[发明专利]天然气作为氢气阻燃剂的用途及适用于氢氧燃烧器的燃料

说明书

本发明提出了天然气可作为氢气阻燃剂，具体地，将天然气直接与氢气混匀使用，从燃烧速度、热值、可燃极限三方面综合评定选取天然气的掺混比，在加入天然气不降低或增加混合气体积热值的前提下，添加后燃气燃烧较纯氢气相比，可燃极限降低至少20％，燃烧速度降低不超过20％，天然气的掺混比为2％‑5.2％，掺混后尤其适合作为氢氧燃烧器的燃料，该燃料要在使用前与空气提前预混好，燃料与空气的比例可根据燃烧器需求在宽广范围内变化，然后将燃料/空气混合气体通过流量控制直接通入到氢氧燃烧器中燃烧，可在不降低氢气燃烧单位热值的前提下，保证安全性，且无毒无腐。

技术领域

本发明属于燃烧学技术领域，涉及氢气燃料以及其阻燃技术，特别涉及天然气作为氢气阻燃剂的用途及适用于氢氧燃烧器的燃料。

背景技术

降低碳排放是能源系统发展的主要趋势，氢气是一种无碳燃料，也是一种优良的能源载体，可解决再生能源风能、太阳能、水能的波动性问题，被认为是21世纪最有发展前途的清洁燃料。燃烧是氢气利用的重要途径，氢气可燃极限范围广，燃烧速度快，是烷烃层流燃烧速度的7～8倍，导致氢气在燃烧器中直接燃烧使用存在诸多问题。在氢气燃气灶中直接燃烧氢气极容易产生回火。在氢氧切割焊中，通过燃烧喷射的氢、氧气作为热源切割金属等，氢气燃烧速度过快，导致切割焊火焰割线变短，切割能力减弱；除此之外，由于氢气可燃极限宽，存在严重的安全风险。为了解决氢气使用时安全和燃烧速度过快的问题，目前常用的阻燃剂有稀释气体，如CO₂、N₂等，但将其掺混到氢气中，将会减小氢气燃烧的单位热值；另一种常用阻燃剂为卤代烃阻燃剂，如氟/氯/溴原子卤代烃等，但卤代烃及其转化物具有毒性和腐蚀性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供为氢气提供一种新的阻燃剂，即天然气，以天然气作为阻燃剂加入氢气中，调整合适比例，可适用于氢氧燃烧器，在不降低氢气燃烧单位热值的前提下，保证了安全性，且无毒无腐。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

天然气可作为氢气阻燃剂，具体地，将天然气直接与氢气混匀使用，从燃烧速度、热值、可燃极限三方面综合评定选取天然气的掺混比，在加入天然气不降低或增加混合气体积热值的前提下，添加后燃气燃烧较纯氢气相比，可燃极限降低至少20％，燃烧速度降低不超过20％，天然气的掺混比为2％-5.2％。

本发明还提供了适用于氢氧燃烧器的燃料，由天然气掺混氢气组成，其中以摩尔含量计，天然气的掺混比为2％-5.2％。该燃料要在使用前与空气提前预混好，燃料与空气的比例可根据燃烧器需求在宽广范围内变化，然后将燃料/空气混合气体通过流量控制直接通入到氢氧燃烧器中燃烧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明选用天然气(主要成分为甲烷，还含有少量中、高碳烷烃)作为氢气阻燃剂，由于天然气可燃极限、燃烧速度远远低于氢气，且天然气易于获得，本身及其燃烧产物无毒性，因此可以在不降低燃气单位热值的情况下，提高氢气储存和燃烧的安全性，降低氢气燃烧速度，解决氢气燃烧器存在的问题。

2、本发明根据燃烧速度、热值、可燃极限给出适用于氢氧燃烧器的最佳阻燃剂配比。采用本发明的天然气最优掺混比范围，能够在保持混合物热值浮动不大的前提下，大幅降低氢气可燃极限，使氢气的安全性和燃烧性能达到最优平衡效果。

附图说明

图1为常温常压当量比为1情况下，本发明提出的天然气阻燃剂与氢气混合后混合气可燃极限变化图。

图2为本发明提出的天然气阻燃剂与氢气混合后的混合气低位热值变化图。

图3为本发明所述当量比为1下燃气燃烧压力升高率曲线对比图，(a)为纯氢气压力升高率比随时间变化曲线，(b)为氢气与天然气混合气压力升高率随时间变化曲线。

图4为常温常压下，本发明所述不同当量比下氢气与天然气混合气燃烧速度随天然气含量的变化图。