CN103320190B - 一种焊割气及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊割气，由天然气和增益剂组成，其中，所述增益剂由稀土金属化合物，过渡金属茂类化合物，甲醇，甲苯，甲基叔丁基醚，环己烷，壬烷，癸烷和水组成。该焊割气与乙炔、丙烷相比，具有更经济、更节能、更环保、更安全、更清洁的优点。本发明还提供了一种上述焊割气的制备方法。

Description

一种焊割气及其制备方法

技术领域

本发明涉及工业燃气领域，尤其涉及一种焊割气及其制备方法。

背景技术

乙炔作为焊割气使用已有百年历史，但是焊割后容易形成积碳，不光滑，容易凝固在切割口附近，所以需要再次磨掉积碳，形成二次成本。而且，乙炔易爆、安全系数低，生产过程既耗能耗电，又污染环境，使得乙炔在生产、储存、运输、使用、环保及价格方面都存在诸多缺陷和隐患，

因此，许多国家都在研制新的更安全、更节能的焊割气，以取代乙炔气。有研究者以液化石油气为燃料，以过硫酸盐或双氧水、高锰酸钾的碱性水溶液作添加剂来制备金属切割气。该方法提高了液化石油气的燃值，试图通过使用添加剂的方法在一定程度上解决燃气的使用安全问题，但未达到该目的，仍存在以下问题：①液化石油气在冬季温度较低时，不能全部气化，需要加热才能气化完全；②焊接、切割质量未达到乙炔的水平，不能实现完全的替代；所用过的过硫酸盐或双氧水、高猛酸钾在碱性水溶液中分解很快，几个小时或几天内即分解完毕，未起到长效作用；③上述强氧化剂分解所产生的氧气与液化石油气混在一起，及容易***，存在安全隐患；④所用的强氧化剂的碱性水溶液与液化石油气不能混溶，前者为强极性物质，后者为非极性物质，极性差别很大，无法均匀混溶，在容器中上层为液化石油气，下层为氧化剂的水溶液，添加剂的作用难以发挥，因氧化剂沉积于钢瓶底部，还对钢瓶造成腐蚀，缩短了钢瓶的作用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效、安全、经济、不污染，可以完全替代乙炔或丙烷使用的焊割气。

本发明一方面提供了一种焊割气，由天然气和增益剂组成，其中，所述增益剂由稀土金属化合物，过渡金属茂类化合物，甲醇，甲苯，甲基叔丁基醚，环己烷，壬烷，癸烷和水组成。

可选地，根据本发明的焊割气，所述焊割气中含有7-10g/m3的增益剂。

可选地，根据本发明的焊割气，所述增益剂中，所述稀土金属化合物重量占增益剂重量的0.1-5%。

可选地，根据本发明的焊割气，所述过渡金属茂类化合物重量为所述金属化合物重量的1-6倍。

可选地，本发明所述的焊割气，甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚、环己烷、壬烷、癸烷、水的摩尔比为4～8:0.05～0.15:0.8～1.2:0.05～0.15：0.2～0.4:0.2～0.4:0.3～0.7。

本发明另一方面提供了一种上述焊割气的制备方法，将所述增益剂与天然气充分混合后形成所述焊割气。

可选地，根据本发明的焊割气，所述天然气由储存在杜瓦罐中的液态天然气气化而成，将所述天然气由增益剂储罐底部通入，从所述增益剂储罐顶部排出，形成焊割气。

可选地，根据本发明的焊割气，所述天然气由储存在天然气储罐中的液态天然气经汽化器气化而成，将所述增益剂加注到输送所述天然气的管道中，形成焊割气。

可选地，根据本发明的焊割气，所述液态天然气经高压低温泵加压后再进行气化。

可选地，根据本发明的焊割气，所述增益剂是直接加注到天然气管道中与天然气实现混合的。

本发明所述焊割气的制备方法简单，无污染，能耗低，制得的焊割气与乙炔、丙烷相比，具有以下优点：

①更经济：使用该焊割气与使用乙炔、丙烷相比，节约成本30％。

②更节能更环保：生产一吨乙炔需要消费3.3吨焦炭，3吨水，10800度电，同时产生3吨电石渣污染物，污水1.5吨；而丙烷则无法完全燃烧，浪费燃料，不节能，成本浪费；而焊割气燃烧后与氧气接触，大部分形成水，最环保，最节能；

③更安全：乙炔、丙烷的密度比空气密度大，逸出时容易沉积于地面上的凹坑，地沟处，遇火就会***，易发生安全事故；但是天然气的密度远远低于空气，因此天然气逸出时向上走容易散开来，不容易***，而且天然气的燃值低于其他两种气体的燃值，安全性更好；

④更清洁：乙炔、丙烷的焊割后容易形成积碳，不光滑，容易凝固在切割口附近，所以需要再次磨掉积碳，形成二次成本，而合成焊割气则没有。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1为利用杜瓦罐储存的液态天然气制备所述焊割气的流程示意图；

图2为利用天然气储罐储存的液态天然气制备所述焊割气并进行气瓶充装的流程示意图；

图3为利用天然气储罐储存的液态天然气制备所述焊割气并进行集中供气的流程示意图；以及

图4为利用管道天然气制备所述焊割气的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明提供了一种焊割气，由天然气和增益剂组成，其中，所述增益剂由稀土金属化合物，过渡金属茂类化合物，甲醇，甲苯，甲基叔丁基醚，环己烷，壬烷，癸烷和水组成。由于天然气热值较低，在氧气中的火焰温度仅为2300℃，使用天然气进行切割时，预热时间长，切割速度慢，因此需要添加增益剂来提高火焰温度，提高切割效率。本发明中，在利用天然气与增益剂混合得到的焊割气进行切割的试验中，火焰温度能够达到3500℃，而且该焊割气体能够完全燃烧，从而有效降低烟尘和尾气中的一氧化碳等含量，减少环境污染。本发明所述的焊割气中含有7-10g/m³的增益剂，优选为8g/m³。

本发明所述增益剂中，稀土金属化合物、过渡金属茂类化合物作为催化助燃活性成分，由甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚、环己烷、壬烷、癸烷和水组成的混合物作为溶剂，用来溶解所述催化助燃活性成分。所述稀土金属化合物用量为所述增益剂重量的0.1～5%，所述溶剂与所述过渡金属茂类化合物的用量可适当调整。优选地，所述过渡金属茂类化合物的用量为所述稀土金属化合物用量的1～6倍，其余为溶剂。在配制所述溶剂时，将甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚、环己烷、壬烷、癸烷、水以4～8:0.05～0.15:0.8～1.2:0.05～0.15：0.2～0.4:0.2～0.4:0.3～0.7的摩尔比进行混合即可。优选地，甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚、环己烷、壬烷、癸烷、水的摩尔比为6：0.1：1：0.1：0.3：0.3：0.5。该增益剂中，所使用的溶剂能够很好地将催化助燃活性成分溶解并形成互溶体系，在将天然气与所述增益剂进行混合时，有利于天然气将它们带出，从而对天然气起到催化助燃的作用。

本发明所述增益剂中，所使用的稀土金属化合物可以为硫酸铈铵、硝酸铈和硝酸镧中的一种或几种。该几种化合物价格低廉，以其作为制备增益剂的原料，能够降低制造成本。所述过渡金属茂类化合物是过渡金属与环戊二烯化合的产物及其衍生物，即金属原子和两个环戊二烯基形成的夹心化合物或者该化合物的衍生物。本发明的几个实施例中，所使用的过渡金属为铁、镍和钴中的一种或几种。可以理解的是，其他具有助燃性能的稀土金属化合物和过渡金属的茂类化合物也可以适用于本发明。

本发明还提供了一种上述焊割气的制备方法，将所述增益剂与天然气充分混合，即得到所述焊割气。优选地，所述天然气为经过脱水、脱二氧化碳处理的洁净天然气。

根据不同类型的客户，可采用不同的混合方法将所述天然气与所述增益剂混合来制备和使用所述焊割气。以下将通过四个实施例来具体说明根据客户类型而采用的不同的方法来制备和使用所述焊割气。

实施例1

焊割气的使用量在500m³/d内的客户，可利用杜瓦罐储存的液态天然气制备所述焊割气。由于杜瓦罐自带增压装置及气化装置，无需外加汽化器即可将储存的液态天然气气化，然后将气化后的天然气与增益剂混合形成焊割气。图1示出利用杜瓦罐储存的液态天然气制备来所述焊割气的流程示意图。如图1所示，利用杜瓦罐的气化装置将其中的液态天然气气化，将气化后的天然气通过其气相出口排出，所述气相出口通过软管连接到增益剂储罐底部，从而使得天然气经由增益剂储罐底部进入增益剂储罐中，而后经过液态增益剂逸出。在天然气通过所述增益剂时，两者自动混合而形成焊割气。形成的焊割气从增益剂储罐的顶部排出至减压器内进行减压后进入混合缓冲罐内，在混合缓冲罐内稳压后即可输送至用户端。

本方案中使用的主要设备包括杜瓦罐、增益剂储罐、减压器和混合缓冲罐，所采用的设备少、操作简单，每只杜瓦罐的储气量为100～130m³，对于长期使用乙炔或丙烷的用户，可以减少气瓶的投入、气瓶的周转率。

实施例2

对于目前的乙炔厂，可以通过将天然气储罐中的液态天然气增压并气化后与增益剂混合制备焊接气，然后将焊接气充装进气瓶后进行销售，以取代原有的乙炔生产。图2示出利用天然气储罐储存的液态天然气制备来所述焊割气并进行气瓶充装的流程示意图。如图2所示，天然气储罐中的液态天然气经高压低温泵输送至高压汽化器中进行气化，高压汽化器的出口通过输送管道与混合缓冲罐连接。将增益剂按照一定比例加注到所述输送管道内，与天然气混合形成焊割气。将得到的焊割气经过混合缓冲罐稳压后，充装到气瓶内。由于气瓶充装时需要较高的压力（本方案中气瓶的充装压力为15MPa），因此，利用高压低温泵输送液态天然气以对液态天然气进行升压，然后让该液态天然气在高压汽化器中转变为气态。

本方案中使用的主要设备包括液态天然气储罐（容积：60m³、20m³、10m³）、高压低温泵、高压汽化器、增益剂添加装置和混合缓冲罐。所述高压低温泵与增益剂添加装置为整体撬装设备，所述增益剂添加装置包括流量计、计量泵、增益剂储罐、PLC控制***等。所述增益剂添置装置根据天然气输送管道流量计的参数，通过PLC控制***将增益剂按一定比例由计量泵加注到天然气管道内，实现增益剂的精准加注。

本方案设备少、生产运行成本小、环境噪音小、操作维护简单。

实施例3

焊割气的使用量为1500m³/d及以上的客户，可以通过将天然气储罐中的液态天然气气化后，与增益剂混合制备得到焊割气，然后采用集中供气模式，通过输气总管将焊割气输送至各车间或工作平台。图3示出利用天然气储罐储存的液态天然气制备所述焊割气并进行集中供气的流程示意图。如图3所示，天然气储罐中的液态天然气输送至汽化器中进行气化，汽化器的出口通过输送管道与混合缓冲罐连接。将增益剂按照一定比例加注到所述输送管道内，与天然气混合形成焊割气。将得到的焊割气经过混合缓冲罐稳压后输送至用户端。

本方案中使用的主要设备包括液态天然气储罐（容积：60m³、20m³、10m³）、汽化器、增益剂添加装置和混合缓冲罐。所述增益剂添加装置由流量计、双台计量泵、增益剂储罐、PLC控制***、管道、阀门、液位计、压力表等组成撬装设备。液态天然气输送至汽化器，气化出的气体经管道输送至用户端管道，增益剂添置装置根据管道流量计的参数，通过PLC控制***将增益剂按一定比例由计量泵加注到天然气管道内，形成焊割气，焊割气经过混合缓冲罐稳压后输送至输气总管，再经输气总管将焊割气输送至各车间或工作平台。此方案与乙炔、丙烷相比较，集中供气，便于管理。

实施例4

对于已布设有管道天然气的客户，可以在原有天然气管道基础上增加一套增益剂添加装置，通过城市管网将天然气与增益剂混合得到焊割气，满足生产焊割使用。图4示出利用管道天然气制备所述焊割气的流程示意图。如图4所示，将增益剂按照一定比例加注到天然气管道中即可，与天然气混合形成焊割气，将所述焊割气经混合缓冲罐稳压下输送至客户端。

本方案中使用的主要设备包括增益剂添加装置、混合缓冲罐。所述增益剂添加装置主要由高精密计量泵、流量计、PLC控制***、管道、阀门、液位计、压力表等组成撬体设备。所述增益剂添置装置根据天然气管道流量计的参数，通过PLC控制***将增益剂按一定比例由计量泵加注到天然气管道内，与天然气混合形成焊割气。增益剂的加注控制通过天然气管道流量计的信息反馈，实现PID精确调节控制。此方案与乙炔、丙烷相比较，集中供气，便于管理。

为了更好地说明本发明所述焊割气相对于乙炔或丙烷在切割效率以及成本上的优势,申请人分别采用乙炔、丙烷和本发明所述焊割气对1500mm长，40mm厚的钢板进行切割，将三者的效果进行比较，具体试验结果如下表1所述。

表1

由上述表1可以看出，与使用乙炔或丙烷作为切割气体相比，本发明所述焊割气的切割效率更高，成本更低。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。

Claims (6)

1.一种焊割气，其特征在于：由天然气和增益剂组成，其中，所述增益剂由稀土金属化合物，过渡金属茂类化合物，甲醇，甲苯，甲基叔丁基醚，环己烷，壬烷，癸烷和水组成，

其中，所述焊割气中含有7-10g/m³的增益剂，

所述增益剂中，所述稀土金属化合物重量占增益剂重量的0.1-5％，

所述过渡金属茂类化合物重量为所述稀土金属化合物重量的1-6倍，

甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚、环己烷、壬烷、癸烷、水的摩尔比为4～8:0.05～0.15:0.8～1.2:0.05～0.15：0.2～0.4:0.2～0.4:0.3～0.7。

2.一种权利要求1所述的焊割气的制备方法，其特征在于：将所述增益剂与天然气充分混合后形成所述焊割气。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述天然气由储存在杜瓦罐中的液态天然气气化而成，将所述天然气由增益剂储罐底部通入，从所述增益剂储罐顶部排出，形成焊割气。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述天然气由储存在天然气储罐中的液态天然气经汽化器气化而成，将所述增益剂加注到输送所述天然气的管道中，形成焊割气。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述液态天然气经高压低温泵加压后再进行气化。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述增益剂是直接加注到天然气管道中与天然气实现混合的。