[發(fā)明專利]含能助燃催化劑及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210036084.5
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102585936A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 栗偉鶴
• 申請（專利權(quán)）人: 栗偉鶴
• 主分類號: C10L1/232
• 分類號: C10L1/232;C10L1/19;C10L1/185;C10L1/182;C10L1/16;C10L1/12;C10L3/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含能助燃催化劑，具體地說是一種能增加烷烴燃料燃燒熱能的含能助燃催化劑及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

火焰溫度是火焰的主要特征之一，它對火焰中化合物的形成和離解以及待測元素原子化都起著重要作用。在火焰中，一方面可燃混合氣根據(jù)其燃燒反應(yīng)產(chǎn)生大量熱能，另一方面，由于火焰中化合物的解離，以及為了將火焰中存在的平衡混合物提高到火焰溫度要求消耗熱量，還有火焰氣體燃燒時產(chǎn)生的體積膨脹，也要消耗部分能量，這兩方面的熱能平衡決定了火焰溫度。

一般來說，不論是無機(jī)化合物還是有機(jī)化合物，當(dāng)受到加熱時，都可能引起某種不同程度的分解反應(yīng)，這是由于化合物都是由原子組成的，各原子之間是靠原子的親合力——化學(xué)鍵連接起來的，熱分解就是化合物在受熱作用而解體為原子或原子因破片的一種化學(xué)反應(yīng)，化合物的熱分解程度與加熱的溫度有直接關(guān)系，溫度高低決定了熱分解速度的快慢。

乙炔分解活化能約為192.46kj/mol，這種分解過程屬于二級，與自由基或受激三重態(tài)乙炔有關(guān)。在高溫下，烴類大都分解成炭黑和甲烷，乙炔的熱解需要大量吸熱，所以乙炔在爆燃時能分解成碳和氫。

乙炔熱解在動力學(xué)上屬于二級反應(yīng)，涉及受激三重態(tài)電子態(tài)乙炔的形成反應(yīng)。乙炔熱分解在碳和氫之前的主要產(chǎn)物是聯(lián)乙炔，通過用掃描飛行時間質(zhì)譜儀對直接取自激波管的熾熱產(chǎn)物進(jìn)行產(chǎn)物的時間分辨研究證實(shí)，C₄H₃是最早的產(chǎn)物，后面依次是C₄H₂，C₆H₂，C₈H₂，直到炭黑和氫。

烴燃燒分解取決于溫度、壓力、含氧量，原始燃料的性質(zhì)、時間因素，聚合和氧化這兩種作用都按照一般含自由基的鏈反應(yīng)進(jìn)行，在這種鏈反應(yīng)中某些階段含有幾個可能的產(chǎn)物，其中，一種以上的產(chǎn)物可能會迅速導(dǎo)致析碳，其余產(chǎn)物可能使氧化鏈繼續(xù)下去，而某些產(chǎn)物可能對減少活性中間體是無效的。活性中間體在遭氧化或斷裂成碳以前可持續(xù)一段時間。研究證明，乙炔本身很濃的火焰中，還在熱解中，有聯(lián)乙炔與其他多炔及C₈H₂存在，對于其他烴來說，在其斷裂期間當(dāng)然會生成一些乙炔，然后通過多炔路線或靠現(xiàn)存碳核上的表面分解，使該乙炔析碳。雖然有一部分炭黑是這樣生成的，大多數(shù)烴析碳都比乙炔本身更容易，對乙炔基自由基與低分子量乙炔反應(yīng)的動力學(xué)所作的研究也得出這樣的結(jié)論，即：即使可能已形成了多炔，但是其他顯然更容易的反應(yīng)必定導(dǎo)致火焰中迅速析碳。特納斯觀測到燃燒的甲烷、苯和環(huán)己烷時碳粒的生長速度相差很大，且燃燒苯時碳粒生長所需要的溫度高得多。對從火焰中離析出來的碳粒來說。吸熱化合物如乙炔的分解會使該碳粒得溫度升高，而放熱化合物分子和甲烷在其分解時會使該碳粒冷卻。

烴燃燒速度與化學(xué)鍵的數(shù)目有關(guān)，鍵能是一種與反應(yīng)的放熱性從而與火焰溫度有聯(lián)系的潛在結(jié)合。

由于乙炔的特殊結(jié)構(gòu)及燃燒反應(yīng)速度，使得乙炔具有其他燃料不可比擬的高溫特性，能夠進(jìn)行金屬火焰焊割，其炔-氧焰可達(dá)到3200℃。

通過研究發(fā)現(xiàn)，雙頂正十六面體硼籠結(jié)構(gòu)的B₁₀H₁₀^2-離子具有獨(dú)特的熱分解性質(zhì)，與硼籠相連接的不穩(wěn)定的頂端氫原子易受氧化而使硼籠發(fā)生非常快的分解反應(yīng)，同時放出大量的熱能，從而促使整個燃料加速燃燒，達(dá)到很高的燃速。碳硼烷衍生物增加燃速及溫度是由于碳硼烷的分解和硼籠破裂放出大量熱能及硼易氧化等因素促成的。

碳硼烷是硼氫化合物與炔類反應(yīng)生成的一種二十四面體的閉型籠狀結(jié)構(gòu)的化合物，具有硼的燃燒特性及炔類燃料的燃燒雙重特性，由于硼的燃燒速熱很高，因此硼烷在燃燒時可以得到很高的溫度，B₂O₂的生成熱為1264KJ，乙硼烷是吸熱化合物，生成熱31.4KJ.戊硼烷與氧氣作用，氧氣濃度從21％增加到26％時，火焰燃燒速度提高一倍，其他燃料對氧氣濃度的變化沒有這樣靈敏，燃燒速度在上述條件下只提高20％。

研究還發(fā)現(xiàn)納米氧化稀土材料對烷烴燃?xì)獾拇呋芰ο喈?dāng)強(qiáng)，優(yōu)于其他催化劑材料，且價格低廉，應(yīng)用廣泛。

通過下表1中幾種物質(zhì)的燃燒速度對比可以看出，乙炔的燃燒速度快于其他燃料。表1