CO_2抑制甲烷-空气链式爆炸微观机理的仿真分析

为从分子角度研究CO2在甲烷爆炸过程中的作用以及抑制机理,应用Gaussian 09软件,运用密度泛函(DFT)理论的B3LYP/6-31G方法,对用相关基元反应作仿真定量分析和仿真热力学与动力学分析。通过假设和验证,初步揭示CO2在甲烷爆炸过程中的抑制机理。结果表明,CO2是以稳定的第三体存在,未参与原子交换反应,但CO2促进了甲烷爆炸链引发中的甲基自由基的结合反应,降低了关键自由基甲基的浓度,中断了甲烷爆炸链,同时乙烷的氧化反应不会强化甲烷的爆炸反应。

CO/CH_4链式爆炸反应机理研究

为了从分子角度探究CO/CH_4链式爆炸体系反应机理,运用基于密度泛函理论的B3LYP/6-31G方法优化分子构型,并对相关基元反应进行定量分析,计算出相应的热力学数据。用反应内禀坐标法验证反应路径,结合反应动力学进行相关分析。结果表明:CO首先引发了CO/CH_4混合体系爆炸链锁反应并在链引发过程中起主导作用;CO的存在削弱甚至消除了CH_4爆炸链分支反应,减少了后续链反应所需的关键自由基HCO、HO_2;在CO/CH_4/空气混合体系链传递过程中,CO更容易与·O、·HO2发生反应,减少了CH_4爆炸过程中重要中间产物·H_2O_2以及·CH_3和·OH的生成,从而降低了整个反应体系活化中心的浓度。因此,CO的存在对CO/CH_4爆炸链锁反应过程起到了一定的阻尼效应。