气体燃料的爆炸极限是怎样规定的

【知识梳理】

1．矿物燃料和气体燃料

在社会生产、家庭生活中都要消耗能量，燃料是人类赖以获取能量的物质。煤、石油和天然气叫矿物燃料，此外还有薪柴燃料、核燃料等。非燃料的能量来源有太阳能、水力、风力、地热等。至今，矿物燃料约占人类能量总消耗量的95％。

管道煤气由煤加工制得，液化气是石油炼制产物，天然气则能直接使用。家庭生活中，为什么要使用气体燃料呢？

①因气体易扩散，故气体燃料与空气混合充分，容易完全燃烧，与固体燃料相比有较高的能量利用率。

②气体燃料便于运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。

③固体煤中含有硫、氮等杂质，直接燃煤、煤球或煤饼会产生大量二氧化硫、氮氧化物（NOx）、粉尘等，造成大气污染，住宅环境也烟灰满天，厨房空气的污染则更严重。

城市居民用气，最先发展的是管道煤气，以后产生液化气作为补充，天然气则是近年发展起来的气体燃料。在城市发展史上，煤气普及率成为城市文明程度的重要指标。

2．管道煤气、液化气和天然气的成分和发热量

管道煤气的可燃成分是氢气、一氧化碳和甲烷，分别约占48%～50%，10%～15%和13%～18%。这三种气体燃烧时放出的热量是不一样的，下表列出了它们的燃烧热。

H2、CO和CH4的燃烧热（kJ/mol）

H2 CO CH4

燃烧热 285.5 282.5 889.5

液化气又叫液化石油气，主要成分和燃烧热见下表：

液化气的成分及其燃烧热

名称丙烷丙烯丁烷丁烯

化学式 C3H8 C3H6 C4H10 C4H8

体积分数 7% 28% 23% 42%

燃烧热（kJ/mol） 2247 2126 2996 2720

液化气中C3、C4的烃是沸点较低的成分，用蒸馏的方法很容易从石油分馏气、裂化气中分离出来，经降温加压转化为液态，贮存于钢瓶中，供煤气管道还未接通的地区或农村、山区使用。

天然气的主要成分是甲烷，还有少量的其他气态烃，天然气直接产自油气田，开采后经脱硫、脱水等，即可用作家庭燃气。

三种气体燃料的热值大体为以下数值：（见下表）

管道煤气、液化气和天然气的热值

管道煤气液化气天然气

热值 15.6MJ/m3 47.3MJ/kg

109 MJ/m3 38.7 MJ/m3

3．煤加工成煤气的化学原理

把煤转化成煤气的方法很多，主要有：

①发生炉煤气：由热空气和灼热的煤反应制得，其可燃成分是一氧化碳，同时含有较多量的氮气。

C＋O2 CO2 CO2＋C 2CO

发生炉煤气生产容易，价格低廉，但热值太低，且一氧化碳有毒，所以它仅是管道煤气的次要气源。

②水煤气：将水蒸气鼓入灼热的煤粉，得到的气体叫水煤气，其可燃成分是一氧化碳和氢气。

C＋H2O CO＋H2

由于这是一个吸热反应，故必须交替鼓入空气和水蒸气，才能维持炉温。水煤气的热值也不高，也是管道煤气的次要气源。

③干馏煤气（焦炉气）：即煤干馏得到的气体，其可燃成分是甲烷和氢气，同时得到副产品焦炭和煤焦油。干馏煤气热值高，是管道煤气的主要气源。

一个大型的煤气厂，有多种类型的制气设备，一般是将上述数种气源气体掺混，使之达到一定的热值和良好的燃烧性质，才贮于大型贮气柜中，送入城市煤气管道网络。

4．热化学方程式、燃烧热和热值

化学反应的热量变化（反应热）可以用热化学方程式来表示，例如：

H2（气）十1/2 O2（气）→H2O（液）＋285.5kJ

CH4（气）＋2O2（气）→CO2（气）＋2H2O（液）＋889.5kJ

书写热化学方程式时，必须注明物质的状况，例如1mol氢气完全燃烧生成气态水，放出241.6 kJ的热，其差值（43.9 kJ）是1mol液态水变成水蒸气所吸热的热量。

H2（气）十1/2 O2（气）→H2O（气）＋241.6kJ

热化学方程式中，化学式前的系数是表示物质的量的数值（rnol），因此可以是分数，其数值必须与热量数值对应。例如：

CO（气）十1/2 O2（气）→CO2（气）＋282.5kJ

2CO（气）＋O2（气）→2CO2（气）＋565kJ

不同燃料在氧气中完全燃烧时，反应热各不相同。科学上规定，在25℃，1.013×105Pa时，1mol纯净物完全燃烧生成二氧化碳和液态水所产生的热量叫燃烧热，单位是kJ/mol。燃烧热数值越大，物质燃烧时放出的热量越多。前文已介绍过甲烷的燃烧热较氢气和一氧化碳高，如果在煤气中增加甲烷的含量就可以提高煤气的发热量。

由于实际使用的燃料大都不是纯净物，通常用热值来表示它们的发热量。热值是指1m3或1kg燃料完全燃烧时放出的热量，单位是kJ/m3或kJ/kg。

【阅读】

东海天然气工程和国家西气东输工程

2000年 8月上旬，上海市政府召开的《落实国家西气东输会议精神，加快调整上海能源结构》工作会议传出信息：上海将停建燃煤电厂和煤制气厂，抓紧建设燃气电厂，争取在2002年前，上海内环线内建成“基本无燃煤区”，这是一个多么令人振奋的消息！

目前，本市每年消耗煤炭4 200万吨，占一次能源消耗量的70％，在一次能源中，天然气的份额很低。今年东海平湖油气田的年供应量是4.4亿米3。东海平湖油气田扩建工程已经启动，建成后年供应量将达73亿米3，能供50万户居民使用。

我国天然气资源十分丰富，但60％在中西部地区，如新疆、四川有着巨大的储量。中央提出开发大西部的战略，西气东输工程将耗资1 200亿元，建设一条长约4 200千米的管道主干线，从新疆开始，途经甘、宁、陕、晋、豫、苏等地，进入长江三角洲及沿海城镇。预计2001年动工，2003年上半年便可进入上海，届时上海天然气年供应量将达到18亿米3，并迅速扩大，至2005年达到30亿米3。

上海内环线内，找不到煤炭的踪影，这是怎样的一幅画面呢？可以预见，上海城区的天空，