CN102585936B - 含能助燃催化剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含能助燃催化剂。所述含能助燃催化剂主要由以下质量份数比的组分构成：杂醇油25-28份、乙醇14-18份、四氢化萘16-20份、环戊醇14-16份、巴豆醛18-22份、2-吡咯烷酮1-2份、纳米氧化稀土1.5-3份和含能笼型硼化物或其衍生物2-3份。本发明的含能助燃催化剂可以应用在液体、气体的烷烃燃料中，形成含能复合燃料，提升燃料的热效能，有效替代乙炔，用于金属火焰焊割，提高燃气锅炉、窑炉的热利用率。本发明节能效率明显，在金属火焰焊割工艺上，节约燃料达到30%以上，节约氧气达到20%以上；而且使用安全，与乙炔相比，不易回火，使用安全可靠。

Description

含能助燃催化剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种含能助燃催化剂，具体地说是一种能增加烷烃燃料燃烧热能的含能助燃催化剂及其应用。

背景技术

火焰温度是火焰的主要特征之一，它对火焰中化合物的形成和离解以及待测元素原子化都起着重要作用。在火焰中，一方面可燃混合气根据其燃烧反应产生大量热能，另一方面，由于火焰中化合物的解离，以及为了将火焰中存在的平衡混合物提高到火焰温度要求消耗热量，还有火焰气体燃烧时产生的体积膨胀，也要消耗部分能量，这两方面的热能平衡决定了火焰温度。

一般来说，不论是无机化合物还是有机化合物，当受到加热时，都可能引起某种不同程度的分解反应，这是由于化合物都是由原子组成的，各原子之间是靠原子的亲合力——化学键连接起来的，热分解就是化合物在受热作用而解体为原子或原子因破片的一种化学反应，化合物的热分解程度与加热的温度有直接关系，温度高低决定了热分解速度的快慢。

乙炔分解活化能约为192.46kj/mol，这种分解过程属于二级，与自由基或受激三重态乙炔有关。在高温下，烃类大都分解成炭黑和甲烷，乙炔的热解需要大量吸热，所以乙炔在爆燃时能分解成碳和氢。

乙炔热解在动力学上属于二级反应，涉及受激三重态电子态乙炔的形成反应。乙炔热分解在碳和氢之前的主要产物是联乙炔，通过用扫描飞行时间质谱仪对直接取自激波管的炽热产物进行产物的时间分辨研究证实，C₄H₃是最早的产物，后面依次是C₄H₂，C₆H₂，C₈H₂，直到炭黑和氢。

烃燃烧分解取决于温度、压力、含氧量，原始燃料的性质、时间因素，聚合和氧化这两种作用都按照一般含自由基的链反应进行，在这种链反应中某些阶段含有几个可能的产物，其中，一种以上的产物可能会迅速导致析碳，其余产物可能使氧化链继续下去，而某些产物可能对减少活性中间体是无效的。活性中间体在遭氧化或断裂成碳以前可持续一段时间。研究证明，乙炔本身很浓的火焰中，还在热解中，有联乙炔与其他多炔及C₈H₂存在，对于其他烃来说，在其断裂期间当然会生成一些乙炔，然后通过多炔路线或靠现存碳核上的表面分解，使该乙炔析碳。虽然有一部分炭黑是这样生成的，大多数烃析碳都比乙炔本身更容易，对乙炔基自由基与低分子量乙炔反应的动力学所作的研究也得出这样的结论，即：即使可能已形成了多炔，但是其他显然更容易的反应必定导致火焰中迅速析碳。特纳斯观测到燃烧的甲烷、苯和环己烷时碳粒的生长速度相差很大，且燃烧苯时碳粒生长所需要的温度高得多。对从火焰中离析出来的碳粒来说。吸热化合物如乙炔的分解会使该碳粒得温度升高，而放热化合物分子和甲烷在其分解时会使该碳粒冷却。

烃燃烧速度与化学键的数目有关，键能是一种与反应的放热性从而与火焰温度有联系的潜在结合。

由于乙炔的特殊结构及燃烧反应速度，使得乙炔具有其他燃料不可比拟的高温特性，能够进行金属火焰焊割，其炔-氧焰可达到3200℃。

通过研究发现，双顶正十六面体硼笼结构的B₁₀H₁₀ ^2-离子具有独特的热分解性质，与硼笼相连接的不稳定的顶端氢原子易受氧化而使硼笼发生非常快的分解反应，同时放出大量的热能，从而促使整个燃料加速燃烧，达到很高的燃速。碳硼烷衍生物增加燃速及温度是由于碳硼烷的分解和硼笼破裂放出大量热能及硼易氧化等因素促成的。

碳硼烷是硼氢化合物与炔类反应生成的一种二十四面体的闭型笼状结构的化合物，具有硼的燃烧特性及炔类燃料的燃烧双重特性，由于硼的燃烧速热很高，因此硼烷在燃烧时可以得到很高的温度，B₂O₂的生成热为1264KJ，乙硼烷是吸热化合物，生成热31.4KJ.戊硼烷与氧气作用，氧气浓度从21％增加到26％时，火焰燃烧速度提高一倍，其他燃料对氧气浓度的变化没有这样灵敏，燃烧速度在上述条件下只提高20％。

研究还发现纳米氧化稀土材料对烷烃燃气的催化能力相当强，优于其他催化剂材料，且价格低廉，应用广泛。

通过下表1中几种物质的燃烧速度对比可以看出，乙炔的燃烧速度快于其他燃料。表1

名称	甲烷	丙烷	丁烷	丙烯	丙炔	乙炔
							空气中燃烧速度(cm/s)	33.8	39.0	37.9	43.8	69.9	158
氧气中燃烧速度(cm/s)	450					1140

通过对甲烷等燃料添加含能助燃催化剂可以得到较高的燃烧速度及火焰温度，通过测定，添加有含能助燃催化剂的甲烷、丙烷、丙烯在氧气中的火焰温度达到3200℃以上，可以替代乙炔进行金属火焰焊割工艺，同时，添加含能助燃催化剂的甲烷、丙烷等燃料，延长了使用时间，节约了燃料，同等燃烧状况下节约燃料10-20％以上，在金属火焰焊割工艺上，节约燃料达到30％以上，节约氧气达到20％以上。

另外一方面，通过添加含能助燃催化剂，降低了的可燃物的自燃温度，提高了燃料的性能。见表2.

表2

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种能增加烷烃燃料燃烧热能的含能助燃催化剂，其能够提高烷烃燃料的化学反应速度、降低燃料起燃点、节约燃料，实现燃料的深层次应用。

按照本发明提供的技术方案：含能助燃催化剂，其特征在于：所述含能助燃催化剂主要由以下质量份数比的组分构成：杂醇油25-28份、乙醇14-18份、四氢化萘16-20份、环戊醇14-16份、巴豆醛18-22份、2-吡咯烷酮1-2份、纳米氧化稀土1.5-3份和含能笼型硼化物或其衍生物2-3份。

作为本发明的进一步改进，所述纳米氧化稀土为氧化铈，所述含能笼型硼化物为硼酸三甲酯。

本发明的另一个目的是提供所述含能助燃催化剂在增加烷烃燃料燃烧热能方面的应用。

所述含能助燃催化剂加入烷烃燃气中，所述烷烃燃气与含能助燃催化剂的添加比例是每1千克烷烃燃气添加10-12g的含能助燃催化剂。

本发明与现有技术相比，优点在于：本发明的含能助燃催化剂以杂醇油、乙醇、四氢化萘、环戊醇和巴豆醛为主料，添加2-吡咯烷酮、纳米氧化稀土和含能笼型硼化物或其衍生物形成含能液态燃料，可以应用在液体、气体的烷烃燃料中，形成含能复合燃料，提升燃料的热效能，有效替代乙炔，用于金属火焰焊割，提高燃气锅炉、窑炉的热利用率。本发明节能效率明显，在金属火焰焊割工艺上，节约燃料达到30％以上，节约氧气达到20％以上；而且使用安全，与乙炔相比，不易回火，使用安全可靠。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

第一步：含能助燃催化剂的配制：取杂醇油28kg、乙醇15kg、四氢化萘17kg、环戊醇14kg、巴豆醛20kg、2-吡咯烷酮2kg、氧化铈2kg和硼酸三甲酯2kg。

2kg，将它们混合均匀后放置24小时，即得到含能助燃催化剂。

第二步：按照每1千克烷烃燃气加入10g的含能助燃催化剂的比例将含能助燃催化剂加入烷烃燃气中，即配成复合含能烷烃燃气。

实施例2

第一步：含能助燃催化剂的配制：取杂醇油27kg、乙醇16kg、四氢化萘16kg、环戊醇15kg、巴豆醛21kg、2-吡咯烷酮1kg、氧化铈1.5kg、和硼酸三甲酯2.5kg，将它们混合均匀后放置24小时，即得到含能助燃催化剂。

第二步：按照每1千克烷烃燃气加入11g的含能助燃催化剂的比例将含能助燃催化剂加入烷烃燃气中，即配成复合含能烷烃燃气。

实施例3

第一步：含能助燃催化剂的配制：取杂醇油25kg、乙醇14kg、四氢化萘18kg、环戊醇16kg、巴豆醛19kg、2-吡咯烷酮2kg、氧化铈3kg和硼酸三甲酯3kg，将它们混合均匀后放置24小时，即得到含能助燃催化剂。

第二步：按照每1千克烷烃燃气加入12g的含能助燃催化剂的比例将含能助燃催化剂加入烷烃燃气中，即配成复合含能烷烃燃气。

Claims (3)

1.含能助燃催化剂，其特征在于：所述含能助燃催化剂主要由以下质量份数比的组分构成：杂醇油25-28份、乙醇14-18份、四氢化萘16-20份、环戊醇14-16份、巴豆醛18-22份、2-吡咯烷酮1-2份、纳米氧化稀土1.5-3份和含能笼型硼化物或其衍生物2-3份；

所述纳米氧化稀土为氧化铈，所述含能笼型硼化物为硼酸三甲酯。

2.权利要求1所述的含能助燃催化剂在增加烷烃燃料燃烧热能方面的应用。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于：所述含能助燃催化剂加入烷烃燃气中，所述烷烃燃气与含能助燃催化剂的添加比例是每1千克烷烃燃气添加10-12g的含能助燃催化剂。