Introducción al combustible para máquinas oxicorte CNC
El acetileno es inflamable y explosivo, tiene un bajo factor de seguridad, consume energía y electricidad durante el proceso de producción, contamina el medio ambiente, tiene altos costos de producción y tiene muchos defectos y peligros ocultos en la producción, almacenamiento y transporte. , uso, protección ambiental, precio, etc., su desarrollo se ha visto muy restringido. Por lo tanto, muchos países están desarrollando nuevos gases industriales más seguros y que ahorran energía. En la Conferencia Nacional de Producción de Acetileno, las autoridades chinas pertinentes se negaron claramente a aprobar la construcción y ampliación de plantas de carburo de calcio y plantas de acetileno. Los fabricantes existentes se enfrentan a la situación de cambiar de producción. Ya en el período del Octavo Plan Quinquenal, mi país ha promovido vigorosamente el gas alcano para reemplazar el gas acetileno, como el gas propano, el gas propileno, el gas natural, etc., para reemplazar gradualmente el gas acetileno.
En China, el 70% del gas industrial es gas acetileno. En el pasado, el gas acetileno se producía principalmente en generadores de acetileno, pero debido a la alta contaminación y la inseguridad, no se permitía su uso (incluido el tipo de tubería). El gas acetileno envasado se utiliza para el corte industrial. El acetileno es reactivo, explosivo y extremadamente peligroso. Cuando se mezcla con cobre, plata y otros metales, aire y oxígeno puro, incluso si el recipiente tiene un gran diámetro, provocará una explosión. Al cortar acero al carbono con gas acetileno, es probable que se produzcan fenómenos como fusión del borde superior del corte, escoria excesiva que es difícil de eliminar y endurecimiento local de la superficie de corte, lo que hace que el proceso de corte sea insatisfactorio. Se requiere rectificado durante la soldadura, lo que aumenta los costos de producción. Los astilleros de las zonas costeras han prohibido el uso de acetileno en las plataformas de construcción naval en favor de otros nuevos gases de corte. A lo largo de los años, se ha intentado sustituir el acetileno como gas de corte por otros combustibles. Sin embargo, dado que la temperatura de combustión del gas natural, gas licuado de petróleo, gas propano, gas propileno, gas de carbón artificial, éter dimetílico y otros combustibles en oxígeno es inferior a 2500 °C, no es ideal usarlo directamente como gas de corte. Es necesario agregar aditivos que favorezcan la combustión al gas original. Realizar catálisis, craqueo y combustión. Cambie el modo de combustión del gas, aumentando así la temperatura de la llama, de modo que la temperatura de la llama que se quema en oxígeno alcance o supere los 3100 °C del acetileno, logrando el propósito de reemplazar el acetileno.
El acetileno se ha convertido desde hace mucho tiempo en un combustible insustituible para el corte industrial, la soldadura, la pulverización con llama y otros procesos. El acetileno desempeña un papel insustituible en cortes especiales, como el corte de hierro dúctil, acero al molibdeno, acero inoxidable y otras piezas de trabajo. El acetileno tiene ventajas más especiales que otros combustibles en el proceso de soldadura, con un funcionamiento sencillo y una gran aplicabilidad. El trefilado por pulverización con llama tiene alta velocidad y buena calidad, por lo que es el favorito de las empresas.
Sin embargo, con el desarrollo de la productividad y el progreso social, los seres humanos prestan cada vez más atención a la protección del medio ambiente, el ahorro de energía, la seguridad y la eficiencia, y tienen una comprensión más clara de las desventajas y defectos expuestos por el gas acetileno. . En la década de 1970, los países desarrollados de Europa, Estados Unidos y Japón comenzaron a eliminar gradualmente el gas acetileno y lo reemplazaron con gases industriales, principalmente propano, propileno, gas natural, gasolina, gas de coque e hidrógeno.
Para lograr el mejor efecto de uso del acetileno, es necesario comprender las propiedades físicas y químicas del acetileno, y luego se pueden tomar las medidas técnicas correspondientes para realizar la sustituibilidad del gas alcano.
La fórmula molecular del acetileno es C2H2, y la fórmula estructural es HC ≡ CH. Según la teoría de los orbitales híbridos, los átomos de carbono en la molécula de acetileno participan en el enlace a través de la hibridación sp. Dos átomos de carbono se superponen entre sí para formar un enlace σ carbono-carbono con un orbital híbrido sp. un átomo de hidrógeno. Los orbitales 1s se superponen para formar enlaces σ de hidrocarburos. Además, cada uno de los dos átomos de carbono tiene dos orbitales 2p no hibridados mutuamente perpendiculares. Sus ejes de simetría son paralelos entre sí y se superponen uno al lado del otro para formar dos enlaces π mutuamente perpendiculares, formando así un triple enlace carbono-carbono. Las dos nubes de electrones del enlace π están distribuidas simétricamente alrededor del enlace σ carbono-carbono en forma cilíndrica.
La formación de enlaces π y la distribución de nubes de electrones en moléculas de acetileno. Los métodos físicos modernos demuestran que todos los átomos de la molécula de acetileno están en línea recta y que la longitud del enlace del triple enlace carbono-carbono es de 0,12 nm, que es más corta que la longitud del enlace del doble enlace carbono-carbono. Esto se debe a que la nube de electrones entre los dos átomos de carbono es más densa, lo que acerca los dos átomos de carbono que el etileno. La energía de enlace de los tres enlaces es sólo 836,8 kJ·mol-1, que es menor que la suma de las energías de enlace de los tres enlaces σ (345,6 kJ·mol-1×3).
Esto se debe principalmente a que los orbitales P se superponen lateralmente y el grado de superposición es pequeño. Los puntos de ebullición, los puntos de fusión y las densidades relativas de los alquinos simples son generalmente más altos que los de los alcanos y alquenos con el mismo número de átomos de carbono. Esto se debe a que los alquinos son cortos, pequeños y alargados. En los estados líquido y sólido, las moléculas pueden estar muy cerca unas de otras y las fuerzas de Van der Waals entre las moléculas son muy fuertes. Debido a las propiedades químicas especiales del acetileno, durante el proceso de combustión, la eficiencia de liberación de energía térmica es alta, la velocidad de reacción química es rápida, los enlaces químicos son fáciles de romper y la velocidad de combustión de la llama es 3 veces mayor que la del gas propano. Por lo tanto, los aditivos que apoyan la combustión deben ayudar fuertemente a descomponer las moléculas del gas alcano para lograr una combustión rápida y un aumento instantáneo de la temperatura.
El propano es un subproducto de la industria petroquímica. Es rico en recursos, de bajo precio y no contamina cuando se quema. Es una alternativa viable al acetileno. Debido a la baja temperatura de la llama del propano, el tiempo de precalentamiento es relativamente más largo que el del acetileno, lo que supone una gran dificultad para promover su aplicación. Dado que la distribución de calor de la llama de propano se dispersa y la temperatura es baja, la posibilidad de que la llama provoque la fusión del metal es pequeña, por lo que el borde superior de la incisión no es fácil de colapsar, la incisión es lisa y plana, y hay Menos escoria colgando del borde inferior de la incisión, lo que facilita su eliminación.
Tanto el centro de la llama como la llama exterior del propileno tienen una mayor liberación de calor. La distribución de calor en el centro de la llama es similar a la del acetileno, y el calor de la llama exterior es mayor que el del acetileno. Por lo tanto, el propileno tiene tanto las propiedades de una llama de acetileno como el alto contenido de calor de una llama exterior de propano. La temperatura de la llama es aproximadamente más baja que la de acetileno pero más alta que la de propano, lo que lo convierte en un mejor gas de corte. Las características de corte de la llama de propileno son: mayor temperatura de la llama, mayor tiempo de precalentamiento del corte que el acetileno, pero más rápido que el propano. Debido a que la llama externa contiene mucho calor, es beneficioso para cortar componentes gruesos.
El gas licuado de petróleo proviene del gas de refinería, del gas natural húmedo o del gas asociado a yacimientos petrolíferos. Los principales componentes del gas licuado de petróleo obtenido a partir del gas natural y gas asociado son el propano (comúnmente conocido como líquido residual), el butano, el buteno y una pequeña cantidad de pentano. La composición del gas licuado es compleja, la llama no se concentra durante la combustión, el calor está desequilibrado, la temperatura de la llama es baja, el tiempo de precalentamiento del corte aumenta en consecuencia, la velocidad de corte se reduce y la eficiencia es deficiente.
El gas natural es un gas mixto multicomponente, cuyo componente principal son los alcanos, de los cuales el metano supone la mayoría, y también existen pequeñas cantidades de etano, propano y butano. Además, generalmente contiene sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua, así como una pequeña cantidad de gases inertes como helio y argón. En condiciones estándar, el metano al butano existe en estado gaseoso, y el pentano y superiores son líquidos.
Debido al bajo poder calorífico del gas natural, la lenta velocidad de combustión y la baja temperatura de la llama, el tiempo de precalentamiento del corte aumenta en consecuencia, el consumo de gas y oxígeno es grande y el costo general es alto. Al cortar placas de acero gruesas, el consumo total de calor y gas necesario es elevado. Para mantener la velocidad de corte, los componentes gruesos requieren una mayor salida de calor de la llama externa, lo que puede ensanchar fácilmente la hendidura y agrandar la zona afectada por el calor. Es fácil de contrarrestar o difícil de penetrar durante el precalentamiento y la perforación, lo que afecta al metal. superficie y requiriendo aditivos para mejorar la temperatura de la llama.
La combustión catalítica es la reacción de oxidación completa del combustible en la superficie del catalizador. Durante la reacción de combustión catalítica, los reactivos forman radicales libres superficiales de baja energía en la superficie del catalizador, producen productos en estado excitado por vibración y liberan energía en forma de radiación infrarroja cuando se completa la reacción, reacciones secundarias que producen reacciones tóxicas y; Las sustancias nocivas se ven afectadas por la selección del catalizador. Inhibe eficazmente contaminantes como óxidos de nitrógeno, CO, HC, etc., y básicamente no produce o rara vez produce óxidos de nitrógeno, CO, HC y otros contaminantes.
Después de que el aditivo que favorece la combustión se combina con moléculas de gas natural (gas licuado de petróleo), es más fácil agrietar y descomponer las moléculas, cambiando así las propiedades del gas, cambiando la longitud de onda del gas y la frecuencia de combustión. , velocidad de combustión, potenciación de la energía térmica, etc. En el estado de combustión, logra una combustión secundaria completa, reduce la generación de sustancias nocivas, reduce la pérdida de calor y logra el propósito de la combustión catalítica a alta temperatura. El propio catalizador que apoya la combustión tiene buena energía química de combustión, por lo que la combustión catalítica es una de las formas más utilizadas.