1. 天然氣燃燒反應機理
和所有燃氣燃燒一樣，在合適條件下，天然氣一旦開始燃燒，只要繼續供氣，燃燒就可以持續下去。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的迅速發展引起燃燒。天然氣燃燒反應機理是含有自由基和自由原子參與的鏈式反應。天然氣與空氣的氧化反應在一定條件下由緩慢氧化轉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，并隨著反應不斷消失、又不斷形成，而且更多的形成，使天然氣燃燒持續進行下去。
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，氧化反應產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，%。
