1. 天然氣燃燒反應(yīng)機理
和所有燃氣燃燒一樣，在合適條件下，天然氣一旦開始燃燒，只要繼續(xù)供氣，燃燒就可以持續(xù)下去。天然氣一空氣混合物在某處點燃，其余部分無需再由外界供給熱量就可燃燒起來，新流入的混合氣會由于熱流作用和反應(yīng)的迅速發(fā)展引起燃燒。天然氣燃燒反應(yīng)機理是含有自由基和自由原子參與的鏈式反應(yīng)。天然氣與空氣的氧化反應(yīng)在一定條件下由緩慢氧化轉(zhuǎn)化為劇烈氧化是由于混合氣中還存在著少量[OH]、[CH3]、[H]等這些活化的自由基和自由原子，它們與CH4反應(yīng)，并隨著反應(yīng)不斷消失、又不斷形成，而且更多的形成，使天然氣燃燒持續(xù)進行下去。
2. 天然氣爆炸極限
在天然氣與空氣混合物中，如天然氣濃度低于某一限度，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不足以彌補散失的熱量，無法維持燃燒爆炸；當燃氣濃度超過某一限度時，由于缺氧也無法維持燃燒爆炸。前一濃度限度稱為著火下限，后一濃度限度稱為著火上限。著火上、下限又稱爆炸上、下限，上、下限之間的溫度范圍稱為爆炸范圍。單組分可燃氣體的爆炸上、下限見表3-1-1。
表3-1-1 一些單一氣體的燃燒特性
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名稱 | 燒燒反應(yīng)式 | 理論空氣需要量及耗氧量/(m3/m3干燃氣) | 理論煙氣量Vt/(m3/m3干燃氣) | 爆炸極限(20℃，101.325kPa)/% | 燃燒熱值溫度/℃ | 著火溫度/℃ | |||||
空氣 | 氧氣 | CO2含量 | H2O含量 | N2含量 | Vt | 下限 | 上限 | ||||
氫 | 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 |
異丁烷 | 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 |
硫化氫 | H2S+1.5O2=SO2+H2O | 7.14 | 1.5 | 1.0 | 1.0 | 5.64 | 7.64 | 4.3 | 45.5 | 1900 | 270 |
對于不含氧和不含惰性氣體的燃氣之爆炸極限可按下式近似計算：
L=100/∑(Vi/Li)
式中L——燃氣的爆炸上、下限，%；
??? Li——燃氣中各組分的爆炸上、下限，%；
??? Vi——燃氣中各組分的體積分數(shù)，%。
