专利名称：用于提高丙烷或液化石油气火焰温度的助燃添加剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种与丙烷或液化石油气混合后能够迅速提高丙烷或液化石油气火焰温度的助燃添加剂。该助燃添加剂能将丙烷或液化石油气在氧气中的火焰温度提高到3000℃以上，可使丙烷或液化石油气在金属焊割等领域的使用性能超过乙炔，成为新一代的乙炔代用气。
一、前言在金属切割的火焰加工作业中，乙炔作为一种传统的气源，具有火焰温度高，热加工效果显著等优点，被工业界广泛应用于金属的切割、焊接、变形矫正等领域。但是乙炔亦有明显的缺点，即乙炔安全性差，耗能大，价格高，产生环境污染等等。
丙烷或液化石油气最根本的缺点就是火焰温度低、预热慢，特别是打孔预热时间约为乙炔的1.5-2倍。因而适用面较窄，不能完全取代乙炔。
因此，设计有效的助燃添加剂来提高丙烷或液化石油气火焰温度，使得添加剂与丙烷或液化石油气合理混配，同步汽化，且不堵塞和腐蚀管道及阀门，运用于工业切割中能迅速提高丙烷或液化石油气的火焰温度，达到甚至超过乙炔的预热打孔时间、切割速度和切割质量，是一个有重大意义的课题。
二、关于少量添加剂提高火焰温度的理论分析1、火焰的燃烧特性着火极限，着火温度和燃烧速度是火焰的燃烧特性，常统称为火焰三要素。火焰的三要素取决于可燃混合气体的性质和组成，初始压力和温度，燃烧器皿的结构和器壁的性质等众多因素。
在实际使用中，火焰的燃烧速度是三要素中最重要的因素，它直接影响着火焰的安全使用和稳定的燃烧。
火焰的燃烧速度与气体成分、最初温度、湿度和气流速度有关。要使火焰稳定而安全地燃烧，应使燃烧速度等于或小于气流速度在火焰前沿上垂直分量，用数学方程式可表示为S＜V，在实际工作中，当气流速度V燃烧速度S时，火焰前沿的法线与燃烧器轴线的夹角增大，火焰将被吹灭；当V＜S时，S指向燃烧器内，火焰向燃烧器内传播，产生“回火”爆炸。气流速度取决于供气压力、燃烧器的结构和形状，对于常用缝式燃烧器，在给足的供气压力下，气流速度则取决于燃烧器的开口面积，缝宽而长，则气流速度小，反之则大。
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。当火焰处于热平衡状态时，温度就可以用来表征火焰的真实能量。由于上述原因，在常压下，化学火焰的最高温度仅为3000℃左右。
2、有机溶剂能够影响火焰温度当吸喷试液进入火焰时，火焰要消耗大量的热量来蒸发、分解试液溶剂，以及将分解产物提高到火焰温度，从而导致火焰温度的下降。如果溶剂是水，对于低温火焰，由于火焰分解水量小，这种降温效应不明显，但对于高温火焰来说，由于分解水量大，这种降温效应则十分显著，如果采用烙醇等有机溶剂作溶剂，因为它们在火焰中也能燃烧并释放出大量热能，将它们引入低温火焰，将有助于提高火焰温度，但对于高温火焰，它们则不能明显地提高火焰温度，仍以降温效应为主，所以为了保证火焰原子化的效果，在实际工作中应注意选择合适的样品溶剂和进液量的多少。
原子吸收光谱法所用的火焰一般都是在大气中直接燃烧的。从外界扩散至火焰中的气体发生解离也会影响到火焰温度。
所有反应都是强烈的吸热反应，解离时要消耗燃烧反应所产生的热量，降低火焰温度。对于原子吸收光谱分析而言，只有基态原子对原子吸收分析才是有效的。这就要求火焰必须具有足够的温度，以保证试样充分蒸发和待测元素化合物解离为自由原子。从这个意义上来说火焰温度应该越高越好，但是火焰温度提高后，火焰发射强度增大，多普勒效应增强，吸收线变宽、气体膨胀因素增大，从而使之相中自由原子浓度减少，导致测定的灵敏度降低。
此外，对于那些电离电位较低的元素，如Na、K、Rb和Cs，火焰温度高导致它们在火焰中产生严重电离，基态原子浓度降低。因此，在实际工作中，应根据试样性质和被测元素的物理特性来完成温度选择。
3、有机溶剂能够改变火焰组成火焰的组成决定了火焰的氧化还原特性，并直接影响到待测元素化合物的分解及难解离化合物的形成，进而影响到原子化效率和自由原子火焰区中的有效寿命。
使用有机溶剂喷入火焰，可以改变火焰的组成和特性。对于氢火焰，有机溶剂的引入只影响火焰温度，原因是氢火焰燃烧产物是水，而水火是不相容的。不过，若将有机溶剂引入烃火焰，它不仅可作为附加热源，提高火焰温度，而且更重要的是改变了火焰的组成和反应特性，根据有机溶剂内C/O比的不同，可将溶剂分为三类，C/O比大于1的是还原性溶剂，这类溶剂如C6H6、C2H5OH等，它们可以提高高火焰的C/O比，C/O比等于1的是中性溶剂如CH3OH，它的引入不会改变火焰中的C/O比，C/O比小于1的是氧化性溶剂，如HCOOH、H2O等，它们引入将降低火焰的C/O比。
4、添加剂是影响火焰正常传播速度的主要因素之一影响火焰正常传播速度包括过量空气系数的影响；燃料化学结构的影响；添加剂的影响；混合可燃物初始温度T0的影响；火焰温度的影响；压力的影响；惰性物质含量的影响；热扩散系数和比热的影响。
由燃烧所必须具备的几个基本条件可以得知，灭火就是破坏燃烧条件使燃烧反应终止的过程。其基本原理归纳为以下四个方面冷却、窒息、隔离和化学抑制(使用灭火剂与链式反应的中间体自由基反应，从而使燃烧的链式反应中断使燃烧不能持续进行)。常用的干粉灭火剂、卤代烷灭火剂的主要灭火机理就是化学抑制作用。例如卤代烷灭火剂其灭火机理是卤代烷接触高温表面或火焰时，分解产生的活性自由基，通过溴和氟等卤素氢化物的负化学催化作用和化学净化作用，大量扑捉、消耗燃烧链式反应中产生的自由基，破坏和抑制燃烧的链式反应，而迅速将火焰扑灭；是靠化学抑制作用灭火。
在丙烷或液化石油气中增加添加剂的主要目的是提高着火温度，提高可燃物初始温度，大大促进化学反应速度，因而提高丙烷或液化石油气的热值。而提高火焰温度的原理即采用与灭火相反的方式，提高自由基浓度，加快火焰燃烧的反应。在配方原料的选择上，优先选择有机过氧化物，这样使得添加剂容易着火，燃烧力强。有机过氧化物是一类含碳化合物，分子内含有一个或者一个以上的过氧键-O-O-。其热分解产生高活性的自由基团。
三、提高丙烷或液化石油气火焰温度的添加剂以及添加比例的实验设计
1、目前金属切割气添加剂还没有国家标准以及行业标准，但是国家环境保护总局在环境产品技术要求以及环境标志产品认证技术要求中对金属焊割气进行了有关规定(HBC 13-2002)1)金属焊割气添加剂中苯含量≤5g/kg、甲苯及二甲苯的总含量≤200g/kg。
2)金属焊割气在氧气中燃烧时的火焰温度须在3000℃以上。
3)金属焊割气的热值不小于90MJ/m3。
4)金属焊割气对贮存容器的腐蚀性级别不大于I级。
5)当周围环境温度及钢瓶温度在0℃，钢瓶剩余压力为0.01Mpa时，钢瓶内的剩余物质应小于总充装量的3％。
2、我们在添加剂的配方选择上，必须考虑合适的添加比例以及运用于市场的经济性；既要做到该添加剂对于燃烧的有效性(即混合气燃烧温度在3000℃以上)；又要做到添加剂不能有对人体健康有过量危险的成分；同时添加剂必须与丙烷或液化石油气完成同步汽化，且不堵塞和腐蚀管道及阀门；添加剂在丙烷或液化石油气中的溶解性、饱和度不能因为环境温度的变化而存在巨大差异，否则会引起季节变化导致混合气的火焰温度不稳定。
3、经过长达五年的研究，发明人分别以丙烷和液化石油气作为母气，添加不同的物质作为助燃催化剂，添加量为1％。然后用G01-100型割炬，2#割嘴，对长度为50m，厚度为40mm冷钢板进行打孔预热试验以及切割性能对比试验。
从以上实验结果中可以表明，将发明人研制的丙烷或液化石油气添加剂按恒定比例与丙烷或液化石油气进行充分混合从而提高丙烷或液化石油气的火焰温度，满足丙烷或液化石油气在金属焊割等领域需求的理论和实践是成功的。
权利要求
1.一种助燃添加剂，用于提高丙烷或液化石油气火焰温度。其特征是使丙烷或液化石油气火焰温度达到3000℃以上，从而代替乙炔，满足金属切割气对火焰温度的要求。主要是由甲醇，苯甲醚，乙醇，高碳醇，二甲苯，甲基叔丁基醚，叔丁基过氧化氢，酮过氧化物等配方按比例配置而成。
2.根据权利要求1所述的助燃添加剂，其特征是使丙烷或液化石油气火焰温度达到3000℃以上，运用于金属切割领域，从而代替乙炔，满足金属切割气对火焰温度的要求。
3.根据权利要求1所述的助燃添加剂，其特征是由甲醇，苯甲醚，乙醇，高碳醇，二甲苯，甲基叔丁基醚，叔丁基过氧化氢，酮过氧化物等配方按比例配置而成。
全文摘要
在金属切割的火焰加工作业中，丙烷或液化石油气最根本的缺点就是火焰温度低、预热慢，特别是打孔预热时间约为乙炔的1.5－2倍。因而适用面较窄，不能完全取代乙炔。本发明涉及一种与丙烷或液化石油气混合后能够迅速提高丙烷或液化石油气火焰温度的助燃添加剂。该助燃添加剂能将丙烷或液化石油气在氧气中的火焰温度提高到3000℃以上，可使丙烷或液化石油气在金属焊割等领域的使用性能超过乙炔，成为新一代的乙炔代用气。该助燃添加剂的基本构成为甲醇，苯甲醚，乙醇，高碳醇，二甲苯，甲基叔丁基醚，叔丁基过氧化氢，酮过氧化物。与丙烷或液化石油气的混合重量比为1％。
文档编号C10L3/12GK1923984SQ200510099720
公开日2007年3月7日 申请日期2005年9月3日 优先权日2005年9月3日
发明者姚争葵, 刘树林, 刘永刚 申请人:十堰德润佳业科技开发有限公司