CN102851089A - 甲烷气体催化燃烧剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲烷气体催化燃烧剂，包括天然气，天然气主要成分为甲烷气体，液态天然气甲烷含量一般为99.9％，常规气态天然气属于原料气，由于脱水、脱硫等净化工序不彻底，常含有少量的乙烷、丙烷或丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等，其特征在于，在天然气中添加液体催化燃烧剂，其中，在天然气的质量为100kg时，液体催化燃烧剂的添加量为2.6-3.6kg。本发明通过液体催化燃烧剂与甲烷气体充分溶解，并对其进行高效催化燃烧，提高甲烷分子的热反应速度，提高了燃气的火焰温度；加快了燃气燃烧速度；降低了燃料的燃点温度；增加了燃气的热量利用率；增强了燃气的安全性能。

Description

甲烷气体催化燃烧剂

技术领域

本发明涉及一种甲烷气体催化燃烧剂，属于化工技术领域。

背景技术

燃烧是能源利用的一种主要形式，随着经济的发展，对于能源的需求日益加剧，而且，随着行业的不断增加以及细化分类，对于燃料的性能方面的要求也不断增多，这些性能主要包括燃料本身的稳定性、机械性能、能量密度，以及燃烧的稳定性、燃速、特征信号和产物的污染性等。

我们知道，在金属切割领域中主要采用乙炔、丙烷气，丙烯气作为金属切割用主要原料气。首先，由于不同燃气化学性能的差异，有的燃气预热更快、更有效一些，而有的则差些，由于在氧混合气中燃气燃烧的性质，每种燃气在其预热燃烧时产生不同的能量，就在此处将工件加热至着火温度并进行切割，上述的原料气中，乙炔在此产生的热能比其它燃气多，因此，支持使用乙炔的人们在提倡乙炔作为所选之“气”时，总是注重这一变量因素，其它所有燃气预热也不错，但预热时间稍长些。在切割生锈的、带有氧化皮或严重污染的金属板和薄板时，在预热焰心中乙炔释放出大量热能这一特性是其一大优点。当用于被污染表面的预热时，乙炔公认是起割容易的燃气。

选择最佳燃气的另外一个因素是在预热混合气中混入的氧气量，乙炔由于其特性，只需最少量的氧气就能较好预热，天然气紧居其次，但是，鉴于割炬在工作中，预热混合气的用量是一个常量，氧气量的多少则是成本计算的一个因素，乙炔是最贵的燃气，这就影响到经济效益。丙烯、丙烷和MAPP等通常则便宜得多，天然气通过管道运输到车间现场，则是最便宜的气体；此外，乙炔气体用于氧燃料切割的安全性比其它燃气更差，它对振动比较敏感，因此在运输时，比起液化石油气和天然气来需要更加小心，且乙炔在压力大于10314kPa时不能安全地抽取和使用，否则燃气将变得不稳定，且很易起爆，而丙烯、丙烷和天然气在气瓶和管道压力状态下都可以非常安全地使用。

综上所述：天然气作为金属切割领域中原料气最为经济实用，但是，天然气直接燃烧(火焰燃烧)易产生氮氧化物，导致燃烧效率低，天然气中的主要成分甲烷气体热分解效率差，氧气中燃烧温度仅有2500℃左右，如果将其应用于金属火焰切割领域，仅适合薄板切割，对于大厚工件的切割则无法完成。

而燃烧是由于燃料中可燃分子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的，所以提高燃料的燃烧比决定了燃烧过程完成的是否充分。在常规空气助燃的燃烧系统中，这种高能碰撞作用受到占空气成份近五分之四不助燃的氮分子阻碍，减少了氧分子与燃料可燃分子之间的碰撞机会，直接影响燃烧效率的提高，不仅如此，氮还在炉窑中吸收大量的热量在废气中排掉造成热损失，浪费能源。

提高天然气燃烧需要对天然气进行增碳，可通过天然气自增碳和外增碳两种方法：

一、自增碳燃烧：

自增碳是通过天然气本身裂解产生的碳微粒的增碳方法，燃烧发生的一系列化学反应，在这些反应中，燃料在一些自由基例如O、OH、H碰撞下发生反应，产生更多的H或者是分解成更小的碎片。甲烷的燃烧是CH₄被连续地转化成CH₃，CH₂，CH。最初形成的各种氧化的中间产物与燃料中的碳结合而首先变为CO，并且燃料中的氢基变为H₂，所有的中间产物将接着进一步氧化，再一次通过自由基的作用，而变为CO₂和H₂O。总热量的大部分释放都是发生在第二阶段。当点燃预混燃料时，局部温度将提高到一个非常高的值，提高了反应速率，从而也引起燃料的燃烧，并且释放出热量。通过热传导把热量引导到了未燃的相邻区域，相邻区域的温度提高，反应加快，燃烧得以延续。我们知道，热量的扩散是火焰燃烧得以延续的原因，燃烧传播的速度取决于燃烧后的温度以及未燃混合物的热传导性。为了把高温区域的自由基传递到与之接触的低温的未燃混合物中，质量扩散也是很重要的；通常质量和热扩散率是相同的。

二、外增碳燃烧

天然气燃烧外增碳方法是从外部引入碳微粒，达到提高火焰亮度的目的，一般采用，增加高碳燃料混烧的方式。这种方式最适用于玻璃窑炉，可方便的控制火焰长度、刚性、覆盖面，热辐射与燃烧重油基本相同，极大的降低了能源消耗，而目前外增碳燃烧方式并不多见。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可有效提高火焰温度、加快燃烧速度、降低燃料的燃点温度、增加热量利用率及安全性能好的甲烷气体催化燃烧剂。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种甲烷气体催化燃烧剂，其特征在于，催化燃烧剂与甲烷气体充分溶解，并对其进行高效催化燃烧，提高甲烷分子的热反应速度。催化燃烧剂在纯天然气(甲烷含量99.9％)及原料天然气中都能发挥最佳优势，促进甲烷气体的热化学反应速度，提高甲烷气体的利用率。

在天然气中添加液体催化燃烧剂，其中，在天然气的质量为100kg时，液体催化燃烧剂的添加量为2.6-3.6kg。

上述的液体燃烧剂包括以下组分以及各组分相对液体催化燃烧剂总质量的质量百分含量分别为：

2-甲基-2-苯基丙烷     8-13％；

正丁基三甲基甲烷      9-20％；

丙基甲醇              14-25％；

正丁基环戊烷          6-12％；

异丙基乙烯            11-18％；

叔丁基甲基醚          7-15％

甲基乙基酮            3-7％；

1，3-丁二醇           8-10％；

甲基环戊二烯三羟基锰  2％。

上述的天然气为多组分混合气，而所述的多组分混合气可以为油田伴生气、煤层气、沼气。

本发明的有益效果是：本发明通过在天然气中加入液体催化燃烧剂，使得天然气具有以下优势：

(1)提高火焰温度：加入液体催化燃烧剂的甲烷气体燃烧速度大幅度提高，在氧气中的火焰温度可提高600-900℃左右，不仅提高了大厚工件的火焰校正功效而且提高了金属火焰切割的速度，节省燃气和氧气的消耗。

在工业锅炉中，火焰温度随空气中氧气含量的增加而显著提高，由于高分子燃烧剂与氮化物发生理化反应，降低氮化物对炉内热量的携带，提高炉内氧分子含量，相应减少热量损失，这样便提高了空气中氧气浓度燃烧百分比，达到提高炉膛火焰温度和热量利用率的目的；

(2)加快燃烧速度：通过液体催化燃烧剂能够调节天然气的含碳量，实现外增碳，降低燃烧峰值温度，降低能量损失，减少氮气化物的生成，在工业窑炉或燃气锅炉中燃烧能够极大的改善炉膛内的燃烧环境，加深天然气的氧化程度，促进燃烧，节约大量的天然气，由于降低氮化物含量，增加氧含量后火焰温度提高，使燃料的燃烧速度比在普通空气中的燃烧速度大幅提高，燃烧速度的提高，也使燃料在炉膛内迅速完全燃烧；

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

甲烷气体催化燃烧剂在天然气中的添加比例为：天然气的质量为100kg时，液体催化燃烧剂的添加量为2.6-3.6kg。

而液体催化燃烧剂包括以下组分以及各组分相对液体催化燃烧剂总质量的质量百分含量分别为：2-甲基-2-苯基丙烷8-13％；正丁基三甲基甲烷9-20％；丙基甲醇14-25％；正丁基环戊烷6-12％；异丙基乙烯11-18％；叔丁基甲基醚7-15％；甲基乙基酮3-7％；1，3-丁二醇8-10％；甲基环戊二烯三羟基锰2％。

其中，所述的天然气为净化后的液化天然气和未净化的油田伴生气、煤层气、沼气中的任一种。

实施例1：

液体催化燃烧剂以100kg进行配置，其中液体催化燃烧剂包括以下组分以及各组分的质量为：2-甲基-2-苯基丙烷6kg、正丁基三甲基烷10kg、丙基甲醇25kg、正丁基环戊烷12kg、异丙基乙烯18kg、叔丁基甲基醚15kg、甲基乙基酮4kg、1，3-丁二醇8kg、甲基环戊二烯三羟基锰2kg。

将上述混合好的液体催化燃烧剂2.6kg添加到100kg天然气中，形成催化甲烷气体，可替代乙炔气用于金属火焰切割。

实施例2：

液体催化燃烧剂以100kg进行配置，其中液体催化燃烧剂包括以下组分以及各组分的质量为：2-甲基-2-苯基丙烷8kg、正丁基三甲基甲烷15kg、丙基甲醇22kg、正丁基环戊烷10kg、异丙基乙烯15kg、叔丁基甲基醚13kg、甲基乙基酮5kg、1，3-丁二醇10kg、甲基环戊二烯三羟基锰2kg。

将上述混合好的液体催化燃烧剂3.0kg添加到100kg天然气中，形成催化甲烷气体，可替代乙炔气用于金属火焰切割。

实施例3：

液体催化燃烧剂以100kg进行配置，其中液体催化燃烧剂包括以下组分以及各组分的质量为：2-甲基-2-苯基丙烷9kg、正丁基三甲基甲烷18kg、丙基甲醇24kg、正丁基环戊烷9kg、异丙基乙烯16kg、叔丁基甲基醚9kg、甲基乙基酮6kg、1，3-丁二醇7kg、甲基环戊二烯三羟基锰2kg。

将上述混合好的液体催化燃烧剂3.2kg添加到100kg天然气中，形成催化甲烷气体，可替代乙炔气用于金属火焰切割。

实施例4：

液体催化燃烧剂以100kg进行配置，其中液体催化燃烧剂包括以下组分以及各组分的质量为：2-甲基-2-苯基丙烷11kg、正丁基三甲基甲烷16kg、丙基甲醇20kg、正丁基环戊烷11kg、异丙基乙烯14kg、叔丁基甲基醚12kg、甲基乙基酮7kg、1，3-丁二醇7kg、甲基环戊二烯三羟基锰2kg。

将上述混合好的液体催化燃烧剂3.6kg添加到100kg天然气中，形成催化甲烷气体，可替代乙炔气用于金属火焰切割。

通过对马蹄焰窑炉直接使用天然气及利用上述实施例1-4的天然气作为燃料进行燃烧对比实验：

可以看出，马蹄焰玻璃窑炉以天燃气为燃料，烟气直接通过蓄热室进入烟道，蓄热室是一个用耐火材料砌成的空心格子的加热室，当天然气和空气通过蓄热室时预热空气和天然气，一起进入小炉内相互混合和预燃，使燃料释放出热量，烟气在蓄热室反复上升与下沉的过程中，热量被格子砖充分吸收并蓄积，而有一部分热量被废气所带走。

实施例1-4改用催化天然气时，则具有以下优势：

产生的废气比例降低5％左右，大部分热量被充分利用到工作中去，不但提高了熔化质量，且大大节约了燃料成本。且提高了火焰温度：加入液体催化燃烧剂的甲烷气体燃烧速度大幅度提高，燃烧利用率提高20％以上，加快了燃烧速度：燃料的燃烧速度比在普通空气中的燃烧速度大幅提高，燃烧速度的提高，也使燃料在炉膛内迅速完全燃烧；降低了燃料的燃点温度：通过增加催化燃烧剂，实现甲烷的催化燃烧，加深甲烷氧化程度，增强甲烷自由基活化能，提高燃料利用率(可达98％以上)；增加了热量利用率：当加热温度为1300℃时，普通燃烧，其热利用率为42％，而用催化天然气燃烧，则利用率提高20％以上，随着加热温度增加，节能效果更显著；增强了燃气的安全性能：加入液体催化燃烧剂的甲烷气体不仅抗爆性能大幅度提高，同时提升了瞬间燃烧温度，增强了化学反应速度，可以实现替代乙炔、丙烯、丙烷等切割气体的目的，极大地降低了使用成本，增加了使用的安全性。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种甲烷气体催化燃烧剂，其特征在于，在天然气中添加液体催化燃烧剂，其中，天然气的质量为100kg时，液体催化燃烧剂的添加量为2.6-3.6kg。

2.根据权利要求1所述的甲烷气体催化燃烧剂，其特征在于，所述的液体催化燃烧剂包括以下组分以及各组分相对液体催化燃烧剂总质量的质量百分含量分别为：

2-甲基-2-苯基丙烷      8-13％；

正丁基三甲基甲烷       9-20％；

丙基甲醇               14-25％；

正丁基环戊烷           6-12％；

异丙基乙烯             11-18％；

叔丁基甲基醚           7-15％

甲基乙基酮             3-7％；

1，3-丁二醇            8-10％；

甲基环戊二烯三羟基锰   2％。

3.根据权利要求1所述的甲烷气体催化燃烧剂，其特征在于，所述的天然气主要成分为甲烷气体。