烃类燃烧

烃类化合物是碳、与氢原子所构成的化合物,主要包含烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃。烃类化合物有烷、烯、炔、芳香烃。常见的烃有甲烷(沼气),丙烷和丁烷(打火机油),异辛烷,石蜡。高级汽油常夸耀异辛烷值。石油和天然气跟人们生活紧密联系石油是碳氢化合物。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分，约占95%~99%，各种烃类按其结构分为：烷烃、环烷烃、芳香烃。天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以下为液体。根据火灾危险性，烃类、可燃气体可分为：表1可燃气体的火灾危险性分类举例类别名称甲乙炔，环氧乙烷，乙烯，丙烯，丁烯，丁二烯，顺丁烯，反丁烯，甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，丙二烯，环丙烷，环丁烷，甲醛，氯甲烷，氯乙烯，异丁烷，异丁烯乙溴甲烷按照火灾危险性分类，液化烃、可燃液体可分为：表2液化烃、可燃液体的火灾危险性分类举例类别名称甲A液化氯甲烷、液化顺式-2丁烯，液化乙烯，液化反式-2丁烯，液化环丙烯，液化丙烷，液化环丁烷，液化新戊烷，液化丁烯，液化氯乙烷，液化环乙烷，液化丁二烯，液化异丁烷，液化石油气，液化二甲胺，液化三甲胺，液化二甲基亚硫，液化甲醚（二甲醚）B异戊二烯，异戊烷，汽油，乙烷，二硫化碳，异己烷，石油醚，异庚烷，环戊烷，环己烷，辛烷，异辛烷，笨，庚烷，石脑油，原油，甲苯，乙苯，邻二甲苯，间、对二甲苯，异丁醇，乙醚，环氧丙烷，甲酸甲酯，乙胺，二乙胺，丙醚，丁醛，三乙胺，醋酸丁酯，醋酸异戊酯，甲酸戊酯，丙烯酸甲酯，甲基叔丁基醚，液态有机过氧化物乙A丙苯，环氧氯丙烷，苯乙烯，喷气燃料，煤油，丁醇，氯苯，乙二胺，戊醇，环己酮，冰醋酸，异戊醇，异丙苯，液氯B轻柴油，硅酸乙酯，氯乙醇，氯丙醇，二甲基甲酰胺，二乙基苯丙A重柴油，苯胺，锭子油，酚，甲酚，糠醛，20号重油，苯甲醛，换乙醇，甲基丙烯酸，甲酸，乙二醇丁醚，甲醛，糖醛，辛醇，单乙醇胺，丙二醇，乙二醇，二甲乙酰胺B蜡油，100号重油，渣油，变压器油，润滑油，二乙二醇醚，，三乙二醇醚，领苯二甲酸二丁酯，甘油，联苯-联苯醚混合物，二氯甲烷，二乙醇胺，三乙醇胺，二乙二醇，三乙二醇，液体沥青，液硫烃类的氧化过程一般地，烃类氧化过程可分为3种类型：(i)低温(200~300℃)下的氧化,只有催化氧化作用,反应速率很慢。(ii)在(200~300)℃到(500~600)℃范围内，有气相的缓慢氧化。可能产生过氧化物。过氧化物分解会产生自由基和醛。自由基可能引发支链反应。在这种缓慢的氧化过程中，常出现“冷焰”。它是一种放热量很小的火焰，发出微弱的兰色光。(iii)爆炸性反应。在一定的温度和压力(爆炸区内)下，混合气会发生爆炸性反应。反应速率极快。它的反应机理还不完全了解。对于烃类燃料燃烧过程中所进行的中间反应的形式以及活化中心的产生和消毁的规律，目前还没有完整的理论，也无系统的实验数据，还处于理论发展的初期阶段。烃类燃烧氧化过程属于支链反应。实验证明，烃类燃烧在燃烧过程中有感应期，而且根据光谱分析，在火焰中发现自由基CH和大量H，这就说明了燃烧过程确实存在活化的中间产物(自由原子或自由基)。链反应链反应也称链锁反应。其特点是不论用什么方法，只要使反应一旦开始，它便能相继产生一系列的连续反应，使反应不断发展。在这些反应过程中始终包括有自由原子或自由基(统称链载体），只要链载体不消失，反应就一定能进行下去。链载体的存在及其作用是链反应的特征所在。很多重要的工艺过程如石油热裂解，碳氢化合物氧化燃烧等都与链反应有关。链锁反应分类直链反应：支链反应：在链传递过程中，自由基的数目保持不变的链锁反应。在链传递过程中，一个自由基在生成产物的同时，产生两个或两个以上自由基的链锁反应。链式反应是化学反应历程中非常重要的一种，它包括三个基本过程：链引发：借助于光照、加热等方法使反应物分子断裂产生自由基的过程。链传递：自由基作用于反应物分子时，产生新的自由基和产物，使反应一个传一个不断进行下去。链终止：自由基销毁使链锁反应不再进行的过程。链式反应的基本过程(1)链引发:反应物在一定外界条件作用外，产生具有高度活泼化学形态的自由基的过程。2AAA条件……（2）链引发:反应物在一定外界条件作用卜，产生具有高度活泼化学形态的自由基的过程。ACAAACCBACBAACAAACCBACBA……（3）链终止:活泼自由基与其它活泼微粒结合，形成较稳定的化合物，从而通过自由基的减少，使反应停止。DCDCDADACC2CAA2A……燃料(烃类—RH)燃烧时，产生活性游离基H·、·O·和·OH，并发生下列链式反应：RO2HORH2(可燃物分解，吸热反应)OHHOOOHOH22（放热反应）最后一步为强烈的放热反应，放热量远大于第一步可燃物分解的吸热量，同时再次分解出游离的·0·和·OH，使得燃烧得以持续。支链反应过程可分为三个主要阶段，即感应期、爆炸期和稳定期。在感应期中，活化中心虽然也逐渐增多，但总的数目还是较少的，所以反应速率很慢。随着反应的进行，活化中心的数目逐渐增多，一直增加到最大值，反应速率极快，形成爆炸现象，此即爆炸期。经过爆炸期之后，由于反应物浓度剧烈地减小，使活化中心数目锐减，反应速率也随之减慢，这就是稳定期。燃烧中的链式反应燃烧有焰燃烧与无焰燃烧两种。对于无焰燃烧，有可燃物、氧化剂、温度(着火点)三个条件同时存在，相互作用，燃烧即会发生。但是对于有焰燃烧，除以上三个条件，燃烧过程中还必须存在未受抑制的链式反应，燃烧才能够持续卜去，这亦是燃烧发生的充分条件之一。在有焰燃烧中，当某种可燃物受热时，该可燃物的分子会发生热裂解作用从而产生自由基(游离基)。自由基是一种高度活泼的化学形态，能与其它的自由基和分子反应，而使燃烧持续进行下去，这就是燃烧的链式反应。链式着火理论◎只要能以某种能量方式激发出活性中心就能引起着火（活化分子的积累）◎首先由反应物分子受激产生活性中心，然后通过链式反应产生着火。烃类混合物的着火极限值对于一定压力，混合物在290℃-300℃范围内，可能着火，随着温度升高，着火停止，直到490℃以上又会着火。每一个组成对应有一个临界压力，在该压力下，着火温度突然下降近200℃。随着组成含量的减少，临界压力升高。结论：烃类混合物着火存在两个着火（自动着火）区域；在这两区域之间，着火是不可能的。烃类燃料的链式反应着火1、烃类燃料在高温和低温条件下呈现不同的着火特性：2、低温多阶段（473~600k）高温单阶段（900~1200k）3、冷焰区、着火半岛空气-烃类混合物多级着火过程图中高级单阶段着火：自动着火具有连续单级的特点。在低温多阶段范围，自动着火为多级，即通过一连串不同的化学阶段着火。在阴影区域围成的范围，不发生链热自动着火，而认为有冷焰存在。高温下：单级着火，点状着火。低温下：多级着火，容积着火。多级着火：包括了一连串的火焰（冷焰，兰焰，热焰），在每一种火焰中完成了原始烃类的某一化学转化：在冷焰中，一般形成甲醛，在兰焰中形成CO，而在热焰中生成最终产物。低温多阶段着火过程1τ—冷焰诱导阶段直链反应，→ROOH+C2H4O2τ—冷焰阶段ROOH→HCHO→冷焰同时继续产生ROOH3τ—蓝焰阶段HCHO→CO→蓝焰3ττ—热焰CO→CO2→热焰高温单阶段着火过程高温时，不经过冷焰阶段，直接到蓝焰—热焰着火过程极为复杂，尚有许多未知问题。实际的燃烧过程比等温下的支链反应要复杂得多。实际燃烧过程也有爆炸阶段，不过由于燃烧过程要放热，故反应过程不是在等温条件下进行，而是温度逐渐增高的情况下进行。所以，实际情况下反应速率的变化与等温条件下反应速率的变化稍有出入。事实上，燃烧过程中热爆炸与链爆炸是同时存在的，而且相互影响。