乙烯对甲烷爆炸影响研究：浓度与反应历程分析

"少量乙烯对甲烷爆炸危险性及反应历程的影响" 本文主要探讨了乙烯（C2H4）对甲烷（CH4）爆炸特性的影响，特别是在工业生产中多元可燃气体爆炸的情景。研究发现，乙烯作为一种高度活性的可燃性气体，能够显著改变甲烷的爆炸范围和危险性。 实验部分，研究者使用标准的可燃气体爆炸极限测试装置，研究了在不同浓度乙烯存在下甲烷在空气中的爆炸极限。结果显示，乙烯的存在降低了甲烷的爆炸上限和下限，尤其显著降低了爆炸下限，从而增加了爆炸的危险度（F值）。这意味着即使在较低的浓度下，甲烷与乙烯的混合物也可能引发爆炸。 理论计算方面，研究基于密度泛函理论（DFT），在B3LYP/6-31G水平下对涉及的基元反应进行了定量分析。通过计算热力学数据，并运用反应内禀坐标法确认了反应路径。结合反应动力学，分析了乙烯如何影响甲烷的爆炸反应历程。具体来说，乙烯在裂解过程中产生的·C2H3自由基与氧气反应生成CH2O，这是一个爆炸链反应的中间产物，这增加了CH4爆炸链分支反应的可能性。 此外，乙烯的介入增加了反应系统中的中间产物，提升了活化中心的浓度，进而加速了甲烷的爆炸过程。计算结果从分子水平上揭示了实验现象的原因，构建了一个由16步简化反应构成的C2H4/CH4混合体系机理。 乙烯对甲烷爆炸的影响是多方面的，它不仅改变了爆炸边界条件，还通过促进链反应和增加反应活性物质浓度来增强爆炸倾向。这一研究对于理解和预防工业环境中多元可燃气体爆炸具有重要的理论与实践意义，有助于提升化工安全生产的管理水平。