天然气燃烧反应机理与爆炸极限.docx

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天然气燃烧反应机理与爆炸极限

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天然气燃烧反应机理与爆炸极限

　　1.天然气燃烧反应机理

　　和所有燃气燃烧一样，在合适条件下，天然气一旦开始燃烧，只要继续供气，燃烧就可以持续下去。

天然气一空气混合物在某处点燃，其余部分无需再由外界供给热量就可燃烧起来，新流入的混合气会由于热流作用和反应的迅速发展引起燃烧。

天然气燃烧反应机理是含有自由基和自由原子参与的链式反应。

天然气与空气的氧化反应在一定条件下由缓慢氧化转化为剧烈氧化是由于混合气中还存在着少量[OH]、[CH3]、[H]等这些活化的自由基和自由原子，它们与CH4反应，并随着反应不断消失、又不断形成，而且更多的形成，使天然气燃烧持续进行下去。

　　2.天然气爆炸极限

　　在天然气与空气混合物中，如天然气浓度低于某一限度，氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量，无法维持燃烧爆炸；当燃气浓度超过某一限度时，由于缺氧也无法维持燃烧爆炸。

前一浓度限度称为着火下限，后一浓度限度称为着火上限。

着火上、下限又称爆炸上、下限，上、下限之间的温度范围称为爆炸范围。

单组分可燃气体的爆炸上、下限见表3-1-1。

　　表3-1-1一些单一气体的燃烧特性

　　名称

　　烧烧反应式

　　理论空气需要量及耗氧量/（m3/m3干燃气）

　　理论烟气量Vt/（m3/m3干燃气）

　　爆炸极限（20℃，101.325kPa）/%

　　燃烧热值温度/℃

　　着火温度/℃

　　空气

　　氧气

　　CO2含量

　　H2O含量

　　N2含量

　　Vt

　　下限

　　上限

　　氢

　　H2+0.5O2=H2O

　　2.28

　　0.5

　　—

　　1.0

　　1.88

　　2.88

　　4.0

　　75.9

　　2210

　　400

　　一氧化碳

　　C+0.5O2=CO2

　　2.38

　　0.5

　　1.0

　　—

　　1.88

　　2.88

　　12.5

　　74.2

　　2370

　　605

　　甲烷

　　CH4+2O2=CO2+2H2O

　　9.52

　　2.0

　　1.0

　　2.0

　　7.52

　　10.52

　　5.0

　　15.0

　　2043

　　540

　　乙炔

　　C2H2+2.5O2=2CO2+H2O

　　11.90

　　2.5

　　2.0

　　1.0

　　9.40

　　12.40

　　2.5

　　80.0

　　2620

　　335

　　乙烯

　　C2H4+3O2=2CO2+2H2O

　　14.28

　　3.0

　　2.0

　　2.0

　　11.28

　　15.28

　　2.7

　　34.0

　　2343

　　425

　　乙烷

　　C2H6+3.5O2=2CO2+3H2O

　　16.66

　　3.5

　　2.0

　　3.0

　　13.16

　　18.16

　　2.9

　　13.0

　　2115

　　515

　　丙烯

　　C3H6+4.5O2=3CO2+3H2O

　　21.42

　　4.5

　　3.0

　　3.0

　　16.92

　　22.92

　　2.0

　　11.7

　　2224

　　460

　　丙烷

　　C3H8+5O2=3CO2+4H2O

　　23.80

　　5.0

　　3.0

　　4.0

　　18.80

　　25.80

　　2.1

　　9.5

　　2155

　　450

　　丁烯

　　C4H8+6O2=4CO2+4H2O

　　28.56

　　6.0

　　4.0

　　4.0

　　22.56

　　30.56

　　1.6

　　10.0

　　—

　　385

　　正丁烷

　　C4H10+6.5O2=4CO2+5H2O

　　30.94

　　6.5

　　4.0

　　5.0

　　24.44

　　34.44

　　1.5

　　8.5

　　2130

　　365

　　异丁烷

　　C4H10+6.5O2=4CO2+5H2O

　　30.94

　　6.5

　　4.0

　　5.0

　　24.44

　　34.44

　　1.5

　　8.5

　　2118

　　460

　　戊烯

　　C5H10+7.5O2=5CO2+5H2O

　　35.70

　　7.5

　　5.0

　　5.0

　　28.20

　　38.20

　　1.4

　　8.7

　　—

　　290

　　正戊烷

　　C5H12+8O2=5CO2+6H2O

　　38.08

　　8.0

　　5.0

　　6.0

　　30.08

　　41.08

　　1.4

　　8.3

　　—

　　260

　　苯

　　C6H6+7.5O2=6CO2+3H2O

　　35.70

　　7.5

　　6.0

　　3.0

　　28.20

　　37.20

　　1.2

　　8.0

　　2258

　　560

　　硫化氢

　　H2S+1.5O2=SO2+H2O

　　7.14

　　1.5

　　1.0

　　1.0

　　5.64

　　7.64

　　4.3

　　45.5

　　1900

　　270

　　对于不含氧和不含惰性气体的燃气之爆炸极限可按下式近似计算：

　　L=100/∑（Vi/Li）

　　式中L——燃气的爆炸上、下限，%；

　　Li——燃气中各组分的爆炸上、下限，%；

　　Vi——燃气中各组分的体积分数，%。

　　对含惰性气体的燃气之爆炸极限可参阅图3-1-1～图3-1-3。

从图中可看出，一些可燃气体混入惰性气体后，其爆炸极限的上、下限间的范围存在缩小的规律。

　　含有惰性气体的燃气之爆炸极限也可按下式近似计算：

　　式中Ld——含惰性气体燃气的爆炸上、下限，%；

　　L——不含惰性气体燃气的爆炸上、下限，%；

　　Bi——惰性气体的体积分数，%。

　　当天然气含有氧气时，可扣除氧含量及相应空气比例的氮含量，调整天然气各组分的体积分数，按式（3-1-2）近似计算其燃爆上、下限。