丙烷成本分析

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1、新型丙烷切割燃?xì)獾臍飧畛杀痉治鲂熘颈〕倘翰摺菊坎捎美碚撏茖?dǎo)和熱值計(jì)算法，可求出使用丙烷氣的理論節(jié)約率。氧丙烷焰比氧乙炔焰的總熱值高，但一次熱值低，因此燃燒溫度低，預(yù)熱時(shí)間較長。用于低碳鋼板氣割時(shí)，氣割成本隨板厚不同而變化。用于厚鋼板氣割時(shí)，節(jié)約成本顯著。工業(yè)上多用溶解乙炔作為焊接、氣割用燃?xì)狻ｋS著我國石化工業(yè)的發(fā)展，在煉油副產(chǎn)品丙烷中加入少量添加劑，制成的新型焊割用燃?xì)猓煽朔胰驳娜秉c(diǎn),其經(jīng)濟(jì)效益顯著。研究這種新型丙烷氣的燃燒特點(diǎn)及其使用成本，有利于正確使用丙烷氣和降低生產(chǎn)成本。燃?xì)馓匦约巴耆?/p>

2、燒時(shí)的成本　　丙烷(C3H8)分子量為44.06，在0℃氣態(tài)時(shí)的密度為2.014g/L［1］,比空氣重。逸出時(shí)易沉積于地面上的凹坑、地溝處，遇火就會(huì)燃燒。在空氣中的體積比為2.3％～9.5％時(shí)，遇火星還會(huì)爆炸。工業(yè)應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意場地平整，通風(fēng)良好，嚴(yán)防丙烷逸出，同時(shí)嚴(yán)禁煙火。丙烷在氧氣中的燃燒速度為4m/s,比乙炔的燃燒速度(8m/s)低得多，故氧丙烷氣不易產(chǎn)生回火。丙烷在空氣中，氣壓為0.1MPa下的燃點(diǎn)為515～543℃，比乙炔的燃點(diǎn)(406～440℃)高［2，3］,要用明火才能點(diǎn)燃丙烷。因此丙烷較乙

3、炔相對安全，但使用丙烷氣時(shí)必須另配明火點(diǎn)火裝置?！　”榈臍鈶B(tài)標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-2219.1kJ/mol,它在氧氣中完全燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：　　C3H8+5O2=3CO2+4H2O+2219.1(kJ)(1)　　乙炔(C2H2)分子量為26.01,在0℃、氣態(tài)時(shí)的密度為1.173g/L,比空氣輕。乙炔的氣態(tài)標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-1299.6kJ/mol,在氧氣中完全燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：　　2C2H2+5O2=2CO2+2H2O+2599.2(kJ)(2)　　由式(1)和式(2)可分別計(jì)算出1mol丙烷及

4、等價(jià)熱量的乙炔完全燃燒所需的生產(chǎn)成本(按丙烷氣市價(jià)100～130元/15千克，乙炔60元/5千克，氧氣等價(jià)熱量時(shí),1.75元/米3)：　　按此計(jì)算1mol,丙烷氣成本為0.49～0.58元,等價(jià)熱量時(shí),乙炔成本為0.7元。這樣，使用丙烷的成本節(jié)約率為17.14%?！　∵@種成本計(jì)算的前提是完全燃燒，且燃燒產(chǎn)生的熱量完全被利用(或兩種燃?xì)獾臒崃坷孟禂?shù)相等)。燃?xì)庠诠I(yè)爐窯(如熱處理爐、鍛造加熱爐)中的燃燒基本符合上述情況。用于鋼板氣割時(shí)的成本　　實(shí)際上，丙烷氣和乙炔的燃燒是以兩次燃燒的形式進(jìn)行的。將它們用

5、于鋼板焊割時(shí)，一次燃燒是燃?xì)夂脱鯕獾幕旌蠚鈴暮?、割炬口噴出時(shí)形成的：　　丙烷：2C3H8+3O2=6CO+8H2　　　　　　　　(3)　　乙炔：C2H2+O2=2CO+H2　　　　　　　　　　(4)　　一次燃燒的產(chǎn)物為CO和H2，燃燒產(chǎn)生的熱量為一次火焰熱值。一次燃燒形成焊、割炬的內(nèi)焰，它是火焰中最明亮的區(qū)域，也是溫度最高的區(qū)域。中性焰時(shí)，氧丙烷焰溫度可達(dá)2520℃，氧乙炔焰溫度更高達(dá)3100℃［4］。一次燃燒的產(chǎn)物CO和在內(nèi)焰的外部與O2繼續(xù)反應(yīng)進(jìn)行二次燃燒：　　丙烷：6CO+8H2+7O2=8H2O

6、+6CO2　　　　　　　(5)　　乙炔：4CO+2H2+3O2=4CO2+2H2O　　　　　　　(6)　　二次燃燒的產(chǎn)物是H2O和CO2。二次燃燒形成焊、割炬的外焰，產(chǎn)生的熱量也即燃?xì)獾亩位鹧鏌嶂?。?為丙烷和乙炔的兩次燃燒熱值［5，6］。表1　丙烷和乙炔的兩次燃燒熱值　　燃　氣丙烷乙炔一次火焰熱值/(kJ.m3)二次火焰熱值/(kJ.m3)總熱值/(kJ.m3)一次熱值：總熱值/%10041944161044579.619083361625524534.5　　由表1可知，丙烷的總熱值雖然很高，但一次

7、火焰熱值較小，不到總熱值的10%，而乙炔的一次熱值占總熱值的30%以上。乙炔的一次火焰熱值是丙烷的1.9倍。因此，乙炔氣的火焰溫度比丙烷氣的要高得多。　　在鋼板的氣割中，由于Fe在970℃以上能和O2反應(yīng)，按照逐級(jí)轉(zhuǎn)化的方式，先氧化成FeO,再生成黑色的Fe3O4,當(dāng)O2的分解壓較高時(shí)還會(huì)進(jìn)一步生成紅棕色的Fe2O3。這些反應(yīng)均有熱量放出［7，8］：　　2Fe+O2=2FeO+533(kJ)　　　　　　　　(7)　　6FeO+O2=2Fe3O4+644(kJ)　　　　　　　(8)　　4Fe3O4+O2=

8、6Fe2O3+448(kJ)　　　　　　(9)　　鋼板氣割時(shí),先用氧燃?xì)庋鎸⒐ぜ懈钐庮A(yù)熱至鋼板能發(fā)生劇烈氧化的溫度，再由割炬中噴出高速切割氧，使已預(yù)熱的鋼板按式（7～9）燃燒，生成的氧化物被切割氣流吹掉，從而完成切割?？梢姎飧顣r(shí)氧燃?xì)庋娴淖饔檬穷A(yù)熱鋼板、切割氧，保證切割點(diǎn)處鋼板的氧化反應(yīng)溫度。由于鋼板切割時(shí)的熱反應(yīng)復(fù)雜且影響因素較多，需對兩種燃?xì)獾氖褂贸杀具M(jìn)行對比試驗(yàn)。試驗(yàn)在數(shù)控氣割機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)材料為Q235A鋼板，氧氣純度≥99.5%