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天然气代替乙炔用于切割经济性对比

发布时间:2019-05-17 11-17-15

 天然气代替乙炔用于切割经济性对比

 

乙炔的理化性质决定了其特殊的地位,在工业领域得到广泛的应用,助燃添加剂需要根据乙炔的燃烧方式及特点对烷烃类燃气进行合理有效的催化, 达到乙炔的使用效果。 采用以烷烃类燃气作为母气的催化技术不仅能够在功能上替代传统的燃气 ——乙炔,在经济效益上还能够取得很好的收益。

 

目前,工业上多用溶解乙炔作为焊接、气割用燃气。随着我国石化工业的发展,在炼油副产品丙烷中加入少量添加剂,制成的新型焊割用燃气,可克服乙炔的缺点,其经济效益显著。

 

研究这种新型丙烷气的燃烧特点及其使用成本, 有利于正确使用丙烷气和降低生产成本。 燃气特性及完全燃烧时的成本丙烷(C3H8)分子量为 44.06,在 0℃ 气态时的密度为 2.014g/L, 比空气重。逸出时易沉积于地面上的凹坑、地沟处, 遇火就会燃烧。在空气中的体积比为 2.3%~9.5%时,遇火星还会爆炸。工业应 用时应注意场地平整,通风良好,严防丙烷逸出,同时严禁烟火。丙烷在氧气中 的燃烧速度为 4m/s, 比乙炔的燃烧速度 (8m/s) 低得多,故氧丙烷气不易产生回 火。 丙烷在空气中, 气压为 0.1MPa 下的燃点为 515~543℃, 比乙炔的燃点 (406~ 440℃) 高, 要用明火才能点燃丙烷。 因此丙烷较乙炔相对安全, 使用丙烷气时必 须另配明火点火装置。 丙烷的气态标准燃烧热为 -2219.1 kJ/mol, 它在氧气中完全燃烧时的化学反 应方程式为:C3H8+5O2=3CO2+4H2O+2 219.1(kJ)

 

    乙炔(C2H2)分子量为 26.01, 在 0℃、气态时的密度为 1.173g/L, 比空气轻。 乙炔的气态标准燃烧热为 -1299.6 kJ/mol, 在氧气中完全燃烧时的化学反应方程 式为:2C2H2+5O2=2CO2+2H2O+2 599.2(kJ) 由式 丙烷和乙炔燃烧可分别计算出 1mol 丙烷及等价热量的乙炔完全燃烧 所需的生产成本 (按丙烷气市价 130~200 元/15 千克,乙炔 65 元/3 千克,氧气 13 元/瓶)按此计算,1 瓶催化丙烷相当于 5 瓶乙炔的使用量,节约 50%左右, 钢板气割时,先用氧燃气焰将工件切割处预热至钢板能发生剧烈氧化的温 度,再由割炬中喷出高速切割氧,使已预热的钢板燃烧,生成的氧化物被切割气 流吹掉,从而完成切割。可见气割时氧燃气焰的作用是预热钢板、切割氧,保证 切割点处钢板的氧化反应温度。由于钢板切割时的热反应复杂且影响因素较多, 需对两种燃气的使用成本进行对比试验。试验在数控气割机上进行,试验材料为 Q235A 钢板,氧气纯度≥99.5%, 气割质量以符合 JB 3092-82《火焰切割面质量 技术要求》标准的表面粗糙度 1 级和平面度 1 级为准。乙炔采用 GK1 型割嘴, 丙烷采用 GKJ3 型割嘴。由于丙烷的燃烧温度较低,气割时预热时间较长。因此 需要对丙烷进行催化燃烧,否则影响工作效率。 由于丙烷气的二次热值很高,气割时二次热值未充分利用而钢板已割通,因 而使用丙烷气的热量利用率低。在厚板切割时,两种燃气的热值都能得到较充分 地利用,而丙烷气的总热值较高,因此丙烷气的气割成本较低。板越厚,使用丙 烷气节约成本越显著。 天然气是一种多组分的混合气体,主要成分是烷烃,其中甲烷占绝大多数, 另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。在标准状况下,甲烷至丁烷以气体状态存在,戊 烷以上为液体。 由于天然气热值低、燃烧速度慢、火焰温度低、切割预热时间相应增加、因 此,需要加助燃添加剂对甲烷进行催化燃烧。 由于天然气是目前工业燃气使用成本最低的原料气,因此,得到了各大燃气公司的广泛推广。

 

  

 



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