Influence on fluorocarbons flammability limits in the mixtures of H₂–N₂O and CH₄–N₂O | Tekhnologii bezopasnosti zhiznedeyatelnosti – Life Safety/Security Technologies. 2023. № 1. DOI: 10.17223/7783494/1/6

Influence on fluorocarbons flammability limits in the mixtures of H₂–N₂O and CH₄–N₂O

An experimental determination of flammability limits in mixtures of flammable gas (methane, hydrogen) - nitrous oxide - fluorinated hydrocarbons (trifluoromethane CHF₃, pentafluoroethane C₂HF₅, perfluorobutane C₄F₁₀) was carried out. Very low values of lower flammability limits of the flammable gases were revealed which are substantially lower than those in air. The upper flammability limits are remarkably higher than those in air. Compositions of mixtures in peak points of flammability curves are characterized by very low values of a fuel equivalence ratio φ (in the most cases φ < 0.1), but in the case of air or oxygen-nitrogen oxidizer with [O₂] = 25% (vol.) the φ values usually exceeds 0.5. It was found that the concentrations of the fluorinated hydrocarbons in the peak points of the flammability curves are quite similar for hydrogen and methane despite of big difference in these values for combustion in air. A qualitative interpretation of the obtained results is given in the article. The authors declare no conflicts of interests.

Download file

Counter downloads: 7

Keywords

nitrous oxide, flammability limits, fluorinated hydrocarbons, hydrogen, methane

Authors

Name	Organization	E-mail
Shebeko Aleksey Yu.	All Russian Research Institute for Fire Protection of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defence, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters	ay_shebeko@mail.ru
Shebeko Yury N.	All Russian Research Institute for Fire Protection of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defence, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters	yn_shebeko@mail.ru
Zuban Andrey V.	All Russian Research Institute for Fire Protection of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defence, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters	avzuban@mail.ru

Всего: 3

References

Брандт Б.Б., Матов Л.А., Розловский А.И., Хайлов В.С. Взрывоопасность смесей окислов азота с горючими газами и парами // Химическая промышленность. 1960. № 5. С. 419-425.

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник / под ред. А.Н. Баратова и А.Я. Корольченко. М.: Химия, 1990. Т. 1, 2.

Брандт Б.Б., Розловский А.И., Стрижевский И.И., Хайлов В.С. Взрывоопасность смесей окислов азота с горючими газами и парами // Химическая промышленность. 1965. № 4. С. 279-284.

Zabetakis M.G. Flammability characteristics of combustible gases and vapors // Bulletin 627. Bureau of Mines. 1965. 121 p.

Шебеко Ю.Н., Корольченко А.Я., Ильин А.Б., Малкин В.Л. Концентрационные пределы распространения пламени в смесях горючее-разбавитель-закись азота // Физика горения и взрыва. 1988. Т. 24, № 3. С. 48-51.

Скачков Г.И. Кинетическое моделирование непромотированного и промотированного воспламенения горючих газов: дис.. д-ра хим. наук. М.: Институт химической физики АН СССР, 1984. 316 с.

Борисов А.А., Заманский В.М., Скачков Г.И. Кинетика и механизм взаимодействия водорода с закисью азота // Кинетика и катализ. 1978. Т. 19, № 1. С. 38-46.

Бунев В.А. О механизме промотирования и ингибирования окисления богатых воздушных смесей водорода оксидами азота NO и NO2 при адиабатическом самовоспламенении // Физика горения и взрыва. 2011. Т. 47, №. 1. С. 22-29.

Koshiba Y., Takigawa T., Matsuoka Y., Ohtani H. Explosion characteristics of flammable organic vapors in nitrous oxide atmosphere // Journal of Hazardous Materials. 2010. V. 183 (1-3). P. 746.

Mevel R., Lafosse F., Chaumeix N., Dupre G., Paillard C.E. Spherical expanding flames in H2-N2O-Ar mixtures: flame speed measurements and kinetic modeling // International Journal of Hydrogen Energy. 2009. V. 34 (21). P. 9007.

Dean A.M., Johnson R.L. Shock tube studies of the N2O/CH4/CO/Ar and N2O/C2H6/CO/Ar systems // Combustion and Flame. 1980. V. 37 (2). P. 109-123.

Smith M.Y. The effect of nitric oxide on the recombination of H atoms in fuel- rich propane - oxygen - nitrogen flames // Combustion and Flame. 1972. V. 18 (2). P. 293-295.

Mainiero R.J., Vanpee M. Reaction mechanisms in hydrogen-nitric oxide flames // Combustion Science and Technology. 1980. V. 22 (3/4). P. 171-183.

Balakhnine V.P., Vandooren J., Van Tiggelen P.J. Reaction mechanism and rate constants in lean hydrogen-nitrous oxide flames // Combustion and Flame. 1977. V. 28 (2). P. 165-173.

Day M.J., Stamp D.V., Thompson K., Dixon-Lewis G. Inhibition of hydrogen-air and hydrogen-nitrous oxide flames by halogen compounds // Proceedings of the 13th Symposium (International) on Combustion. Pittsburgh: The Combustion Institute, 1971. P. 705-712.

Лордкипанидзе Д.Н., Азатян В.В., Дзоценидзе З.Г., Мусеридзе М.Д. Влияние двуокиси азота на первый предел воспламенения водородно-кислородных смесей // Физика горения и взрыва. 1979. Т. 15, № 1. С. 73.

Шебеко А.Ю., Шебеко Ю.Н., Голов Н.В., Зубань А.В., Азатян В.В. Влияние содержания кислорода в окислительной среде на горение околостехиометрических смесей вида горючее - окислительная среда - фторированный углеводород // Химическая физика. 2016. Т. 35, № 11. С. 62-67.

Shebeko A. Yu., Shebeko Yu.N., Golov N. V., Zuban A. V., Yarkin A.A. Characteristics of a combustion of near stoichiometric gaseous mixtures of flammable gas - Oxidizer - Fluorinated hydrocarbon at various oxygen concentrations in the oxidizer // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2017. V. 46. P. 195-199.

Шебеко Ю.Н., Корольченко А.Я., Цариченко С.Г. и др. Влияние начального давления и температуры на характеристики горения водородсодержащих смесей // Физика горения и взрыва. 1989. Т. 25, № 1. С. 32.

Shebeko Yu.N., Tsarichenko S.G., Korolchenko A.Ya. Burning velocities and flammability limits of gaseous mixtures at elevated temperatures and pressures // Combustion and Flame. 1995. V. 102 (4). P. 427-437.

Азатян В.В., Шебеко Ю.Н., Шебеко А.Ю., Навценя В.Ю. О промотировании и ингибировании фторированными углеводородами горения метана в окислительных средах с различным содержанием кислорода // Химическая физика. 2010. Т. 29, № 9. С. 42-51.

Shebeko Yu.N., Shebeko A.Yu., Azatyan V.V., Navzenya V.Yu. On Inhibition and Promotion of Methane Combustion by Fluorinated Hydrocarbons in Oxidizers with Different Oxygen Content // Proceedings of the 6th International Seminar on Fire and Explosion Hazards. University of Leeds, 2010. P. 621.

Шебеко Ю.Н., Шебеко А.Ю., Навценя В.Ю., Томилин А.В., Азатян В.В. Влияние содержания кислорода в окислительной среде на эффективность ингибирования горения водорода // Пожарная безопасность. 2006. № 4. С. 65.

Azatyan V.V., Shebeko Yu.N., Shebeko A.Yu., Navzenya V.Yu., Tomilin A.V. An influence of oxygen content in an oxidizing atmosphere on inhibitive action of fluorinated agents on a hydrogen flame // Proceedings of the 6th International Symposium on Hazards, Prevention and Mitigation of Industrial Explosions. V. 2. Halifax: Dalhouse University, 2006. P. 418.

Зельдович Я.Б., Воеводский В.В. Тепловой взрыв и распространение пламени в газах. Алма-Ата: Казахский университет, 2004. 210 с.