V8燃料增益剂应用分析

V8系列燃料增益剂应用分析一.前言

在当今世界工业燃气领域，乙炔气仍处于垄断地位，但因其易燃易爆，安全系数低，生产过程中耗能耗电，污染环境，生产成本偏高，以至在生产、存储、运输、使用、环保及价格方面存在诸多缺陷和隐患，发展受到了很大限制，因此许多国家都在研制新的更安全、更节能的工业燃气，中国国家机械工业部一九九五年在全国乙炔生产会议上明确不再审批新建扩建电石厂、乙炔厂。现有的厂家面临转产的境地。国家科委早在八五期间，就极力推广石油气替代乙炔气，如"丙烷气"、"丙烯气"、"天然气"、"丙烯混合气"等等，以期逐渐取代乙炔气。二.公司介绍包头葳特冶金化学科技发展有限公司位于包头稀土高新区，公司是以稀土节能环保应用技术及其多项专利产品研发生产为主的科技型企业。公司由一批专业化程度高、科研基础雄厚、创新能力强的科研人员从事研发生产工作。其中，采用专利技术生产的V8系列燃料增益剂，是目前唯一将稀土材料应用在燃料增益剂中的高科技产品。V8系列燃料增益剂充分发挥了稀土的特殊作用，以与主体介质发生作用时以其火焰温度高，成本低，环保节能效果好，应用范围广而独具特色，其性能可以同国际前沿同类产品相媲美，赢得用户的认可，特别是为实现清洁生产，节约资源，替代乙炔，消除污染，降低成本等方面具有显著的效益。包头葳特冶金化学科技发展有限公司以民族产业振兴工业燃气为己任，着力于天然气切割领域的研发,拥有自主知识产权的“V8”系列燃料增益剂，“V8”节能焊割气，已优良的品质、专业的服务，矢志成为国内天然气切割气领域最大的生产及供应商。目前公司已掌握国内外领先的节能环保型燃料增益剂、工业燃煤气化炉及硫酸分解稀土矿的清洁生产专利技术和冶炼技术。其中，V8燃料增益剂，V8节能焊割气产品已实现产业化，在国家稀土高新区大力支持下，产品质量日益突破，并通过了ISO14001:2004环境管理体系认证，列入2006年包头市科技计划项目，产品已被国家发改委收录入稀土博物馆，从而得到了国家科技创新基金项目的支持。三、产品介绍（一）V8系列燃料增益剂1、V8燃料增益剂主要作用V8系列燃料增益剂主要用于天然气、石油液化气、煤气、沼气，汽油、煤油、柴油、重油等气、液态及固体燃料的催化助燃，能提高燃烧温度600～900℃，节约燃料约10～30%，大幅度提高了热效率，降低了燃料消耗，减少尾气中的一氧化碳、碳氢化合物的排放，扩展了燃料的用途。尤其在天燃气、煤层气应用中取得了突破性进展，V8燃料增益剂按比例与天然气配合制成的V8NG节能焊割气，具有“切割、烤校”等功效，在氧气中的燃烧温度达到3300℃以上，成本仅为乙炔气的30～40%，可消除使用乙炔形成的高成本、高污染、高危险、高毒害，又十分安全地进入各类操作环境（如船舱内作业），是一种安全、节能、环保、造福社会的新产品，为稀土产品终端应用开辟了新市场。V8NG节能焊割气的反应机理V8系列燃料增益剂主要是引入燃烧时能产生初生态活性稀土金属R原子，形成气体络合物，激活氧化-还原反应，促进迅速完全燃烧，起到了增进燃烧、催化、增温、防爆、抗爆作用，燃烧完全，消除了未燃烧完的CO、TCH、未分解的NOX，达到了节能、降耗、清洁、安全、环保的目的。V8NG节能焊割气是一项新的高科技专利产品，它以特殊化学品为基料，加上国际先进技术配制而成。V8系列燃料增益剂是一种无毒无腐蚀的稀土有机化合物，具有助燃、阻聚、催化等特殊功能。V8系列燃料增益剂与CH分子能完全结合，形成气体络合物，提高燃气燃烧热效能，在燃烧状态下可以改变火焰频率及波长，激化主体介质，使之能释放出更多的能量，而且使大多数热能强化，同时抑制燃烧焰向外辐射，火焰更加集中，以达到更高温度，因而V8NG节能焊割气是当今最优越、最经济、最安全的节能焊割气。5.几种燃气的物理化学性质及燃烧特性比较乙炔和石油化工中催化裂化的副产品中的丙烷、丁烷及天然气(甲烷)相比,其燃烧性质的差别主要是由于它们的分子结构不同所致。乙炔分子结构中两碳原子间含有两个很易破裂的π键(CH≡CH),化学活性强,燃点低,燃烧速度快,易回火。而烷烃分子结构中只含相对稳定的σ键(如丙烷:CH3-CH2-CH3),因此,其化学活性,燃烧速度均不如乙炔,回火倾向较小。正是由于这种分子结构的差异,燃烧速度的不同,导致它们的火焰热量的分布也有所差异。乙炔化学活性强,燃烧速度快,使其焰心释放热量多,且分布集中,内焰温度高,外焰释放热量相对较少;而烷烃类气体虽然其体积热值比乙炔高许多,但其化学活性相对较低,燃烧反应速度较慢,使得焰心释放的热量少,外焰释放的热量多,相对火焰热量分布较乙炔分散,温度也较低。丙烯气体分子结构中其碳原子间含有一个π键(CH3-CH=CH2),甲基乙炔－丙二烯稳定燃气(MPS)是多种气体按一定比例生产的切割用混合气体,其气体碳原子间可能含有两个π键(CH3-C≡CH)或一个π键(CH2=C=CH2),它们的化学活性比乙炔约低,但比烷烃高,而体积热值与丙烷相当。因此燃烧特性不同于乙炔也不同于烷烃,其焰心热量释放与乙炔相当,外焰热量释放与丙烷接近,火焰温度比乙炔约低但比烷烃高,回火倾向低。切割燃气物理化学性质和燃烧特性分别见表1和表2。表1切割燃气物理化学性质燃气分子式分子量21℃密度,m3Pkg空气中比重氧气燃气燃烧比毒性乙炔C2H226.010.9180.9062.5高丙烷C3H844.060.5401.555.0低天然气CH416.041.4980.622.0低表2V8-NG焊割气与乙炔气相及相关技术数据比较气体乙炔（C2H2）丙烷（C3H8）天然气（CH4）V8NG节能焊割气（R-CH4）分子相对质量26441616密度（标准状态下）/kg·m-31.171.850.710.7115.6℃时相对于空气质量比（空气=1）0.9061.520.550.55着火点/℃335510645645热量分布kJP焰心1889095014100外焰358808357236849总热量557719307340949中性焰温度/℃氧气中燃烧3100252025003300空气中燃烧263021162132火焰燃烧速度/m·s-1氧气中燃烧84－空气中燃烧5.83.9－爆炸范围（可燃气体的体积分数/%）氧气中2.8～932.4～575.4～59.25.4～59.2空气中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质量挂渣不挂渣不挂渣不挂渣使用成本高偏高低低综合使用成本高偏高高低使用方式钢瓶钢瓶管道管道6、常用燃气火焰切割性能根据常用燃气的燃烧特性,可以将其大致分为三类:乙炔,烷烃(甲烷、丙烷、丁烷)和烯烃(丙烯)、MPS,它们的切割性能分析如下:（1）乙炔乙炔火焰热量分布在可获得的燃气中具有较高的焰心辐射热量和最大的燃烧速度的特点,但其总热量比所有燃气都低(除了天然气外)。因此乙炔火焰的切割特点是:热量分布集中,火焰温度高,工件预热时间短,容易造成割口塌边和挂渣。（2）烷烃类气体烷烃火焰热量分布特点与乙炔不同,燃气燃烧速度慢,热量主要分布于外焰,而焰心较低,热量分散,火焰温度也比乙炔低。烷烃火焰的切割特点是:热量分散,火焰温度较低,预热时间有所增加;火焰温度低对于切割速度影响较小,因为切割过程中全部热量的85%是依靠金属燃烧产生的化学反应热来维持的,燃气火焰提供的热量是次要的;此外,烷烃外焰释放热量大有利于厚板的切割。丙烷(C3H6)是石油化工工业的副产品,现在我国有一部分切割气还是以丙烷为主。它来源丰富,价格低廉,且燃烧对环境无污染,是乙炔可行的替代品。由于丙烷火焰温度较低,预热时间相对比乙炔长,这是目前推广应用中遇到的一大困难。这主要是对丙烷的燃烧特性不够了解,操作者仍沿用氧乙炔焰切割习惯所致。为降低预热时间,采用氧化焰(氧化焰条件下可以提高丙烷火焰温度)和适当调整割炬与切割表面的距离,可大大缩短预热时间,待进入正常切割后,再适当减小供氧量。另外,通过适当改变预热火焰的角度,集中预热较小体积金属使之迅速达到燃点,以减少预热时间。由于丙烷火焰热量分布分散,温度较低,由火焰导致金属熔化的可能性较小,因此割口上沿不易造成塌边,切口光滑平整,割口下沿挂渣少,易清除，这样就减少了一部分工作时间。目前国内外采用加入添加剂的方式提高丙烷等燃气的切割性能。从理论上讲,燃气分子活化能愈低,活化分子愈多,燃烧速度愈快,火焰愈集中,温度愈高。通过加热方式提高丙烷燃烧的活化分子数量,在不改变燃气和氧气比例的条件下,观察到火焰焰心明显变短,火焰颜色由橙红色变为淡蓝色,说明气体的燃烧速度有所增加,火焰温度提高了。如在燃气中加入添加剂,降低燃气分子的燃烧反应的活化能,同样也可以大量增加燃气活化分子数量,提高燃烧速度,从而使火焰释放热量更集中,达到提高火焰温度的目的。添加剂可大幅度提高丙烷火焰温度;用添加剂增强的丙烷,与高品位丙烷(95%纯车用级)、乙炔和纯丙烯燃气相比,可改善切割质量。但也有试验表明有些添加剂对丙烷的切割性能没有明显的改善,起割时间与丙烯和乙炔相比仍然较长。可见要通过添加剂提高丙烷等廉价燃气的切割性能,关键是添加剂能否真正降低燃气燃烧活化能,适当提高燃气燃烧速度和火焰温度。丙烯(C3H6)的焰心和外焰都有较高的热释放,焰心热量分布与乙炔相似,外焰热量比乙炔高。因此,丙烯既具有乙炔火焰的属性又具有丙烷外焰的高热含量,火焰温度比乙炔焰约低,但比丙烷火焰温度高,是一较好的切割用燃气。丙烯火焰的切割特点是:火焰温度较高,切割预热时间与乙炔相比约有增加,但比丙烷快,由于外焰热含量高,对于厚大构件切割有利。液化石油气火焰切割特性与丙烷类似,因为通常液化石油气主要由丙烷、丁烷混合组成与丙烷相似但释放压力低，需加添加剂提高火焰温度。天然气(CH4)是目前切割用燃气中价格最为低廉的一种燃气,由于其燃烧速度慢,火焰温度低,切割预热时间相应增长，难以应用，纯天然气（CH4）热值较低，运用到火焰切割中预热时间长，切割速度慢，不仅耗费燃气，而且耗费氧气，达不到质量要求，降低工作效率，提高了切割成本，因此纯天然气不适合用于切割，需加添加剂提高火焰温度。石油烷烃类燃气替代乙炔气存在的缺点：1、预热时间慢；2、切割速度慢；3、燃气消耗以及氧气消耗大；4、不能有效解决厚板切割、烤校等问题。结论：液化石油气、丙烷、丙烯、汽油、天然气等燃气都不能完全取代乙炔。因此，很多企业的烤校、火焰喷涂车间还在使用或者部分使用乙炔。石油烷烃类燃气替代乙炔气必须依靠助燃添加剂来解决如下几个关健题：①提高火焰温度；②缩短预热时间；③提高切割速度；④降低氧气消耗；⑤节能环保高效。7.V8系列燃料增益剂安全性评析(1)V8系列燃料增益剂不易挥发，有效期长，避免了储存过程中燃料增益的损失。(2)V8系列燃料增益剂本身遇火不易燃烧，提高了储存的安全性。(3)高温膨涨小、运输储存和使用非常安全。(4)不腐蚀金属及皮肤。(5)V8系列燃料增益剂与主体介质发生反应后释放出的火焰能量是巨大的。(6)每立方米天然气仅需要添加微量（体积比7‰）V8燃料增益剂，降低了企业使用成本。(7)V8系列燃料增益剂与燃气反应更科学、更合理、更安全，降低了企业使用风险。8.天然气用于火焰切割的技术要求1）、天然气热值较低，应用到火焰切割中预热时间长，切割速度慢,不能满足工艺要求,需要采用高效的燃料增益剂来提高其热值和火焰温度来保证工艺质量要求。2）、燃料增益剂的设计和研究必须符合国家金属焊割气燃料增益剂的相关要求和规定。①不腐蚀皮肤及金属，使其在试用过程中对人体及钢瓶不会产生应腐蚀而造成的伤害。②挥发性及小，避免了在试用过程中造成不必要的浪费以及因挥发而造成的膨胀爆炸。③添加剂本身不易燃烧，不堵塞和腐蚀瓶口、管道及阀门。3）、天然气和添加剂必须按照恒定比例反应，而不是简单的混合,按照工作流量的实际大小按比例反应。且必须是防爆安全设计，适于长期连续运行。4）、V8节能焊割气不需要更换特殊的切割工具，只需要更换为丙烷用梅花割嘴即可。5）、添加剂生产单位应具备一定的科研能力，能够不断升级产品，为使用单位提供有利的技术保障。9.优越的性能特征1）比重比空气轻，天然气是所有切割燃气中最安全、燃烧最为充分的气体，预热打孔时间要比其它燃气显著缩短。2）工件表面光洁、变形小、棱角整齐、上缘不烧塌、下缘不挂渣。3）气割时，割嘴与工件的极限距离短、不产生回火、无爆鸣。10.质量指标：金属焊割气质量满足焊割气技术及安全要求DB31（上海地方标准讨论稿）以及V8节能焊割气企业标准Q/BWTH02-2005。（二）.V8用于天然气切割的专用设备—稀土活化燃气节能增效器1、功能：

天然气先净化除杂，在合成塔中自动发生活化增效反应，与V8系列燃料增益剂形成燃气络合物，再经过缓衡器处理，输出混配均匀、安全、高效、燃烧温度超过乙炔气燃烧温度的节能焊割气。可供切割、烤校、喷涂、焊接及特殊行业的高温热处理。

2、设备组成：

1.净化分离器；

2.燃气活化合成塔；

3.除沫缓衡器；

4.增益剂储液罐；

5.计量加液泵；

*6.单板机加液自动控制系统；

*7.终端远程监控系统；

8.燃气进气口；

9.设备集成撬底座；

10.V8气输出口。

*注：适用用于大规模，全部实现自动化操作管理系统的用户。四：天然气配套增益剂的试用方法压缩天然气使用1：因压缩天然气必须在专用的钢瓶内存放、瓶内压力可达到15Ma所以生产厂家必须配套天然气专用钢瓶及天然气专用减压器。2：压缩天然气瓶内压力属于超高压，所以在添加增益剂时必须以空瓶的形式添加，然后在充气。液化天然气使用因液化天然在杜瓦瓶内以液体形式存在，所以在使用过程中，必须配套相应的气化设备和减压设备及增益剂反应设备。管道天然气使用因管道天然气是以低压输送到使用单位的，所以在使用时只需在管道的输出端添加一台增益剂反映设备（V8稀土活化节能增效器）和相应的减压器即可直接使用。五：效益分析因现在市场上切割气主要以天然气、丙烷、乙炔为主