天然气稀土增益剂的工业效用

供稿|王易俗，王鸿儒/ WANG Yi-su, WANG Hong-ru

稀土催化作用

稀土元素优异的催化性能和其优异的磁学、光学性能一样闪现着诱人的光辉。稀土元素特殊的电子层结构，使其在与其他物质相作用时显示出特殊的化学特征。稀土元素能与大多数非金属元素成键，甚至一种化合物中同时含有几种化学键的配位化合物，例如：RE—O 键、RE—C 键、RE—H 键，亦即稀土元素与 CH 基团有很好的亲合力，能对碳氢化合物起到良好的催化、助燃、阻聚、稳定等特殊作用。高温气态分子运动剧烈，瞬时碰撞加剧，键合与分解频繁，容易引起连锁反应，有助于良好的催化、助燃机制形成。因此，有必要利用我国得天独厚的稀土资源研制新型燃气增益添加剂。

燃气稀土增益剂

选用适当的稀土化合物，辅以有机金属化合物等活化催化助燃剂 (例如环茂二烯的化合物等) 及燃料清净剂，针对燃料基体组成特点，按实验确定最佳配位，合成燃料添加剂，俗称燃气稀土增益剂。

再将稀土增益剂与给定燃气按合理的比例混合均匀，即可形成优越的工业燃气，稳定地提高火焰温度，促进完全燃烧，消除污染气体及未燃完碳氢化物的排放。

稀土增益剂添加到天然气中，会成倍地提高切割效率。纯天然气等燃气燃烧时放热缓慢，火焰温度不高，加之金属导热快、散热损失多，以融熔和氧化来实现的金属切割除增加燃气用量外难以增速增效，因此燃气自然消耗和成本居高不下。当加入稀土增益剂后：稀土增益剂可降低天然气等燃气燃烧的能阈，在单位时间和单位空间内燃气燃烧的化学反应加快增多，自然所释放出来的能量剧增；促进燃气完全燃烧，火焰温度大幅提高，从而能迅速熔化金属，提高切割效率；节省燃料，也减少排放。

必须指出，利用增益剂提高燃气功效，完全符合物质不灭定律和能量守恒定律，而不要被“添加剂能创造能量”的蛊惑所误导。

使用效果

一般燃料气体如天然气、液化石油气、丙烷气等在氧气中燃烧温度均低于 3000℃，不能作为理想的切割气使用。燃气稀土增益剂已广泛用于丙烷气、天然气、煤层气、液化石油气、沼气等燃气中，只需针对不同燃气适当调整其配比，就能起到很好的催化活化功能，使燃气火焰温度超过 3000 ℃，乃至高于氧炔焰的温度。稀土增益剂完全可以达到一般燃料气体在工业上替代乙炔气的效果。

乙炔在空气中含量在 2.5%～80% 的范围内均可爆炸。乙炔气对撞击非常敏感能自爆，贮气瓶压不能超过 15 个大气压，运输速度不能超过 80 km/h，贮存、运输均不安全。另外，乙炔会使常接触人员中毒，导致头痛昏迷、恶心呕吐的现象，甚至有更大隐患。而天然气在空气中爆炸范围较窄 (5%～15%)，而且密度是空气的一半，即使稍有泄漏也容易扩散挥发、不聚集；不存在爆炸的隐患，利于运输、贮存。例如，天然气添加增益剂后形成工业用天然气 (俗称 SQ 天然气) 替代乙炔气，其切割速度比乙炔快，成本是乙炔的 50%；焊割工具与乙炔一样，无须更换割炬；贮气瓶内也不需要安装特殊的气化装置；在有效提高火焰温度，节省燃气而延长燃烧时间的同时，耗氧量减少 15% 以上；工件的焊割切口平整、不挂渣，比乙炔割口窄 0.5 mm；切割过程不回火、不爆鸣、不产生磷化氢、硫化氢等有毒气体，燃烧完全；基本上消除了一氧化碳和碳氢化物的排放及污染三废的排放。

燃气热效应

为了探究燃气的工业应用，就有必要正确认识它们的燃烧过程。天然气的成分 95% 左右是甲烷(CH4)。天然气 (CH4)、乙炔 (C2H2)、丙烷(C3H8)的燃烧过程就是氧化释放热能的过程。即：

工业试验证明，1 m3加了 6 g 燃气稀土增益剂的天然气 (简称 SQ 天然气) 所切割的工件，需用 1.2～1.5 kg 乙炔来完成。这说明燃气稀土增益剂能使天然气燃烧放出的热能发挥得更充分。在包的钢生产实践证明，切割钢坯、连铸板时所消耗的燃气，按体积计，若需 1 体积 SQ 天然气，就相当于 1.5～2.5 体积的纯天然气，或 4～6 体积的焦炉煤气。

因此，使用 SQ 天然气不仅使成本大幅下降，而且二氧化碳的排放量也降低大半，SQ 天然气属低碳机制的清洁能源。

稀土增益剂的应用

燃气稀土增益剂在生产实践中不断提高质量品格，现已形成一系列实用的定型产品。燃气稀土增益剂一般为棕色透明液体，因成分的差别而色调不尽相同。稀土增益剂无论是气态还是液态都均匀稳定，无沉淀物及杂质现象。对钢铁类金属容器不腐蚀、不发生化学反应，与燃气混合后不挂壁、不结晶、无沉淀物、不堵塞瓶嘴，不影响燃气钢瓶的使用寿命。所配制的新型燃气——SQ 天然气，能完全替代乙炔进行切割、焊接、喷涂，具有预热时间短、切割和加热速度快的优点。

稀土增益剂及新型燃气已广泛用于京、沪、鲁、冀、晋、苏、淮、辽等各地，所涉及的行业有钢铁、造船、金属结构等。