CN1142844A

CN1142844A - 强化烃及其制备和使用方法

Info

Publication number: CN1142844A
Application number: CN94195004A
Authority: CN
Inventors: J·E·弗里茨
Original assignee: Excellene Ltd
Current assignee: Excellene Ltd
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2014-10-14
Also published as: CN1057109C; US5236467A

Abstract

强化烃焊炬气是一种混合物，主要重量组成是烃基础气，如液化石油气(LPG)或天然气，添加剂选自1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、丙三醇、二甘醇、1，2-乙二醇一甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚、乙酸乙酯、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、丙醛和丁醛。

Description

强化烃及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及用于割炬和焊接炬的烃气，它因为加入添加剂或调理剂，尤其是一种双添加剂的加入而得以强化。

技术背景

通过加入添加剂或双添加剂改进割炬和/或焊接炬用气体，人们在此前已作过各种努力。这些现有技术气体已含有各种烃，从甲烷到辛烷，而且一些气体中已包括丙烷和丁烷。例如，1925年12月15日颁发的Harris美国专利1,565,935号的技术强化一种含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和己烷的湿油井气，方法是加入乙醚[二乙醚][(C₂H₅)₂O或C₄H₁₀O]或甲醚[二甲醚][(H₃)₂O]。提出向含有丙烷或丁烷和丙烷的气体中加入乙醚，也称为乙基氧化物的另一专利是1950年7月4日颁发的White美国专利2,513,769号。

1959年5月27日(Oxy-Ferrolene Limited)出版的英国专利说明书813,981号提出向烃气中加入一种含氧化合物如异丙醚[二异丙醚][(CH₃)₂CH₂O或(C₃H₇)₂或C₆H₁₄O]、甲基异丙醚、甲基丙基醚[(CH₃)CH₂CH₂OCH₃或C₄H₁₀O]、正丙醚、乙醇[CH₃CH₂OH]和甲醇[CH₃OH]。该英国专利还建议引入一种以上化合物，但它没有建议任何具体的双化合物。

1946年11月26日颁发的Seley美国专利2,411,759号确实建议使用双添加剂，即乙基氧化物[二乙基醚或乙醚][(C₂H₅)₂O]和汽油[苯][C₆H₆]。1960年9月6日颁发的White美国专利2,951,750号在第1段，21至25行提到现有的焊炬气双添加剂二甲醚[甲醚][(CH₃)₂O]和汽油[苯][C₆H₆]，可能与公开在Seley专利中的类似，后来在第1段55至62行提出使用双添加剂丙烯氧化物[1，2-环氧丙烷][C₃H₆O]和二甲醚[(CH₃)₂O]，而不是使用汽油和二甲醚。

另外，1971年7月6日颁发的Kessler美国专利3,591,355号提出向含有丙烷的气体中加入甲醇[CH₃OH]，或向由诸如甲醇的液体烷醇和一种诸如戊烷和异戊烷的链烷混合物组成的焊炬中加入双添加剂。1976年11月2日颁发的White美国专利3,989,479号也提出加入甲醇，1945年5月4日接受的英国专利说明书569,108号提出加入氨。该英国专利还推荐在炉煤气、水煤气、Mond气和其它甲烷为主要组份的市售气体混合物中增加丙烷含量。

1959年10月13日颁发的Medsker美国专利2,908,599号引用美国专利2,281,910号说明甲基硼酸盐和丙酮已在以前用于焊炬用燃料中。Medsker专利提议甲基硼酸盐和己烷的混合物作为气体燃料的添加剂。1942年5月5日颁发的Bialosky等人专利2,281,910号公开了含有甲基硼酸盐和酮的液体焊剂，如丙酮[CH₃COCH₃]或甲乙酮[1，2-丁酮][CH₃CH₂COCH₃]，经一股乙炔、氢或类似可燃气体处理，用硼酸或氧化物涂覆制件。

1975年5月28日出版的德国Offenlegungsschrift 24 55 727号提出强化烃的许多种添加方法，包括每分子中含有5至20个碳原子的高级一元、二元和多元醇。在第12页，24行中写道：

优选的醇是C₅至C₈烃的一元、二元和多元醇，它……包括戊醇、

己醇、庚醇、辛醇、戊烯醇、己烯醇、庚烯醇和辛烯醇。

1967年1月13日颁发的比利时专利PV 35 394A号公开了一种通过向气体脂肪烃燃料如丙烷本身或丙烷与丙烯的混合物中喷施一种由五类组份组成的调理液得到均匀组合物燃料混合物的方法和装置，这五类组份即：

(a)一种液态燃料组份，它与基础燃料相同；

(b)一种燃烧活化剂，它可以是乙醚或卤代醚，尤其是氯代醚；

(c)一种高热量值液态烃，用以提高活化剂的蒸发能力，而且可溶于

该活化剂，如2-甲基丁烷，分子式为CH₃CH₂CH(CH₃)₂，使用

量近似等于活化剂的量，即，所用燃料重量的1％和12％之间，

优选5％至10％；

(d)一种液体氧化催化剂，优选吡啶基成份，尤其是烷基吡啶，其

中烷基分子量低，量为燃料重量的0.1％至1％之间；和

(e)一种水溶物，它可以是萜烯烃，优选与苯甲醇或甲醇烷醚以及

羧芳香酸的脂肪醚混合；优选与水杨酸甲酯混合。这五组份调理液混合物在使用时喷施至气体燃料中，以使调理液中的任何组份都不会先行气化。

1967年6月30日颁发的比利时添加专利BE-A-697,274号是对PV 35 394号主要专利的添加，它公开了在喷施至气体燃料中的主要专利五-组份调理液中使用可供选择类型的燃烧活化剂。

不是如主要专利所公开的用乙醚或卤代醚作为活化剂组份，添加专利使用氧化烃衍生物，尤其是酯族、酮族和通式为C_nH_mO_p的烯烃氧化物作为燃烧活化剂，其中n是2至6的整数，m是2n-2至2n+2之间的整数，p等于1或2。公开的具体活化剂是：

丙酮(C₃H₆O)

甲乙酮(C₄H₈O)

基氧化物[4-甲基-3-戊烯基-2-酮]

(CH₃)₂C＝CHCOCH₃(C₆H₁₀O)

乙酸乙酯(C₄H₈O₂)

环氧乙烷(C₂H₄O)

1，2-环氧丙烷(C₃H₆O)

环氧丁烷(C₄H₈O)

以前所用的主要焊炬气是乙炔，乙炔相当昂贵，难于贮存和运输，需要几乎是纯净的氧与之共用，而且在用作切割黑色(铁类)金属时形成顽固附着的炉渣。

同样，甲乙酮(MEK)本身已在以前用作焊炬气添加剂。

发明的公开

本发明的主要目的是提供一种简单的强化烃焊炬气添加剂，以使其特别是在切割黑色金属时和焊接时具有优于乙炔的性质。该目的还包括提供具有优于仅添加甲乙酮强化时的烃性质的强化烃。

一个具体的目的是提供一种具有高焰温和强加热能力的焊炬气。

另一目的是提供容易和经济地贮存和运输的焊炬气。

另一目的是提供含有在几乎整个世界易于得到、有经济的供应源及易于为提高其品质而加以强化的一种基础气的焊炬气。

提供一种能使黑色金属更快和更清洁地被切割的焊炬气也是一个目的。

另一目的是提供一种能被焊炬用于在水下相当深度下切割的气体。

还有一个目的是提供能更经济地进行焊炬切割的气体，因为它与含有高比例掺合气体的氧有效地结合，这种掺合气体不能与乙炔一起使用。

上述目的可以通过下述方法实现：采用液化石油气，该石油气用甲乙酮和每分子中有2至4个碳原子的二氧和三氧烃的低级多氧烃强化，或者添加几种物质强化，这些物质来自这类多氧烃和/或被选的每分子中有3或4个碳原子的低级单氧烃。

最佳实例的叙述

由于液化石油气(LPG)中丁烷和丙烷含量高，它是本发明优选的强化焊炬气基础气。丁烷的正丁烷和异丁烷异构体均常见于LPG中，但由于工业上对丁烷衍生物的需求，大量的丁烷可能已从被作为燃料售出的LPG中除去，在这种情况下LPG主要由丙烷组成。但是我们希望在LPG中有合理比例的丁烷，如5％至40％。

可供选择地，基础气体可以是丙烷或丁烷单独充当，或这些气体或丙烯或其它气态烃的任何混合物。

用于强化基础气体的添加剂或调理剂可以简单地是甲乙酮(MEK)与低级多氧烃的结合，甲乙酮(MEK)也称为2-丁酮，分子式为CH₃COCH₂CH₃。MEK是沸点为70.6℃、20℃时比重为0.805的液体。

LPG必须带压贮存，以保持液态，但是LPG所用的相当重的带压贮罐和处理设备在商业上是可行和常见的。

若不经强化处理，与氧混合的LPG对焊炬切割和焊接不很有效，远不及与几乎纯净的氧混合的乙炔气那样有效，但若将基础LPG气富集以有效添加剂，焰温大大增高，加热能力大大提高。

所用添加剂的量取决于基础气特性需提高的程度，但其量是基础气重量的3％至10％。若使用MEK和低级多氧烃结合，优选地，3％至5％的MEK和2％或3％的低级多氧烃适宜于作为仅有的添加剂。

将添加剂与LPG结合的方法很简单。强化液体与液态烃简单混合。常温下为液态的添加剂进入贮罐，液化压力下的LPG在贮罐中被贮存或运输。将添加剂输入标准55-加仑容器中十分可行。

如果添加剂量是基础气体重量的约6％以上，该添加剂应与催化剂一起加入以保证均匀混合。催化剂优选粉末颗粒或片状活性炭，活性炭是无定形的，优选产生自木炭或石油焦炭。可以使用的可选择的催化剂是合适载体所承载的铂、氧化铜和颗粒银。

活性炭的用量不关键，但应放在贮存容器的底部，以便于添加剂在加入高压容器中时与烃基础气混合。这类催化剂的量可以是添加剂重量的1％至5％。得到的基础气体与添加剂或调理剂的液体混合物在常温下共沸，以便强化液体混合物气化的强化焊炬气在由贮存容器释放至未添加其它烃气或被加入其它烃气的焊炬时的均匀性。

为提供有效的切割火焰，需要向乙炔焊炬供应基本上纯态的氧，如99vol％的氧。与本发明的强化基础气混合纯度较低的氧可得到满意的切割温度，如氧纯度近似为95％，掺合气是氮、二氧化碳和空气的其它成份。甚至当氧的纯度低至90％时，基础LPG的焰温可从近似5,000F(2,760℃)提高至约5,800F(3204.44℃)至6,000F(3315.56℃)，方法是使用本发明的添加剂强化的基础LPG。这种低纯度氧可以经济地用下法制备：将空气压缩至约4,000psi，冷却至-360F(-217.78℃)，此时空气液化，然后将液化空气温度缓慢升高，同时容器放空，以释放在-320F(-195.56℃)下气化的氮气组份，而使氧保持液态。

在其它制备低纯氧的方法中，用沸石除去空气中的氮，得到纯度为90％至95％的氧。

使用本发明的强化基础气切割黑色金属时其优于乙炔之处在于可得到清洁精确的切口。氧乙炔气割产生硬焊渣，它顽固地附着于制件上，增加了所需热量，通常随后必须从制件上刮去。使用本发明的强化焊炬气产生软性易碎焊渣，随着切割进行它会从制件上和切口处剥落，得到较窄的清洁切口，与切口的相对的边缘区是新鲜金属。

本发明的强化焊炬气的一个特殊优点是可用于300英尺的水下火焰切割作业。氧乙炔焊炬限于在20英尺(6.1米)的水下使用，因为在气体所需承受的压力下，要求该气体能够在较深处被分配至切割焊炬，而在此深度之下，乙炔会发生爆炸。因此在使用MEK作为烃气添加剂之前，在大于约20英尺水下切割作业所用方法的唯一选择是使用碳弧，它的作用缓慢，使用危险。

尽管在加快切割金属速度方面使用MEK是有利的，使用添加叔丁基醇(TBA)增强的MEK已经将切割速度提高5％至10％，结合使用MEK和甲基叔丁基醚(MTBE)已将切割速度比单用MEK作为添加剂时又提高20％至25％，比用TBA提高MEK时提高约15％。优选MEK与低级多氧烃结合使用。

如果本发明的添加剂与气体混合，诸如LPG的烃气在熔焊、铜焊或轻金属切割上的应用更为有效。在这类用途上，焊炬气优选使用的添加剂比切割或焊接厚金属少。对熔焊、铜焊或轻金属切割，添加剂的量在2％至5％重量范围内是足够的，这些量的添加剂可以与不使用催化剂的烃气完全混合。

作为MEK和上述低级多氧烃的替代，本发明的添加剂可以简单地是单独的多氧烃，即每分子中有2至4个碳原子的二氧或三氧烃，它可以是醇、醚或乙酸。这类多氧烃的具体实例列于下表中：

名称分子式分子量

二元醇(二醇)

1，2-乙二醇 C₂H₆O₂ 62

HOCH₂CH₂OH，又称为乙二醇

1，2-丙二醇 C₃H₈O₂ 76

CH₃CH(OH)CH₂OH，又称为丙二醇

1，3-丁二醇 C₄H₁₀O₂ 90

CH₃CH(OH)CH₂CH₂OH又称为1，3-丁二醇

三元醇

丙三醇 C₃H₈O₃ 92

HOCH₂CH(OH)CH₂OH

二甘醇 C₄H₁₀O₃ 106

HOCH₂CH₂OCH₂CH₂OH，又称为二(2-羟乙基)醚

二氧醚

1，2-乙二醇-甲基醚 C₃H₈O₂ 76

CH₃OCH₂CH₂OH，又称为2-甲氧乙醇

1，2-乙二醇-乙基醚 C₄H₁₀O₂ 90

CH₃CH₂OCH₂CH₂OH，又称为2-乙氧乙醇

1，2-乙二醇二甲基醚 C₄H₁₀O₂ 90

CH₃OCH₂CH₂OCH₃，又称为1，2二甲氧乙醇

乙酸酯

乙酸乙酯 C₄H₈O₂ 88

CH₃COOC₂H₅，又称为乙酸乙酯或乙酸乙醚

各种单氧烃单独用于强化焊炬气时燃烧性能的效果各不相同，而且不可预测。下列低级单氧烃相互结合或与多氧烃结合作为不与其它添加剂组份一起使用的强化添加剂是很有利的。这类单氧烃的每一分子中有3或4个碳原子。

名称分子式分子量

一元醇

正丙醇 C₃H₈O 60

CH₃CH₂CH₂OH，又称为1-丙醇

异丙醇 C₃H₈O 60

(CH₃)₂CHOH，又称为2-丙醇

正丁醇 C₄H₁₀O 74

CH₃CH₂CH₂CH₂OH，又称为1-丁醇

异丁醇 C₄H₁₀O 74

(CH₃)₂CHCH₂OH，又称为2-甲基-1-丙醇

仲丁醇 C₄H₁₀O 74

CH₃CH₂CH(OH)CH₃，又称为2-丁醇

酮

甲基乙基酮 C₄H₈O 72

CH₃COCH₂CH₃，又称为2-丁酮

醛

丙醛 C₃H₆O 58

CH₃CH₂CHO，又称为1-丙醛

丁醛 C₄H₈O 72

CH₃CH₂CH₂CHO

尽管上面所列的单氧烃单独使用时不能强化LPG、丁烷或丙烷这些用于切割或焊接时足以与乙炔媲美的气体，选自上面所列的单氧烃和二氧烃和三氧烃的两种或三种添加剂结合使用将比这类化学品的任一种单独使用时的强化能力都强。

同样，尽管采用单一多氧烃作为添加剂是可行的，要得到更好的结果需要在不在添加剂中使用其它组分的情况下将多氧烃相互结合或将多氧烃与合适类型的单氧烃结合。

例如，尽管用基础气的3wt％的1，2-乙二醇或1，2-乙二醇一甲基醚强化的LPG能够与使用乙炔一样快地在钢上切出完美的切缝，基础气用3wt％的这类添加剂的每一种强化后，切割操作切割出完美切口的速度部会比使用乙炔得到同样切口的速度要快。

同样，使用基础气的3％wt的1，2-乙二醇和基础气的2％wt的甲乙酮作为添加剂，可以达到同样好和几乎同样快的切割效果。使用基础气的3wt％的乙二醇一甲基醚和正丙酮可以得到相当的结果。

尽管提到结合使用2％或3％的上述两种氧烃中的一种，还可以结合使用基础气的2％wt的上述三种氧烃中的一种得到好的强化效果。

Claims

1.强化烃焊炬气，它是一种主要重量组成烃基础气和添加剂的混合物，该添加剂基本上含有一个次要重量组成的添加剂，它选自每分子中含2至4个碳原子的二氧烃和三氧烃。

2.权利要求1所定义的焊炬气，其中添加剂的量在烃基础气重量的0.5％至13％的范围内。

3.权利要求1所定义的焊炬气，其中添加剂的量在烃基础气重量3％至7％的范围内。

4.权利要求1所定义的焊炬气，其中添加剂仅是一种二氧烃或三氧烃。

5.权利要求4所定义的焊炬气，其中添加剂选自1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、丙三醇、二甘醇、1，2-乙二醇一甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚和乙酸乙酯。

6.强化烃焊炬气，它是一种主要重量组成烃基础气和次要重量组成添加剂的混合物，该添加剂基本上含有两种或更多种选自下列物质的组份：1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、丙三醇、二甘醇、1，2-乙二醇-甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚和乙酸乙酯、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、甲乙酮、丙醛和丁醛。

7.强化烃焊炬气，它是一种主要重量组成烃基础气和次要重量组成添加剂的共沸混合物，该添加剂选自：1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、丙三醇、二甘醇、1，2-乙二醇一甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚和乙酸乙酯。

8.强化烃焊炬气，它是一种主要重量组成高压下为液态的烃基础气和次要重量组成强化液体添加剂的共沸混合物，该添加剂选自：1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、丙三醇、二甘醇、1，2-乙二醇-甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚和乙酸乙酯。

9.强化烃焊炬气，它是一种主要重量组成烃基础气和基本上含有次要重量组成二氧醚添加剂的混合物，该二氧醚的每分子中有不多于4个碳原子。

10.强化烃焊炬气，它是一种主要重量组成烃基础气和基本上含有次要重量组成添加剂的混合物，该添加剂选自乙二醇一甲基醚、乙二醇二甲基醚、乙二醇二甲基醚和乙酸乙酯。

11.强化焊炬气，它是主要重量组成烃基础气和次要重量组成添加剂的混合物，该添加剂基本上含有至少一种醇组份，该醇选自1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、丙三醇、二甘醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇和仲丁醇，以及至少一种第二种组份，它选自1，2-乙二醇一甲基醚、1，2-乙二醇乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚、乙酸乙酯、甲乙酮、丙醛和丁醛。

12.强化焊炬气，它是主要重量组成高压下为液态的烃基础气与次要重量组成强化液体添加剂的共沸混合物，该添加剂选自1，2-乙二醇一甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚和乙酸乙酯。

13.权利要求1-12中任一项定义的焊炬气，其中基础气为LPG(液化石油气)。

14.权利要求1-12中任一项定义的焊炬气，其中烃基础气是天然气。

15.制备用作焊炬气的强化烃的方法，方法是向高压下液态烃基础气中加入添加剂，该添加剂基本上含有选自下列物质的添加剂：每分子中含2至4个碳原子的二氧烃和三氧烃，该添加剂被作为仅有的添加剂加入烃基础气中。

16.制备用作焊炬气的强化烃的方法，方法是向高压下液态烃基础气中加入添加剂作为仅有的添加剂，该添加剂基本上含有选自下列物质的两种或更多种化学品：1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、丙三醇、二甘醇、1，2-乙二醇一甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚、乙酸乙酯、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、甲乙酮、丙醛和丁醛。

17.焊炬切割黑色金属的方法，包括向高压下液态烃基础气中加入强化液体添加剂形成共沸液体混合物，该添加剂选自1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、丙三醇、二甘醇、1，2-乙二醇一甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚和乙酸乙酯，蒸发此共沸强化焊炬气液体混合物，将强化焊炬气液体混合物蒸发的气体混合物与氧一起加入一个焊炬中。

18.焊炬切割黑色金属的方法，包括向高压下液态烃基础气中加入强化添加剂形成共沸液体混合物，该添加剂选自1，2-乙二醇一甲基醚、1，2-乙二醇-乙基醚、1，2-乙二醇二甲基醚和乙酸乙酯，蒸发此共沸强化焊炬气液体混合物，将强化焊炬气液体混合物蒸发的气体混合物与氧一起加入一个焊炬中。

19.权利要求15至18中任一项所定义的方法，包括将LPG作为烃基础气。

20.权利要求15至18中任一项所定义的方法，包括加入添加剂量在烃基础气重量的0.5％至13％范围内。

21.权利要求15至18中任一项所定义的方法，包括加入烃基础气重量的0.5％至13％的添加剂。