠?，F(xiàn)有的廠家面臨轉(zhuǎn)產(chǎn)的境地。國家科委早在八五期間，就極力推廣石油氣替代乙炔氣，如"丙烷氣"、"丙烯氣"、"天然氣"、"丙烯混合氣"等等，以期逐漸取代乙炔氣。二.公司介紹包頭葳特冶金化學(xué)科技發(fā)展有限公司位于包頭稀土高新區(qū)，公司是以稀土節(jié)能環(huán)保應(yīng)用技術(shù)及其多項專利產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)為主的科技型企業(yè)。公司由一批專業(yè)化程度高、科研基礎(chǔ)雄厚、創(chuàng)新能力強的科研人員從事研發(fā)生產(chǎn)工作。其中，采用專利技術(shù)生產(chǎn)的V8系列燃料增益劑，是目前唯一將稀土材料應(yīng)用在燃料增益劑中的高科技產(chǎn)品。V8系列燃料增益劑充分發(fā)揮了稀土的特殊作用，以與主體介質(zhì)發(fā)生作用時以其火焰溫度高，成本低，環(huán)保節(jié)能效果好，應(yīng)用范圍廣而獨具特色，其性能可以同國際前沿同類產(chǎn)品相媲美，贏得用戶的認(rèn)可，特別是為實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，節(jié)約資源，替代乙炔，消除污染，降低成本等方面具有顯著的效益。包頭葳特冶金化學(xué)科技發(fā)展有限公司以民族產(chǎn)業(yè)振興工業(yè)燃?xì)鉃榧喝?，著力于天然氣切割領(lǐng)域的研發(fā),擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“V8”系列燃料增益劑，“V8”節(jié)能焊割氣，已優(yōu)良的品質(zhì)、專業(yè)的服務(wù)，矢志成為國內(nèi)天然氣切割氣領(lǐng)域最大的生產(chǎn)及供應(yīng)商。目前公司已掌握國內(nèi)外領(lǐng)先的節(jié)能環(huán)保型燃料增益劑、工業(yè)燃煤氣化爐及硫酸分解稀土礦的清潔生產(chǎn)專利技術(shù)和冶煉技術(shù)。其中，V8燃料增益劑，V8節(jié)能焊割氣產(chǎn)品已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在國家稀土高新區(qū)大力支持下，產(chǎn)品質(zhì)量日益突破，并通過了ISO14001:2004環(huán)境管理體系認(rèn)證，列入2006年包頭市科技計劃項目，產(chǎn)品已被國家發(fā)改委收錄入稀土博物館，從而得到了國家科技創(chuàng)新基金項目的支持。三、產(chǎn)品介紹（一）V8系列燃料增益劑1、V8燃料增益劑主要作用V8系列燃料增益劑主要用于天然氣、石油液化氣、煤氣、沼氣，汽油、煤油、柴油、重油等氣、液態(tài)及固體燃料的催化助燃，能提高燃燒溫度600～900℃，節(jié)約燃料約10～30%，大幅度提高了熱效率，降低了燃料消耗，減少尾氣中的一氧化碳、碳?xì)浠衔锏呐欧?，擴展了燃料的用途。尤其在天燃?xì)?、煤層氣?yīng)用中取得了突破性進展，V8燃料增益劑按比例與天然氣配合制成的V8NG節(jié)能焊割氣，具有“切割、烤?！钡裙πВ谘鯕庵械娜紵郎囟冗_到3300℃以上，成本僅為乙炔氣的30～40%，可消除使用乙炔形成的高成本、高污染、高危險、高毒害，又十分安全地進入各類操作環(huán)境（如船艙內(nèi)作業(yè)），是一種安全、節(jié)能、環(huán)保、造福社會的新產(chǎn)品，為稀土產(chǎn)品終端應(yīng)用開辟了新市場。V8NG節(jié)能焊割氣的反應(yīng)機理V8系列燃料增益劑主要是引入燃燒時能產(chǎn)生初生態(tài)活性稀土金屬R原子，形成氣體絡(luò)合物，激活氧化-還原反應(yīng)，促進迅速完全燃燒，起到了增進燃燒、催化、增溫、防爆、抗爆作用，燃燒完全，消除了未燃燒完的CO、TCH、未分解的NOX，達到了節(jié)能、降耗、清潔、安全、環(huán)保的目的。V8NG節(jié)能焊割氣是一項新的高科技專利產(chǎn)品，它以特殊化學(xué)品為基料，加上國際先進技術(shù)配制而成。V8系列燃料增益劑是一種無毒無腐蝕的稀土有機化合物，具有助燃、阻聚、催化等特殊功能。V8系列燃料增益劑與CH分子能完全結(jié)合，形成氣體絡(luò)合物，提高燃?xì)馊紵裏嵝?，在燃燒狀態(tài)下可以改變火焰頻率及波長，激化主體介質(zhì)，使之能釋放出更多的能量，而且使大多數(shù)熱能強化，同時抑制燃燒焰向外輻射，火焰更加集中，以達到更高溫度，因而V8NG節(jié)能焊割氣是當(dāng)今最優(yōu)越、最經(jīng)濟、最安全的節(jié)能焊割氣。5.幾種燃?xì)獾奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)及燃燒特性比較乙炔和石油化工中催化裂化的副產(chǎn)品中的丙烷、丁烷及天然氣(甲烷)相比,其燃燒性質(zhì)的差別主要是由于它們的分子結(jié)構(gòu)不同所致。乙炔分子結(jié)構(gòu)中兩碳原子間含有兩個很易破裂的π鍵(CH≡CH),化學(xué)活性強,燃點低,燃燒速度快,易回火。而烷烴分子結(jié)構(gòu)中只含相對穩(wěn)定的σ鍵(如丙烷:CH3-CH2-CH3),因此,其化學(xué)活性,燃燒速度均不如乙炔,回火傾向較小。正是由于這種分子結(jié)構(gòu)的差異,燃燒速度的不同,導(dǎo)致它們的火焰熱量的分布也有所差異。乙炔化學(xué)活性強,燃燒速度快,使其焰心釋放熱量多,且分布集中,內(nèi)焰溫度高,外焰釋放熱量相對較少;而烷烴類氣體雖然其體積熱值比乙炔高許多,但其化學(xué)活性相對較低,燃燒反應(yīng)速度較慢,使得焰心釋放的熱量少,外焰釋放的熱量多,相對火焰熱量分布較乙炔分散,溫度也較低。丙烯氣體分子結(jié)構(gòu)中其碳原子間含有一個π鍵(CH3-CH=CH2),甲基乙炔－丙二烯穩(wěn)定燃?xì)?MPS)是多種氣體按一定比例生產(chǎn)的切割用混合氣體,其氣體碳原子間可能含有兩個π鍵(CH3-C≡CH)或一個π鍵(CH2=C=CH2),它們的化學(xué)活性比乙炔約低,但比烷烴高,而體積熱值與丙烷相當(dāng)。因此燃燒特性不同于乙炔也不同于烷烴,其焰心熱量釋放與乙炔相當(dāng),外焰熱量釋放與丙烷接近,火焰溫度比乙炔約低但比烷烴高,回火傾向低。切割燃?xì)馕锢砘瘜W(xué)性質(zhì)和燃燒特性分別見表1和表2。表1切割燃?xì)馕锢砘瘜W(xué)性質(zhì)燃?xì)夥肿邮椒肿恿?1℃密度,m3Pkg空氣中比重氧氣燃?xì)馊紵榷拘砸胰睠2H226.010.9180.9062.5高丙烷C3H844.060.5401.555.0低天然氣CH416.041.4980.622.0低表2V8-NG焊割氣與乙炔氣相及相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)比較氣體乙炔（C2H2）丙烷（C3H8）天然氣（CH4）V8NG節(jié)能焊割氣（R-CH4）分子相對質(zhì)量26441616密度（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）/kg·m-31.171.850.710.7115.6℃時相對于空氣質(zhì)量比（空氣=1）0.9061.520.550.55著火點/℃335510645645熱量分布kJP焰心1889095014100外焰358808357236849總熱量557719307340949中性焰溫度/℃氧氣中燃燒3100252025003300空氣中燃燒263021162132火焰燃燒速度/m·s-1氧氣中燃燒84－空氣中燃燒5.83.9－爆炸范圍（可燃?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)/%）氧氣中2.8～932.4～575.4～59.25.4～59.2空氣中2.5～802.5～105～155～15回火率高低低低毒性高中低低碰撞敏感性高低低低切割質(zhì)量掛渣不掛渣不掛渣不掛渣使用成本高偏高低低綜合使用成本高偏高高低使用方式鋼瓶鋼瓶管道管道6、常用燃?xì)饣鹧媲懈钚阅芨鶕?jù)常用燃?xì)獾娜紵匦?可以將其大致分為三類:乙炔,烷烴(甲烷、丙烷、丁烷)和烯烴(丙烯)、MPS,它們的切割性能分析如下:（1）乙炔乙炔火焰熱量分布在可獲得的燃?xì)庵芯哂休^高的焰心輻射熱量和最大的燃燒速度的特點,但其總熱量比所有燃?xì)舛嫉?除了天然氣外)。因此乙炔火焰的切割特點是:熱量分布集中,火焰溫度高,工件預(yù)熱時間短,容易造成割口塌邊和掛渣。（2）烷烴類氣體烷烴火焰熱量分布特點與乙炔不同,燃?xì)馊紵俣嚷?熱量主要分布于外焰,而焰心較低,熱量分散,火焰溫度也比乙炔低。烷烴火焰的切割特點是:熱量分散,火焰溫度較低,預(yù)熱時間有所增加;火焰溫度低對于切割速度影響較小,因為切割過程中全部熱量的85%是依靠金屬燃燒產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)熱來維持的,燃?xì)饣鹧嫣峁┑臒崃渴谴我?此外,烷烴外焰釋放熱量大有利于厚板的切割。丙烷(C3H6)是石油化工工業(yè)的副產(chǎn)品,現(xiàn)在我國有一部分切割氣還是以丙烷為主。它來源豐富,價格低廉,且燃燒對環(huán)境無污染,是乙炔可行的替代品。由于丙烷火焰溫度較低,預(yù)熱時間相對比乙炔長,這是目前推廣應(yīng)用中遇到的一大困難。這主要是對丙烷的燃燒特性不夠了解,操作者仍沿用氧乙炔焰切割習(xí)慣所致。為降低預(yù)熱時間,采用氧化焰(氧化焰條件下可以提高丙烷火焰溫度)和適當(dāng)調(diào)整割炬與切割表面的距離,可大大縮短預(yù)熱時間,待進入正常切割后,再適當(dāng)減小供氧量。另外,通過適當(dāng)改變預(yù)熱火焰的角度,集中預(yù)熱較小體積金屬使之迅速達到燃點,以減少預(yù)熱時間。由于丙烷火焰熱量分布分散,溫度較低,由火焰導(dǎo)致金屬熔化的可能性較小,因此割口上沿不易造成塌邊,切口光滑平整,割口下沿掛渣少,易清除，這樣就減少了一部分工作時間。目前國內(nèi)外采用加入添加劑的方式提高丙烷等燃?xì)獾那懈钚阅?。從理論上講,燃?xì)夥肿踊罨苡?活化分子愈多,燃燒速度愈快,火焰愈集中,溫度愈高。通過加熱方式提高丙烷燃燒的活化分子數(shù)量,在不改變?nèi)細(xì)夂脱鯕獗壤臈l件下,觀察到火焰焰心明顯變短,火焰顏色由橙紅色變?yōu)榈{色,說明氣體的燃燒速度有所增加,火焰溫度提高了。如在燃?xì)庵屑尤胩砑觿?降低燃?xì)夥肿拥娜紵磻?yīng)的活化能,同樣也可以大量增加燃?xì)饣罨肿訑?shù)量,提高燃燒速度,從而使火焰釋放熱量更集中,達到提高火焰溫度的目的。添加劑可大幅度提高丙烷火焰溫度;用添加劑增強的丙烷,與高品位丙烷(95%純車用級)、乙炔和純丙烯燃?xì)庀啾?可改善切割質(zhì)量。但也有試驗表明有些添加劑對丙烷的切割性能沒有明顯的改善,起割時間與丙烯和乙炔相比仍然較長?？梢娨ㄟ^添加劑提高丙烷等廉價燃?xì)獾那懈钚阅?關(guān)鍵是添加劑能否真正降低燃?xì)馊紵罨?適當(dāng)提高燃?xì)馊紵俣群突鹧鏈囟?。丙?C3H6)的焰心和外焰都有較高的熱釋放,焰心熱量分布與乙炔相似,外焰熱量比乙炔高。因此,丙烯既具有乙炔火焰的屬性又具有丙烷外焰的高熱含量,火焰溫度比乙炔焰約低,但比丙烷火焰溫度高,是一較好的切割用燃?xì)?。丙烯火焰的切割特點是:火焰溫度較高,切割預(yù)熱時間與乙炔相比約有增加,但比丙烷快,由于外焰熱含量高,對于厚大構(gòu)件切割有利。液化石油氣火焰切割特性與丙烷類似,因為通常液化石油氣主要由丙烷、丁烷混合組成與丙烷相似但釋放壓力低，需加添加劑提高火焰溫度。天然氣(CH4)是目前切割用燃?xì)庵袃r格最為低廉的一種燃?xì)?由于其燃燒速度慢,火焰溫度低,切割預(yù)熱時間相應(yīng)增長，難以應(yīng)用，純天然氣（CH4）熱值較低，運用到火焰切割中預(yù)熱時間長，切割速度慢，不僅耗費燃?xì)猓液馁M氧氣，達不到質(zhì)量要求，降低工作效率，提高了切割成本，因此純天然氣不適合用于切割，需加添加劑提高火焰溫度。石油烷烴類燃?xì)馓娲胰矚獯嬖诘娜秉c：1、預(yù)熱時間慢；2、切割速度慢；3、燃?xì)庀囊约把鯕庀拇螅?、不能有效解決厚板切割、烤校等問題。結(jié)論：液化石油氣、丙烷、丙烯、汽油、天然氣等燃?xì)舛疾荒芡耆〈胰?。因此，很多企業(yè)的烤校、火焰噴涂車間還在使用或者部分使用乙炔。石油烷烴類燃?xì)馓娲胰矚獗仨氁揽恐继砑觿﹣斫鉀Q如下幾個關(guān)健題：①提高火焰溫度；②縮短預(yù)熱時間；③提高切割速度；④降低氧氣消耗；⑤節(jié)能環(huán)保高效。7.V8系列燃料增益劑安全性評析(1)V8系列燃料增益劑不易揮發(fā)，有效期長，避免了儲存過程中燃料增益的損失。(2)V8系列燃料增益劑本身遇火不易燃燒，提高了儲存的安全性。(3)高溫膨漲小、運輸儲存和使用非常安全。(4)不腐蝕金屬及皮膚。(5)V8系列燃料增益劑與主體介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后釋放出的火焰能量是巨大的。(6)每立方米天然氣僅需要添加微量（體積比7‰）V8燃料增益劑，降低了企業(yè)使用成本。(7)V8系列燃料增益劑與燃?xì)夥磻?yīng)更科學(xué)、更合理、更安全，降低了企業(yè)使用風(fēng)險。8.天然氣用于火焰切割的技術(shù)要求1）、天然氣熱值較低，應(yīng)用到火焰切割中預(yù)熱時間長，切割速度慢,不能滿足工藝要求,需要采用高效的燃料增益劑來提高其熱值和火焰溫度來保證工藝質(zhì)量要求。2）、燃料增益劑的設(shè)計和研究必須符合國家金屬焊割氣燃料增益劑的相關(guān)要求和規(guī)定。①不腐蝕皮膚及金屬，使其在試用過程中對人體及鋼瓶不會產(chǎn)生應(yīng)腐蝕而造成的傷害。②揮發(fā)性及小，避免了在試用過程中造成不必要的浪費以及因揮發(fā)而造成的膨脹爆炸。③添加劑本身不易燃燒，不堵塞和腐蝕瓶口、管道及閥門。3）、天然氣和添加劑必須按照恒定比例反應(yīng)，而不是簡單的混合,按照工作流量的實際大小按比例反應(yīng)。且必須是防爆安全設(shè)計，適于長期連續(xù)運行。4）、V8節(jié)能焊割氣不需要更換特殊的切割工具，只需要更換為丙烷用梅花割嘴即可。5）、添加劑生產(chǎn)單位應(yīng)具備一定的科研能力，能夠不斷升級產(chǎn)品，為使用單位提供有利的技術(shù)保障。9.優(yōu)越的性能特征1）比重比空氣輕，天然氣是所有切割燃?xì)庵凶畎踩?、燃燒最為充分的氣體，預(yù)熱打孔時間要比其它燃?xì)怙@著縮短。2）工件表面光潔、變形小、棱角整齊、上緣不燒塌、下緣不掛渣。3）氣割時，割嘴與工件的極限距離短、不產(chǎn)生回火、無爆鳴。10.質(zhì)量指標(biāo)：金屬焊割氣質(zhì)量滿足焊割氣技術(shù)及安全要求DB31（上海地方標(biāo)準(zhǔn)討論稿）以及V8節(jié)能焊割氣企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/BWTH02-2005。（二）.V8用于天然氣切割的專用設(shè)備—稀土活化燃?xì)夤?jié)能增效器1、功能：

天然氣先凈化除雜，在合成塔中自動發(fā)生活化增效反應(yīng)，與V8系列燃料增益劑形成燃?xì)饨j(luò)合物，再經(jīng)過緩衡器處理，輸出混配均勻、安全、高效、燃燒溫度超過乙炔氣燃燒溫度的節(jié)能焊割氣?？晒┣懈?、烤校、噴涂、焊接及特殊行業(yè)的高溫?zé)崽幚怼?/p>

2、設(shè)備組成：

1.凈化分離器；

2.燃?xì)饣罨铣伤?/p>

3.除沫緩衡器；

4.增益劑儲液罐；

5.計量加液泵；

*6.單板機加液自動控制系統(tǒng)；

*7.終端遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；

8.燃?xì)膺M氣口；

9.設(shè)備集成撬底座；

10.V8氣輸出口。

*注：適用用于大規(guī)模，全部實現(xiàn)自動化操作管理系統(tǒng)的用戶。四：天然氣配套增益劑的試用方法壓縮天然氣使用1：因壓縮天然氣必須在專用的鋼瓶內(nèi)存放、瓶內(nèi)壓力可達到15Ma所以生產(chǎn)廠家必須配套天然氣專用鋼瓶及天然氣專用減壓器。2：壓縮天然氣瓶內(nèi)壓力屬于超高壓，所以在添加增益劑時必須以空瓶的形式添加，然后在充氣。液化天然氣使用因液化天然在杜瓦瓶內(nèi)以液體形式存在，所以在使用過程中，必須配套相應(yīng)的氣化設(shè)備和減壓設(shè)備及增益劑反應(yīng)設(shè)備。管道天然氣使用因管道天然氣是以低壓輸送到使用單位的，所以在使用時只需在管道的輸出端添加一臺增益劑反映設(shè)備（V8稀土活化節(jié)能增效器）和相應(yīng)的減壓器即可直接使用。五：效益分析因現(xiàn)在市場上切割氣主要以天然氣、丙烷、乙炔為主