Fysiochemische eigenschappen natuurlijk gas

Aardgas is kleurloos, geurloos en smaakloos en niet giftig.

Dichtheid van gassen bij t = 0 ° C, P = 760 mm Hg. st.: methaan - 0,72 kg / m 3, lucht -1,29 kg / m 3.

De zelfontbrandingstemperatuur van methaan is 545 - 650 ° . Dit betekent dat elk mengsel van aardgas en lucht dat tot deze temperatuur wordt verwarmd, zonder ontstekingsbron zal ontbranden en zal verbranden.

De verbrandingstemperatuur van methaan is 2100°C in de ovens van 1800°C.

Calorische waarde methaan: Q n = 8500 kcal / m 3, Q w = 9500 kcal / m 3.

Explosiviteit. Onderscheiden:

- de onderste explosiegrens is het laagste gasgehalte in de lucht waarbij een explosie optreedt, deze is 5% voor methaan.

Bij een lager gasgehalte in de lucht zal er door het ontbreken van gas geen explosie plaatsvinden. Bij het toevoegen van een externe energiebron - klapt.

- de bovenste explosiegrens is het hoogste gasgehalte in de lucht waarbij een explosie optreedt, voor methaan is dit 15%.

Wanneer meer inhoud er zal geen explosiegas in de lucht zijn door gebrek aan lucht. Wanneer een externe energiebron wordt geïntroduceerd - ontsteking, vuur.

Voor de explosie van een gas is naast de inhoud ervan in de lucht binnen de grenzen van zijn explosiviteit, een externe energiebron nodig (vonk, vlam, enz.).

Wanneer een gas explodeert in een afgesloten ruimte (kamer, oven, reservoir, enz.), is er meer vernietiging dan in de open lucht.

Bij verbranding van gas met onderverbranding, d.w.z. bij gebrek aan zuurstof, ontstaat koolmonoxide (CO) in de verbrandingsproducten, of koolmonoxide dat is een zeer giftig gas.

De vlamvoortplantingssnelheid is de snelheid waarmee het vlamfront beweegt ten opzichte van de verse straal van het mengsel.

De geschatte voortplantingssnelheid van de methaanvlam is 0,67 m / s. Het hangt af van de samenstelling, temperatuur, druk van het mengsel, de verhouding van gas en lucht in het mengsel, de diameter van het vlamfront, de aard van de beweging van het mengsel (laminair of turbulent) en bepaalt de stabiliteit van de verbranding.

Gasodorisatie Is het toevoegen van een sterk ruikende stof (odorant) aan het gas om het gas een geur te geven voordat het aan de consument wordt geleverd.

Vereisten voor geurstoffen:

- scherpe specifieke geur;

- mag de verbranding niet belemmeren;

- mag niet oplossen in water;

- moet onschadelijk zijn voor mens en materieel.

Ethylmercaptaan (C 2 H 5 SH) wordt gebruikt als geurstof, het wordt toegevoegd aan methaan - 16 g per 1000 m 3, in de winter verdubbelt het tarief.

Een persoon zou een geurstof in de lucht moeten ruiken wanneer het gasgehalte in de lucht 20% is van de onderste explosiegrens voor methaan - 1% per volume.

Het is een chemisch proces waarbij brandbare componenten (waterstof en koolstof) worden gecombineerd met zuurstof in de lucht. Vindt plaats met het vrijkomen van warmte en licht.

Wanneer koolstof wordt verbrand, kooldioxide(C0 2) en waterstof-waterdamp (H 2 0).

Verbrandingsstadia: toevoer van gas en lucht, vorming van een gas-luchtmengsel, ontsteking van het mengsel, verbranding ervan, verwijdering van verbrandingsproducten.

In theorie, wanneer al het gas opbrandt en alles benodigde hoeveelheid lucht neemt deel aan de verbranding, de verbrandingsreactie van 1 m 3 gas:

CH 4 + 20 2 = CO 2 + 2H 2 O + 8500 kcal / m 3.

Voor de verbranding van 1 m 3 methaan is 9,52 m 3 lucht nodig.

Vrijwel alle aan de verbranding toegevoerde lucht zal deelnemen aan de verbranding.

Daarom zal in de verbrandingsproducten, naast koolstofdioxide (C0 2) en waterdamp (H 2 0), verschijnen:

- koolmonoxide, of koolmonoxide (CO), als het de kamer binnenkomt, kan vergiftiging van het servicepersoneel veroorzaken;

- atomaire koolstof, of roet (C), neerslaand in gasleidingen en ovens, belemmert de tocht en op verwarmingsoppervlakken - warmteoverdracht.

- onverbrand gas en waterstof - accumuleren in ovens en gasleidingen, vormen een explosief mengsel.

Bij gebrek aan lucht vindt onvolledige verbranding van brandstof plaats - het verbrandingsproces vindt plaats met onderverbranding. Onderverbranding treedt ook op wanneer het gas slecht gemengd is met lucht en de temperatuur in de verbrandingszone laag is.

Voor volledige verbranding van gas wordt verbrandingslucht in voldoende hoeveelheid toegevoerd, lucht en gas moeten goed worden gemengd en een hoge temperatuur is vereist in de verbrandingszone.

Voor volledige verbranding van het gas wordt lucht toegevoerd aan: meer dan theoretisch vereist is, dat wil zeggen dat bij een overmaat niet alle lucht aan de verbranding zal deelnemen. Een deel van de warmte wordt besteed aan het verwarmen van deze overtollige lucht en komt vrij in de atmosfeer.

De overtollige luchtfactor α is een getal dat aangeeft hoe vaak het werkelijke verbrandingsdebiet groter is dan theoretisch vereist:

α = V d / V t

waarbij V d het werkelijke luchtdebiet is, m 3;

V t - theoretisch benodigde lucht, m3.

α = 1,05 - 1,2.

Gasverbrandingsmethoden

Verbrandingslucht kan zijn:

- primair - wordt in de brander gevoerd, gemengd met gas, en voor de verbranding wordt een gas-luchtmengsel gebruikt;

- secundair - komt in de verbrandingszone.

Gasverbrandingsmethoden:

1. Diffusiemethode - gas en lucht voor verbranding worden afzonderlijk toegevoerd en gemengd in de verbrandingszone, alle lucht is secundair. De vlam is lang, een grote verbrandingskamer is vereist.

2. Gemengde methode - een deel van de lucht wordt toegevoerd aan de binnenkant van de brander, gemengd met gas (primaire lucht), een deel van de lucht wordt toegevoerd aan de verbrandingszone (secundair). De vlam is korter dan de diffusiemethode.

3. Kinetische methode - alle lucht wordt gemengd met gas in de brander, dwz alle lucht is primair. De vlam is kort, een kleine verbrandingskamer is vereist.

Gasbrander apparaten

Gasbranders zijn apparaten die gas en lucht aan het verbrandingsfront leveren, een gas-luchtmengsel vormen, het verbrandingsfront stabiliseren en zorgen voor de vereiste intensiteit van het verbrandingsproces.

Brander uitgerust extra apparaat(tunnel, luchtverdeelapparaat, enz.) wordt een gasbranderapparaat genoemd.

Brander eisen:

1) moet geprefabriceerd zijn en de staatstests doorstaan;

2) moet zorgen voor de volledigheid van de gasverbranding in alle bedrijfsmodi met een minimale overmaat aan lucht en een minimale emissie schadelijke stoffen qua atmosfeer;

3) automatische controle en veiligheid kunnen gebruiken, evenals de parameters van gas en lucht voor de brander kunnen meten;

4) moet hebben simpel ontwerp, beschikbaar zijn voor reparatie en revisie;

5) moet stabiel werken binnen de grenzen van de werkregeling, indien nodig stabilisatoren hebben om de scheiding en doorbraak van vlammen te voorkomen;

6) voor werkende branders mag het geluidsniveau niet hoger zijn dan 85 dB en mag de oppervlaktetemperatuur niet hoger zijn dan 45 ° C.

Gasbrander parameters:

1) thermische kracht branders N g - de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij de verbranding van gas gedurende 1 uur;

2) de ondergrens van een stabiele werking van de brander N n. .P. ... - het kleinste vermogen waarbij de brander stabiel werkt zonder scheiding en vlamdoorbraak;

3) minimaal vermogen N min - vermogen van de ondergrens, verhoogd met 10%;

4) de bovengrens van de stabiele werking van de brander N c. .P. ... - hoogste macht, waarbij de brander stabiel werkt zonder scheiding en doorbraak van de vlam;

5) maximale kracht N max - vermogen van de bovengrens, verminderd met 10%;

6) nominaal vermogen N nom - het hoogste vermogen waarmee de brander werkt lange tijd met de hoogste efficiëntie;

7) bedrijfsregelbereik - vermogenswaarden van N min tot N nom;

8) coëfficiënt van werkregulering - de verhouding van het nominale vermogen tot het minimum.

Classificatie van gasbranders:

1) volgens de methode van toevoer van verbrandingslucht:

- blaasvrij - lucht komt de oven binnen door verdunning erin;

- injectie - door de energie van de gasstroom wordt lucht in de brander gezogen;

- blazen - lucht wordt toegevoerd aan de brander of in de oven door middel van een ventilator;

2) volgens de bereidingsgraad van het brandbare mengsel:

- zonder voorafgaande vermenging van gas met lucht;

- met volledige voormenging;

- met onvolledige of gedeeltelijke voormenging;

3) volgens de uitstroomsnelheid van verbrandingsproducten (laag - tot 20 m / s, gemiddeld - 20-70 m / s, hoog - meer dan 70 m / s);

4) door gasdruk voor de branders:

- laag tot 0,005 MPa (tot 500 mm waterkolom);

- gemiddeld van 0,005 MPa tot 0,3 MPa (van 500 mm waterkolom tot 3 kgf/cm 2);

- hoog boven 0,3 MPa (meer dan 3 kgf/cm2);

5) volgens de mate van automatisering van de branderbesturing - vanaf handmatige bediening, halfautomatisch, automatisch.

Door de methode van luchttoevoer kunnen de branders zijn:

1) Diffusie. Alle lucht wordt vanuit de omgeving naar de toorts toegevoerd. Het gas wordt zonder primaire lucht in de brander geleid en bij het verlaten van het verdeelstuk gemengd met de lucht daarbuiten.

De eenvoudigste brander in ontwerp, meestal een pijp met gaten geboord in een of twee rijen.

Een variatie is een haardbrander. Bestaat uit een gasverdeelstuk gemaakt van: stalen pijp aan het ene uiteinde aangesloten. Gaten worden in twee rijen in de buis geboord. De collector wordt geïnstalleerd in een sleuf van vuurvaste stenen die op een rooster rust. Het gas gaat naar buiten door de gaten in het verdeelstuk in de opening. Lucht komt dezelfde gleuf binnen via het rooster door vacuüm in de vuurhaard of door middel van een ventilator. Tijdens het gebruik warmt de vuurvaste voering van de gleuf op, wat zorgt voor vlamstabilisatie in alle bedrijfsmodi.

De voordelen van de brander: eenvoud van ontwerp, betrouwbaarheid van werking (er is geen vlamdoorbraak mogelijk), geruisloosheid, goede regeling.

nadelen: laag vermogen, oneconomisch, hoge vlam.

2) Injectiebranders:

maar) lage druk of atmosferisch (zie branders met gedeeltelijke voormenging). De gasstraal verlaat het mondstuk met hoge snelheid en vangt, vanwege zijn energie, lucht in de vernevelaar en sleept deze in de brander. Het mengen van gas met lucht vindt plaats in een menger bestaande uit een keel, een diffusor en een brandermondstuk. Het door de injector gecreëerde vacuüm neemt toe met toenemende gasdruk, terwijl de hoeveelheid aangezogen primaire lucht verandert. De hoeveelheid primaire lucht kan worden gewijzigd met behulp van een stelring. Door de afstand tussen de wasmachine en de confuser te veranderen, wordt de luchttoevoer geregeld.

Om een ​​volledige verbranding van de brandstof te garanderen, komt een deel van de lucht binnen door het vacuüm in de oven (secundaire lucht). Het debiet wordt geregeld door het vacuüm te veranderen.

Ze hebben de eigenschap zelfregulerend te zijn: naarmate de belasting toeneemt, neemt de gasdruk toe, waardoor er meer lucht in de brander wordt geïnjecteerd. Naarmate de belasting afneemt, neemt de hoeveelheid lucht af.

De branders worden beperkt gebruikt op apparaten met een hoog vermogen (meer dan 100 kW). Het hangt samen met het feit dat de brandercollector zich direct in de vuurhaard bevindt. Verwarmt tijdens bedrijf tot hoge temperaturen en snel mislukt. Ze hebben een hoog luchtoverschot, wat leidt tot een oneconomische gasverbranding.

b) Gemiddelde druk. Wanneer de gasdruk stijgt, wordt alle lucht die nodig is voor de volledige verbranding van het gas geïnjecteerd. Alle lucht is primair. Werk bij een gasdruk van 0,005 MPa tot 0,3 MPa. Verwijst naar branders voor het volledig voormengen van gas met lucht. Door een goede menging van gas en lucht werken ze met een laag luchtoverschot (1,05-1,1). Brander Kazantsev. Bestaat uit een primaire luchtregelaar, nozzle, mixer, nozzle en plaatstabilisator. Het gas komt uit het mondstuk en heeft voldoende energie om alle lucht te injecteren die nodig is voor de verbranding. In de menger vindt volledige vermenging van gas met lucht plaats. De primaire luchtregelaar dempt tegelijkertijd het geluid dat ontstaat door: hoge snelheid gas-lucht mengsel. Voordelen:

- eenvoud van constructie;

- stabiel werken wanneer de belasting verandert;

- gebrek aan luchttoevoer onder druk (geen ventilator, elektromotor, luchtkanalen);

- de mogelijkheid van zelfregulering (behoud van een constante gas-luchtverhouding).

nadelen:

- grote afmetingen van branders over de lengte, vooral branders met verhoogde productiviteit;

- hoog geluidsniveau.

3) Branders met gedwongen voeding lucht. De vorming van het gas-luchtmengsel begint in de brander en eindigt in de vuurhaard. Lucht wordt aangevoerd door een ventilator. Gas en lucht worden via aparte leidingen aangevoerd. Ze werken op lage- en middendrukgas. Voor een betere menging wordt de gasstroom onder een hoek met de luchtstroom door de gaten geleid.

Om de menging te verbeteren, wordt een roterende beweging aan de luchtstroom gegeven met behulp van wervelaars met een constante of instelbare bladhoek.

Vortex gasbrander (GGV) - gas van distributie spruitstuk komt naar buiten door de gaten die in één rij zijn geboord en komt onder een hoek van 90 ° de luchtstroom binnen die wervelt met behulp van een vleugelwervelkolom. De bladen zijn gelast onder een hoek van 45° to buitenoppervlak gas spruitstuk. In het gasspruitstuk bevindt zich een buis om het verbrandingsproces te bewaken. Bij het werken aan stookolie is er een stoommechanisch mondstuk in geïnstalleerd.

Branders die zijn ontworpen om verschillende soorten brandstof te verbranden, worden gecombineerde branders genoemd.

Brandervoordelen: hoge warmteafgifte, wijde selectie werkregeling, de mogelijkheid om de overtollige luchtverhouding te regelen, de mogelijkheid om gas en lucht voor te verwarmen.

Nadelen van branders: voldoende ontwerpcomplexiteit; losraken en doorbreken van de vlam zijn mogelijk, waarbij het noodzakelijk wordt om verbrandingsstabilisatoren te gebruiken (keramische tunnel, waakvlam, enz.).

Brander ongevallen

De hoeveelheid lucht in het gas-luchtmengsel de belangrijkste factor invloed op de snelheid van vlamvoortplanting. In mengsels waarin het gasgehalte de bovengrens van de ontsteking overschrijdt, plant de vlam zich helemaal niet voort. Met een toename van de hoeveelheid lucht in het mengsel, neemt de voortplantingssnelheid van de vlam toe en bereikt de hoogste waarde wanneer het luchtgehalte ongeveer 90% is van de theoretische hoeveelheid die nodig is voor volledige verbranding van het gas. Bij een toename van de luchtstroom naar de brander ontstaat een gasarmer mengsel, dat sneller kan branden en de vlam in de brander kan doen glijden. Daarom, als het nodig is om de belasting te verhogen, verhoogt u eerst de gastoevoer en vervolgens de lucht. Als het nodig is om de belasting te verminderen, doe dan het tegenovergestelde - verminder eerst de luchttoevoer en dan het gas. Op het moment dat de branders worden gestart, mag er geen lucht in de branders komen en wordt het gas in diffusiemodus ontstoken vanwege de lucht die de oven binnenkomt, gevolgd door een overgang naar luchttoevoer naar de brander

1. Vlamscheiding - beweging van de vlamzone vanaf de branderuitlaten in de richting van de brandstofverbranding. Treedt op wanneer de snelheid van het gas-luchtmengsel groter wordt dan de voortplantingssnelheid van de vlam. De vlam wordt onstabiel en kan uitgaan. Door de gedoofde brander blijft gas stromen, wat leidt tot de vorming van een explosief mengsel in de oven.

De scheiding vindt plaats wanneer: de gasdruk stijgt boven de toegestane, een sterke toename van de toevoer van primaire lucht, een toename van het vacuüm in de oven, de brander werkt in een buiten de limietmodus ten opzichte van die aangegeven in het paspoort.

2. Vlamdoorbraak - beweging van de vlamzone naar het brandbare mengsel. Komt alleen voor bij branders met voormenging van gas en lucht. Het treedt op wanneer de snelheid van het gas-luchtmengsel kleiner wordt dan de voortplantingssnelheid van de vlam. De vlam glijdt naar de binnenkant van de brander, waar hij blijft branden, waardoor de brander vervormt door oververhitting. Bij een doorbraak is een klein plofje mogelijk, gaat de vlam uit, ontstaat er gasvervuiling van de oven en gasleidingen door de uitgevallen brander.

Een doorbraak treedt op wanneer: de gasdruk voor de brander onder de toelaatbare waarde daalt; ontsteking van de brander bij toevoer van primaire lucht; hoge gastoevoer bij lage luchtdruk, afname van het brandervermogen door voormenging van gas en lucht onder de in het paspoort gespecificeerde waarden. Niet mogelijk met gasdiffusiemethode.

Personeelsacties bij een branderongeval:

- zet de brander uit,

- ventileer de vuurhaard,

- de oorzaak van het ongeval achterhalen,

- een aantekening maken in het journaal,

Aardgas is tegenwoordig de meest gebruikte brandstof. Aardgas wordt aardgas genoemd omdat het uit de diepten van de aarde wordt gewonnen.

Gasverbranding is een chemische reactie waarbij aardgas interageert met zuurstof in de lucht.

De gasvormige brandstof bevat een brandbaar en niet-brandbaar deel.

Het belangrijkste brandbare bestanddeel van aardgas is methaan - CH4. Het gehalte aan aardgas bereikt 98%. Methaan is geurloos, smaakloos en niet giftig. De ontvlambaarheidsgrens is 5 tot 15%. Deze kwaliteiten maakten het mogelijk om aardgas als een van de belangrijkste soorten brandstof te gebruiken. Een methaanconcentratie van meer dan 10% is levensbedreigend, waardoor verstikking kan optreden door zuurstofgebrek.

Om een ​​gaslek op te sporen wordt het gas geodoriseerd, dat wil zeggen er wordt een sterk ruikende stof (ethylmercaptaan) toegevoegd. In dit geval kan het gas al worden gedetecteerd bij een concentratie van 1%.

Naast methaan kan aardgas ontvlambare gassen bevatten - propaan, butaan en ethaan.

Om een ​​hoogwaardige verbranding van gas te garanderen, is het noodzakelijk om voldoende lucht aan de verbrandingszone toe te voeren en een goede menging van gas met lucht te bereiken. De optimale verhouding is 1:10. Dat wil zeggen, één deel van het gas is goed voor tien delen lucht. Daarnaast is het noodzakelijk om de nodige temperatuur regime... Om het gas te laten ontbranden, moet het worden verwarmd tot de ontstekingstemperatuur en in de toekomst mag de temperatuur niet onder de ontstekingstemperatuur komen.

Het is noodzakelijk om de verwijdering van verbrandingsproducten in de atmosfeer te organiseren.

Volledige verbranding wordt bereikt als er geen brandbare stoffen aanwezig zijn in de verbrandingsproducten die in de atmosfeer worden uitgestoten. In dit geval worden koolstof en waterstof gecombineerd en vormen ze koolstofdioxide en waterdamp.

Visueel is de vlam bij volledige verbranding lichtblauw of blauwviolet.

Naast deze gassen komen stikstof en de resterende zuurstof met brandbare gassen in de atmosfeer terecht. N 2 + O 2

Als de verbranding van het gas niet volledig plaatsvindt, worden ontvlambare stoffen - koolmonoxide, waterstof en roet in de atmosfeer uitgestoten.

Onvolledige verbranding van gas treedt op als gevolg van onvoldoende lucht. Tegelijkertijd verschijnen er roettongen in de vlam.

Het gevaar onvolledige verbranding gas is dat koolmonoxide vergiftiging van personeel in de ketelruimte kan veroorzaken. Het CO-gehalte in de lucht van 0,01-0,02% kan milde vergiftiging veroorzaken. Een hogere concentratie kan leiden tot ernstige vergiftiging en de dood.

Het resulterende roet zet zich af op de wanden van de ketels, waardoor de overdracht van warmte naar het koelmiddel wordt belemmerd en het rendement van de stookruimte afneemt. Roet geleidt warmte 200 keer slechter dan methaan.

Theoretisch heeft 1 m3 gas 9 m3 lucht nodig om te verbranden. In reële omstandigheden is meer lucht nodig.

Dat wil zeggen, het is noodzakelijk overtollige hoeveelheid lucht. Deze waarde, aangeduid met alpha, geeft aan hoeveel keer meer lucht wordt verbruikt dan theoretisch nodig is.

De alfa-coëfficiënt is afhankelijk van het type van een specifieke brander en wordt meestal voorgeschreven in het branderpaspoort of in overeenstemming met de aanbevelingen van de organisatie van de uitgevoerde inbedrijfstellingswerkzaamheden.

Naarmate de hoeveelheid overtollige lucht boven de aanbevolen hoeveelheid stijgt, neemt het warmteverlies toe. Bij een aanzienlijke toename van de hoeveelheid lucht kan vlamscheiding optreden, waardoor noodgeval... Als de hoeveelheid lucht minder is dan aanbevolen, zal de verbranding onvolledig zijn, waardoor vergiftigingsgevaar voor het personeel van de stookruimte ontstaat.

Voor een meer nauwkeurige controle van de kwaliteit van de brandstofverbranding zijn er apparaten - gasanalysatoren die het gehalte aan bepaalde stoffen in de samenstelling van uitlaatgassen meten.

Gasanalysatoren kunnen worden geleverd met ketels. Als deze niet aanwezig zijn, worden de bijbehorende metingen uitgevoerd opdrachtgevende organisatie met behulp van draagbare gasanalysatoren. Er wordt een regimekaart opgesteld waarin de benodigde controleparameters worden voorgeschreven. Door ze na te leven, kunt u zorgen voor een normale volledige verbranding van de brandstof.

De belangrijkste parameters voor het reguleren van de brandstofverbranding zijn:

• de verhouding tussen gas en lucht die aan de branders wordt toegevoerd.

• overmaat luchtverhouding.

• ontlading in de vuurhaard.

• kwalificatie: nuttige actie boiler.

In dit geval betekent de efficiëntiecoëfficiënt van de ketel de verhouding tussen nuttige warmte en de hoeveelheid verbruikte warmte.

Luchtsamenstelling

Gasnaam:	Chemish element	Inhoud in de lucht
Stikstof	N2	78 %
Zuurstof	O2	21 %
Argon	Ar	1 %
Kooldioxide	CO2	0.03 %
Helium	Hij	minder dan 0,001%
Waterstof	H2	minder dan 0,001%
Neon	nee	minder dan 0,001%
methaan	CH4	minder dan 0,001%
Krypton	Kr	minder dan 0,001%
Xenon	Xe	minder dan 0,001%

Algemene informatie. Een andere belangrijke bron van interne vervuiling, een sterk sensibiliserende factor voor de mens, is aardgas en zijn verbrandingsproducten. Gas is een meercomponentensysteem dat bestaat uit tientallen verschillende verbindingen, ook speciaal toegevoegde verbindingen (Tabel 12.3).
Er is direct bewijs dat het gebruik van apparaten die op aardgas branden (gasfornuizen en boilers) een negatief effect heeft op de menselijke gezondheid. Bovendien reageren personen met een verhoogde gevoeligheid voor omgevingsfactoren onvoldoende op de componenten van aardgas en zijn verbrandingsproducten.
Aardgas in huis is een bron van veel verschillende vervuilende stoffen. Deze omvatten verbindingen die direct in het gas aanwezig zijn (geurstoffen, gasvormige koolwaterstoffen, giftige organometaalcomplexen en radioactief radongas), onvolledige verbrandingsproducten (koolmonoxide, stikstofdioxide, organische aerosoldeeltjes, polycyclische aromatische koolwaterstoffen en kleine hoeveelheden vluchtige organische verbindingen) . Alles vermelde componenten kunnen zowel op zichzelf als in combinatie met elkaar het menselijk lichaam beïnvloeden (synergetisch effect).
Tabel 12.3
Structuur gasvormige brandstof Componenten Inhoud,% Methaan 75-99 Ethaan 0,2-6,0 Propaan 0,1-4,0 Butaan 0,1-2,0 Pentaan Tot 0,5 Ethyleen In afzonderlijke afzettingen Propyleen Butyleen Benzeen Zwaveldioxide Waterstofsulfide Kooldioxide 0,1-0,7 Koolmonoxide 0,001 Waterstof Tot 0,001
Geurstoffen. Geurstoffen zijn zwavelhoudende organische aromatische verbindingen (mercaptanen, thioethers en thio-aromatische verbindingen). Ze worden toegevoegd aan aardgas voor detectie bij lekkages. Hoewel deze verbindingen aanwezig zijn in zeer lage, subdrempelconcentraties die voor de meeste mensen niet als giftig worden beschouwd, kan hun geur bij gezonde personen misselijkheid en hoofdpijn veroorzaken.
Klinische ervaring en epidemiologische gegevens geven aan dat chemisch gevoelige personen onvoldoende reageren op chemische verbindingen die aanwezig zijn, zelfs bij concentraties onder de drempel. Personen met astma identificeren geur vaak als een trigger (trigger) voor astmatische aanvallen.
Geurstoffen omvatten bijvoorbeeld methaanthiol. Methaanthiol, ook bekend als methylmercaptaan (mercaptomethaan, thiomethylalcohol), is een gasvormige verbinding die gewoonlijk wordt gebruikt als aromatisch additief voor aardgas. Slechte geur het wordt door de meeste mensen gevoeld bij een concentratie van 1 deel op 140 miljoen, maar deze verbinding kan bij veel lagere concentraties worden gedetecteerd bij zeer gevoelige personen. Toxicologische studies bij dieren hebben aangetoond dat 0,16% methaanthiol, 3,3% ethaanthiol of 9,6% dimethylsulfide coma kan veroorzaken bij 50% van de ratten die gedurende 15 minuten aan deze verbindingen zijn blootgesteld.
Een ander mercaptaan, dat ook als aromatisch additief aan aardgas wordt gebruikt, is mercapto-ethanol (C2H6OS), ook bekend als 2-thioethanol, ethylmercaptaan. Ernstig irriterend voor ogen en huid, kan via de huid giftig zijn. Het is ontvlambaar en ontleedt bij verhitting onder vorming van zeer giftige SOx-dampen.
Mercaptanen, als luchtverontreinigende stoffen binnenshuis, bevatten zwavel en zijn in staat elementair kwik op te vangen. In hoge concentraties kunnen mercaptanen een verminderde perifere circulatie en een verhoogde hartslag veroorzaken, bewustzijnsverlies, de ontwikkeling van cyanose of zelfs de dood stimuleren.
Spuitbussen. Bij de verbranding van aardgas komen fijne organische deeltjes (aerosolen) vrij, waaronder kankerverwekkende aromatische koolwaterstoffen en enkele vluchtige organische stoffen. DOS zijn vermoedelijk sensibiliserende middelen die samen met andere componenten het sick building-syndroom kunnen veroorzaken, evenals meerdere chemische gevoeligheden (MCS).
In de JIOC zit ook formaldehyde, dat in kleine hoeveelheden ontstaat bij de verbranding van gas. Gebruik makend van gastoestellen in een huis waar gevoelige personen wonen, verhoogt de blootstelling aan deze prikkels, verergert vervolgens de symptomen van ziekte en draagt ​​ook bij aan verdere sensibilisering.
Aerosolen die tijdens de verbranding van aardgas worden gevormd, kunnen adsorptiecentra worden voor een verscheidenheid aan chemische verbindingen die in de lucht aanwezig zijn. Zo kunnen luchtverontreinigende stoffen zich in microvolumes concentreren en met elkaar reageren, vooral wanneer metalen als katalysatoren voor reacties werken. Hoe kleiner het deeltje, hoe hoger de concentratie-activiteit van een dergelijk proces.
Bovendien is waterdamp die vrijkomt bij de verbranding van aardgas een transportverbinding voor aërosoldeeltjes en verontreinigende stoffen wanneer ze naar de longblaasjes worden getransporteerd.
Bij de verbranding van aardgas komen ook aerosolen vrij die polycyclische aromatische koolwaterstoffen bevatten. Ze hebben een nadelig effect op ademhalingssysteem en zijn bekende kankerverwekkende stoffen. Bovendien kunnen koolwaterstoffen bij daarvoor gevoelige mensen leiden tot chronische vergiftiging.
De vorming van benzeen, tolueen, ethylbenzeen en xyleen tijdens de verbranding van aardgas is ook schadelijk voor de menselijke gezondheid. Van benzeen is bekend dat het kankerverwekkend is in doses die ver onder de drempel liggen. Blootstelling aan benzeen is gecorreleerd met een verhoogd risico op kanker, met name leukemie. De sensibiliserende effecten van benzeen zijn niet bekend.
Organometaalverbindingen. Sommige componenten van aardgas kunnen hoge concentraties giftige zware metalen bevatten, waaronder lood, koper, kwik, zilver en arseen. Deze metalen zijn naar alle waarschijnlijkheid aanwezig in aardgas in de vorm van organometaalcomplexen zoals trimethylarseniet (CH3) 3As. De verbinding met de organische matrix van deze giftige metalen maakt ze oplosbaar in lipiden. Dit leidt tot een hoge absorptiesnelheid en een neiging tot bioaccumulatie in menselijk vetweefsel. De hoge toxiciteit van tetramethylplumbiet (CH3) 4Pb en dimethylkwik (CH3) 2Hg suggereert een effect op de menselijke gezondheid, aangezien de gemethyleerde verbindingen van deze metalen giftiger zijn dan de metalen zelf. Deze verbindingen zijn vooral gevaarlijk tijdens het geven van borstvoeding bij vrouwen, omdat er in dit geval een migratie van lipiden uit de vetdepots van het lichaam plaatsvindt.
Dimethylkwik (CH3) 2Hg is een bijzonder gevaarlijke organometaalverbinding vanwege zijn hoge lipofiliciteit. Methylkwik kan in het lichaam worden opgenomen door inademing en ook via de huid. De opname van deze verbinding in het maagdarmkanaal is bijna 100%. Kwik heeft een uitgesproken neurotoxisch effect en de eigenschap om de menselijke voortplantingsfunctie te beïnvloeden. Toxicologie heeft geen gegevens over veilige niveaus van kwik voor levende organismen.
Organische verbindingen van arseen zijn ook zeer giftig, vooral tijdens hun metabolische vernietiging (metabolische activering), wat resulteert in de vorming van zeer giftige anorganische vormen.
Verbrandingsproducten van aardgas. Stikstofdioxide kan inwerken op het longstelsel, wat de ontwikkeling vergemakkelijkt allergische reacties aan andere stoffen, vermindert de longfunctie, gevoeligheid voor infectieziekten longen, potentiaten bronchiale astma en andere aandoeningen van de luchtwegen. Dit geldt vooral bij kinderen.
Er zijn aanwijzingen dat NO2 uit de verbranding van aardgas kan leiden tot:
ontsteking van het longstelsel en vermindering vitale functie longen;
een verhoogd risico op astma-achtige symptomen, waaronder piepende ademhaling, kortademigheid en toevallen. Dit geldt vooral voor vrouwen die voedsel koken op gasfornuizen, maar ook voor kinderen;
afname van de weerstand tegen bacteriële longziekten als gevolg van een afname van de immunologische mechanismen van longafweer;
ongunstige effecten in het algemeen op het immuunsysteem van mens en dier;
effect als adjuvans op de ontwikkeling van allergische reacties op andere componenten;
verhoogde gevoeligheid en verhoogde allergische reactie op allergenen.
De verbrandingsproducten van aardgas bevatten een vrij hoge concentratie waterstofsulfide (H2S), die vervuilt milieu... Het is giftig bij concentraties lager dan 50 ppm en bij een concentratie van 0,1-0,2% is het dodelijk, zelfs bij korte blootstelling. Aangezien het lichaam een ​​mechanisme heeft om deze verbinding te ontgiften, wordt de toxiciteit van waterstofsulfide meer geassocieerd met de blootstellingsconcentratie dan met de duur van de blootstelling.
Hoewel zwavelwaterstof een sterke geur heeft, leidt de continue blootstelling aan lage concentraties tot reukverlies. Dit maakt een toxisch effect mogelijk op mensen die onbewust kunnen worden blootgesteld aan gevaarlijke niveaus van dit gas. Onbeduidende concentraties ervan in de lucht van woonruimten leiden tot irritatie van de ogen, nasopharynx. Matige niveaus veroorzaken hoofdpijn, duizeligheid en hoesten en kortademigheid. Hoge niveaus leiden tot shock, convulsies, coma, die eindigen in de dood. Overlevenden van acute toxische blootstelling aan waterstofsulfide ervaren neurologische stoornissen zoals geheugenverlies, tremoren, onbalans en soms ernstiger hersenletsel.
De acute toxiciteit van relatief hoge concentraties waterstofsulfide is bekend, maar helaas is er weinig informatie beschikbaar over chronische lage dosis blootstelling aan dit bestanddeel.
Radon. Radon (222Rn) is ook aanwezig in aardgas en kan via pijpleidingen naar gasfornuizen worden getransporteerd, die bronnen van vervuiling worden. Aangezien radon vervalt tot lood (de halfwaardetijd van 210Pb is 3,8 dagen), leidt dit tot de vorming van een dunne laag radioactief lood (gemiddeld 0,01 cm dik), die de binnenoppervlakken leidingen en apparatuur. De vorming van een laag radioactief lood verhoogt de achtergrondwaarde van radioactiviteit met enkele duizenden vervalsingen per minuut (over een oppervlakte van 100 cm2). Het verwijderen ervan is erg moeilijk en vereist vervanging van leidingen.
Houd er rekening mee dat het eenvoudigweg uitschakelen van de gasapparatuur niet voldoende is om toxische effecten te verlichten en verlichting te brengen bij chemisch gevoelige patiënten. Gasapparatuur moet volledig uit de kamer worden verwijderd, omdat zelfs geen werkende gasfornuis blijft aromatische verbindingen afgeven die het in de loop der jaren heeft geabsorbeerd.
De cumulatieve effecten van aardgas, de effecten van aromatische verbindingen en verbrandingsproducten op de menselijke gezondheid zijn niet precies bekend. Aangenomen wordt dat de blootstelling aan meerdere verbindingen kan worden vermenigvuldigd, waarbij de respons van blootstelling aan meerdere verontreinigende stoffen groter is dan de som van de individuele effecten.
Zo zijn de kenmerken van aardgas die van belang zijn voor de gezondheid van mens en dier: ontvlambaarheid en explosieve aard;
verstikkende eigenschappen;
rookgasvervuiling lucht omgeving gebouwen;
de aanwezigheid van radioactieve elementen (radon);
gehalte aan zeer giftige verbindingen in verbrandingsproducten;
de aanwezigheid van sporen van giftige metalen;
het gehalte aan giftige aromatische verbindingen toegevoegd aan aardgas (vooral voor mensen met meerdere chemische gevoeligheden);
het vermogen van gascomponenten om te sensibiliseren.

Gasverbranding is een combinatie volgende processen:

Mengen van brandbaar gas met lucht,

Verwarm het mengsel,

Thermische ontleding van brandbare componenten,

· Ontsteking en chemische combinatie van brandbare componenten met atmosferische zuurstof, vergezeld van de vorming van een fakkel en intense warmteafgifte.

Methaanverbranding vindt plaats volgens de reactie:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

Voorwaarden voor gasverbranding:

Zorgen voor de vereiste verhouding van brandbaar gas en lucht,

· Verwarmen tot de ontstekingstemperatuur.

Als het gas in het gas-luchtmengsel kleiner is dan de onderste ontstekingsgrens, dan zal het niet branden.

Als het gas-luchtmengsel meer gas bevat dan de bovenste ontvlambaarheidsgrens, dan zal het niet volledig verbranden.

Samenstelling van producten van volledige gasverbranding:

CO 2 - koolstofdioxide

H 2 O - waterdamp

* N 2 - stikstof (reageert niet met zuurstof tijdens verbranding)

Samenstelling van producten van onvolledige verbranding van gas:

CO - koolmonoxide

· C - roet.

Voor de verbranding van 1 m 3 aardgas is 9,5 m 3 lucht nodig. In de praktijk is het luchtverbruik altijd hoger.

Houding werkelijke consumptie lucht naar theoretisch vereiste uitgaven wordt de overmaat luchtverhouding genoemd: α = L / L t.,

Waar: L- werkelijk verbruik;

L t is het theoretisch vereiste debiet.

De overmaat luchtverhouding is altijd groter dan één. Voor aardgas is dat 1,05 - 1,2.

2. Doel, apparaat en belangrijkste kenmerken van doorstroomverwarmers.

Stromende gasboilers. Ontworpen voor het verwarmen van water tot een bepaalde temperatuur tijdens waterinname .. Doorstroomverwarmers zijn verdeeld volgens de warmtebelasting: 33600, 75600, 105000 kJ, volgens de mate van automatisering - in de hoogste en eerste klassen. Efficiëntie d. boilers 80%, het oxidegehalte is niet meer dan 0,05%, de temperatuur van de verbrandingsproducten achter de chopper is niet minder dan 180 ° C. Het principe is gebaseerd op het verwarmen van water tijdens de tapperiode.

De belangrijkste eenheden van doorstroomverwarmers zijn: een gasbrander, een warmtewisselaar, een automatiseringssysteem en een gasuitlaat. Gas onder lage druk wordt naar de injectiebrander geleid. De verbrandingsproducten passeren de warmtewisselaar en worden afgevoerd naar de schoorsteen. De verbrandingswarmte wordt overgedragen aan het water dat door de warmtewisselaar stroomt. Om de verbrandingskamer te koelen, wordt een spoel gebruikt waardoor water door de kachel circuleert. Gasstroomboilers zijn uitgerust met gasafvoerinrichtingen en tractieonderbrekers, die bij kortstondige uitval van de tractie voorkomen dat de vlam van de gasbranderinrichting dooft. Er is een rookkanaal voor aansluiting op de schoorsteen.

Gas doorstroomverwarmer–HPG. Op de voorwand van de behuizing bevinden zich: bedieningsknop gaskraan, een knop voor het inschakelen van de magneetklep en een kijkvenster voor het observeren van de vlam van de waakvlam en hoofdbranders. Aan de bovenzijde van het apparaat bevindt zich een rookafvoerapparaat, aan de onderzijde bevinden zich sproeiers om het apparaat aan te sluiten op het gas- en watersysteem. Gas komt binnen magneetventiel, schakelt de gasafsluitklep van de water-gasbrandereenheid achtereenvolgens de ontstekingsbrander in en levert gas aan de hoofdbrander.

Blokkeren van de gasstroom naar de hoofdbrander, wanneer: verplicht werk ontsteker, wordt uitgevoerd door een magneetventiel aangedreven door een thermokoppel. Het blokkeren van de gastoevoer naar de hoofdbrander, afhankelijk van de beschikbaarheid van waterinlaat, wordt uitgevoerd door een klep die door een staaf wordt aangedreven vanuit het membraan van de waterblokklep.

De brandstof voor het ketelhuis is aardgas geleverd door de GDS. Aardgas met een druk van 1-2 MPa, waarvan de temperatuur, het debiet en de druk worden geregistreerd door commerciële meetapparatuur, komt in de eerste reductiefase. De druk na de eerste reductiefase wordt geregeld door het drukregelventiel.

Verder komt brandstofgas met een druk van ongeveer 0,5 MPa de buisruimte van de verwarmer binnen, waarvan de warmtedrager stoom 0,3-0,6 MPa is. De temperatuur van het stookgas na de voorverwarmer wordt veranderd door een regelklep die op de stoomleiding is geïnstalleerd. Na de voorverwarmer wordt de brandstofgasdruk door de tweede reductietrap verlaagd tot 3-80 kPa Na de tweede reductietrap komt het gas de ketelbranders binnen via standaard gasapparatuur (SBG). Voor de SBG van elke ketel worden de druk, het debiet en de gastemperatuur gemeten en geregistreerd. De gasdruk na de SBG van elke ketel wordt ook geregistreerd

5.3.2. Kenmerken van het verbrandingsproces van aardgas.

De keuze van het type en aantal gasbranders, hun plaatsing en de organisatie van het verbrandingsproces hangen af ​​van de kenmerken van de thermische en aerodynamische bedrijfsomstandigheden van de industriële installatie. De juiste oplossing van deze problemen bepaalt de intensiteit van het technologische proces en de efficiëntie van de installatie. Theoretische vereisten en werkervaring geven aan dat bij het ontwerpen van nieuwe gasinstallaties de belangrijkste indicatoren van hun werking in de regel kunnen worden verbeterd. Hierbij moet echter worden opgemerkt dat een verkeerd gekozen methode van gasverbranding en een niet-succesvolle opstelling van branders de productiviteit en efficiëntie van de installaties verminderen.

Bij het ontwerpen van industriële gasinstallaties de taken van het intensiveren van het technologische proces en het verhogen van de efficiëntie van het brandstofgebruik moeten worden opgelost met de laagste materiaalkosten en met inachtneming van een aantal andere voorwaarden, zoals operationele betrouwbaarheid, veiligheid, enz.

Bij de verbranding van aardgas kunnen, in tegenstelling tot de verbranding van andere soorten brandstof, de eigenschappen van de fakkel binnen ruime grenzen worden gewijzigd. Daarom kan het voor bijna elk doel worden gebruikt. Hier moet alleen worden bedacht dat de vereiste maximale intensivering van het technologische proces, een verhoging van de efficiëntie en het voldoen aan andere vereisten voor de installatie niet alleen kan worden bereikt door een of andere keuze te maken gasbrander, en zal worden bereikt met de juiste oplossing van het hele complex van problemen van warmteoverdracht en aerodynamica, beginnend bij de toevoer van lucht en gas en eindigend met de verwijdering van afvalverbrandingsproducten in de atmosfeer. Van bijzonder belang is: beginstadium proces - de organisatie van gasverbranding.

Aardgas is een kleurloos gas. Veel lichter dan lucht. De aanwezigheid van gas in de lucht van gebouwen, putten, putten van meer dan 20% veroorzaakt verstikking, duizeligheid, bewustzijnsverlies en de dood. Volgens hygiënische normen behoort aardgas (methaan) tot de 4e gevarenklasse (laaggevaarlijke stof). Lage toxiciteit, is geen gif.

Aardgas samenstelling:

Methaan 98,52%;

ethaan 0,46%;

Propaan 0,16%;

Butaan 0,02%;

Stikstof 0,73%;

Kooldioxide 0,07%.

Als aardgas alle zuiveringsgraden heeft doorstaan, verschillen de eigenschappen weinig van die van methaan. Methaan is het eenvoudigste element van een aantal methaankoolwaterstoffen. Methaan eigenschappen:

Specifieke verbrandingswarmte 7980 Kcal / m 3;

Vloeibaar bij t ° = -161 ° , hardt uit bij t ° = -182 ° ;

Dichtheid van methaan - 0,7169 kg / m 3 (2 keer lichter dan lucht);

Ontstekingstemperatuur t ° = 645 ° С;

Verbrandingstemperatuur t ° = 1500 ÷ 2000 ° С

Explosiegrenzen 5 ÷ 15%.

Bij interactie met lucht worden zeer explosieve mengsels gevormd die kunnen exploderen en vernietiging kunnen veroorzaken.

Verbranding van elke brandstof, inclusief gas, is een reactie van de chemische combinatie met zuurstof en gaat gepaard met het vrijkomen van warmte. De hoeveelheid warmte die wordt verkregen bij de volledige verbranding van 1 m 3 (of 1 kg) gas wordt de verbrandingswarmte genoemd. Maak onderscheid tussen de laagste verbrandingswarmte, waarbij geen rekening wordt gehouden met de latente vormingswarmte van waterdamp in de verbrandingsproducten, en de hoogste, wanneer met deze warmte rekening wordt gehouden. Het verschil tussen de bruto en netto calorische waarde is afhankelijk van de hoeveelheid waterdamp die vrijkomt bij de verbranding van brandstof en is ongeveer 2500 kJ per 1 kg of 2000 kJ per 1 m 3 waterdamp.

De verbrandingswarmte van verschillende soorten brandstoffen kan aanzienlijk variëren. Brandhout en turf hebben bijvoorbeeld een lagere stookwaarde tot 12.500, de beste bitumineuze kolen tot 31.000 en olie ongeveer 40.000 kJ/kg. Aardgas heeft een calorische onderwaarde van 40-44 MJ/kg.

De totale verbrandingstijd  wordt bepaald door de tijd  d van mengselvorming (diffusieprocessen) en de tijd  tot de stroom chemische reacties verbranding (kinetische processen). Rekening houdend met het feit dat deze fasen van het proces elkaar kunnen overlappen, verkrijgen we  q + k.

Wanneer  tot  d (verbranding gelijktijdig met mengselvorming in de oven wordt genoemd diffusie, aangezien deze mengselvorming processen van turbulente (in de laatste fase - moleculaire) diffusie omvat).

Wanneer  d  k  k (verbranding van een vooraf bereid mengsel wordt vaak conventioneel genoemd kinetisch, wordt bepaald door de kinetiek van chemische reacties).

Wanneer  q en k evenredig zijn, wordt het verbrandingsproces gemengd genoemd.

De volgende fase na de vorming van het mengsel is het opwarmen en ontsteken van brandstof. Bij het mengen van een straal brandbaar gas met een luchtstraal en een geleidelijke verhoging van hun temperatuur bij een bepaalde temperatuur, zal het mengsel ontbranden. Minimale temperatuur waarbij het mengsel ontbrandt, wordt het vlampunt genoemd.

De ontstekingstemperatuur is geen fysisch-chemische constante van een stof, aangezien deze, naast de aard van het brandbare gas, afhangt van de concentratie van het gas en de oxidator, evenals van de intensiteit van de warmte-uitwisseling tussen het gasmengsel en de milieu.

Er zijn boven- en ondergrenzen voor de concentratie van gas en oxidatiemiddel, en buiten deze limieten ontbranden mengsels bij een bepaalde temperatuur niet. Bij een stijging van de temperatuur van het gas-luchtmengsel, volgens de wet van Arrhenius, neemt de reactiesnelheid evenredig toe met e -E / RT en is de warmteafgifte evenredig met dezelfde waarde. Als het warmteverlies van de verbrandingszone geassocieerd met warmte-uitwisseling met de omgeving de warmteafgifte overschrijdt, zijn ontsteking en verbranding onmogelijk. Gewoonlijk vindt verwarming gelijktijdig plaats met de vorming van het mengsel.

Een gas-luchtmengsel waarin het gasgehalte tussen de onderste en bovenste ontvlambaarheidsgrenzen ligt, is explosief. Hoe groter het bereik van de ontvlambaarheidsgrenzen (ook wel explosiegrenzen genoemd), hoe explosiever het gas is. In zijn chemische essentie is de explosie van een gas-lucht (gas-zuurstof) mengsel een proces van zeer snelle (bijna onmiddellijke) verbranding, wat leidt tot de vorming van verbrandingsproducten met een hoge temperatuur en een sterke toename van hun druk. De berekende overdruk tijdens de explosie van aardgas is 0,75, propaan en butaan 0,86, waterstof 0,74 en acetyleen 1,03 MPa. In praktische omstandigheden bereikt de explosietemperatuur niet de maximale waarden en zijn de resulterende drukken lager dan aangegeven, maar ze zijn voldoende om niet alleen de bekleding van ketels, gebouwen, maar ook metalen containers te vernietigen als er een explosie optreedt in hen.

Als gevolg van ontsteking en verbranding ontstaat een vlam, wat een externe manifestatie is van intense reacties van het oxidatiemiddel van de stof. Vlambeweging mee gasmengsel vlamverspreiding genoemd. In dit geval is het gasmengsel verdeeld in twee delen: het verbrande gas, waardoor de vlam al is gepasseerd, en het onverbrande gas, dat binnenkort in het gebied van de vlam zal komen. De grens tussen deze twee delen van het brandende gasmengsel wordt het vlamfront genoemd.

Een toorts is een stroom die een mengsel van lucht, brandende gassen, brandstofdeeltjes en verbrandingsproducten bevat, waarin verwarming, ontsteking en verbranding van gasvormige brandstof plaatsvindt.

Bij gewone temperaturen in ovens (1000-1500 ° C) geven koolwaterstoffen, waaronder methaan, zelfs in zeer korte tijd als gevolg van thermische ontleding merkbare hoeveelheden elementaire koolstof. Als gevolg van het verschijnen van elementaire koolstof in de toorts, verwerft het verbrandingsproces tot op zekere hoogte elementen van heterogene, d.w.z. voortgaand op het oppervlak van vaste deeltjes. De aanwezigheid van katalysatoren (oxiden van ijzer, nikkel) versnelt de afbraak van methaan en andere koolwaterstoffen aanzienlijk.

Dus in de oven of de werkruimte van de oven tussen het moment van gas- en luchtinjectie en de productie van uiteindelijke verbrandingsproducten als gevolg van de superpositie van het proces van thermische ontleding van koolwaterstoffen en de kettingoxidatiereactie, een zeer complexe beeld wordt waargenomen, gekenmerkt door de aanwezigheid van zowel de oxidatieproducten van СО 2 en Н 2 О, en CO, H 2, elementaire koolstof en producten van onvolledige oxidatie (van de laatste is formaldehyde vooral belangrijk). De verhouding tussen deze componenten zal afhangen van de omstandigheden en duur van gasverwarming voorafgaand aan oxidatiereacties.

Tijdens de verbranding van brandstof treden chemische oxidatieprocessen van de brandbare componenten op, vergezeld van een intense warmteafgifte en een snelle stijging van de temperatuur van de verbrandingsproducten.

Maak onderscheid tussen homogene verbranding, die plaatsvindt in het volume, wanneer de brandstof en het oxidatiemiddel zich in dezelfde aggregatietoestand bevinden, en heterogene verbranding, die plaatsvindt op het grensvlak, wanneer de brandbare stof en het oxidatiemiddel zich in verschillende aggregatietoestanden bevinden.

Verbranding van gasvormige brandstoffen is een homogeen proces. Tijdens de verbranding is de snelheid van het voorwaartse proces onevenredig hoger dan de snelheid van het omgekeerde, daarom kan de omgekeerde reactie worden verwaarloosd. Bedenk dat voor een homogene verbrandingsreactie de uitdrukking voor de snelheid van de directe reactie de vorm zal hebben:

waarbij  de tijd is; T- absolute temperatuur; NAAR- universele gasconstante; k- reactiesnelheidsconstante, afhankelijk van de aard van de reactanten, de werking van de katalysatoren en temperatuur; k 0 - empirische constante; E- activeringsenergie, die de kleinste overtollige energie kenmerkt die botsende deeltjes moeten hebben om een ​​reactie te laten plaatsvinden.

Uit de uitdrukkingen (de tweede wordt de Arrhenius-vergelijking genoemd) volgt dat de reactiesnelheid toeneemt met toenemende concentraties (druk in het systeem) en temperatuur en met afnemende activeringsenergie. Experimentele metingen geven een veel lagere waarde voor de activeringsenergie dan de gegeven regelmatigheden van de chemische kinetiek. Dit komt door het feit dat de verbrandingsprocessen van gassen verwijzen naar kettingreacties en tussenstadia doorlopen met de continue vorming van actieve centra (atomen of radicalen).

Wanneer waterstof bijvoorbeeld verbrandt (Fig. 3) met behulp van vrije zuurstofatomen en hydroxylradicalen, worden drie actieve waterstofatomen gevormd in plaats van één die aanwezig was aan het begin van de beschouwde fase van de reactie. Deze verdrievoudiging vindt plaats in elke fase en het aantal actieve centra groeit als een lawine in kettingreacties. Bovendien zijn interacties tussen onstabiele tussenproducten veel sneller dan tussen moleculen.

Afb. 3. Schema van de kettingreactie van waterstofverbranding

De totale snelheid van de waterstofverbrandingsreactie wordt bepaald door de snelheid van de langzaamste reactie (uitgedrukt door de vergelijking Н + О 2 ОН + Н 2)  = kC n C o, waarbij C n, C o de concentraties van atomaire waterstof en moleculaire zuurstof.

De oxidatieprocessen van koolwaterstoffen die het organische deel van natuurlijke en aanverwante gassen vormen, zijn het meest complex. Tot nu toe zijn er geen duidelijke ideeën over het kinetische mechanisme van de reacties, hoewel met vertrouwen kan worden gezegd dat verbranding een ketenkarakter heeft in aanwezigheid van een inductieperiode en verloopt met de vorming van talrijke tussenproducten van gedeeltelijke oxidatie en ontleding .

Een benaderend schema van de gefaseerde verbranding van methaan kan worden weergegeven door een reeks van de volgende reacties:

Hoewel de begin- en eindproducten van de verbrandingsreactie gassen zijn, kan in de tussenproducten, naast gassen, elementaire koolstof aanwezig zijn in de vorm van de kleinste roetsuspensie.

De snelheid van de verbrandingsreactie van koolmonoxide hangt af van de concentraties van koolmonoxide en waterdamp in de reactiezone, en de snelheid van ketenverbranding van methaan en andere koolwaterstoffen hangt af van de concentraties van atomaire waterstof, zuurstof en waterdamp.

Verbranding van gasvormige brandstof is een combinatie van complexe aerodynamische, thermische en chemische processen. Het verbrandingsproces van gasvormige brandstof bestaat uit verschillende fasen: gas mengen met lucht, het resulterende mengsel verwarmen tot de ontstekingstemperatuur, ontsteking en verbranding.