詳細說明可燃氣體的分解爆炸與天然氣爆炸的不同，並針對乙炔和環氧乙烷的分解爆炸進行闡述與預防方法。
一、 可燃氣體的分解爆炸與天然氣爆炸有何不同？
「分解爆炸」和「天然氣爆炸」雖然都是氣體爆炸，但其本質和機制存在顯著差異：
1. 可燃氣體的分解爆炸 (Decomposition Explosion of Flammable Gases)
- 定義： 指某些不穩定（通常是含碳與氫，且具有多重鍵）的可燃氣體，在沒有外部氧化劑（如空氣中的氧氣）參與的情況下，因自身分子結構的分解而釋放大量能量，導致爆炸。這是一種單一物質的爆炸反應。
- 機制： 氣體分子內部化學鍵斷裂，重組形成更穩定的產物（通常是固態碳和氫氣），同時釋放大量熱量。這個過程是放熱的，並且可能產生爆炸性的壓力波。
- 典型氣體： 乙炔（C2H2）、環氧乙烷（C2H4O）、某些過氧化物蒸氣等。
- 觸發條件： 通常由高溫、高壓、衝擊、火花、或存在催化劑等條件觸發。
- 特性：
- 無需氧氣： 這是與一般燃燒爆炸最核心的區別。
- 可能發生在惰性氣氛中： 即使在充滿氮氣或二氧化碳的惰性環境中，也可能發生分解爆炸。
- 較難控制： 一旦觸發，由於反應發生在氣體本身，難以透過隔絕氧氣來控制。
2. 天然氣爆炸 (Natural Gas Explosion)
- 定義： 指天然氣（主要成分為甲烷 CH4）與空氣（氧化劑）混合形成可燃範圍內的氣體混合物，在遇到點火源時迅速發生燃燒反應，釋放大量能量，導致爆炸。這是一種燃料-空氣混合物的爆炸。
- 機制： 甲烷（或其他烷烴）分子與空氣中的氧氣發生劇烈的氧化還原反應，生成二氧化碳和水，同時釋放大量熱量和膨脹的氣體。 例如：CH4+2O2→CO2+2H2O+熱
- 典型氣體： 天然氣、液化石油氣（LPG）、沼氣、煤氣等。
- 觸發條件： 必須滿足三個條件：
- 可燃氣體濃度在爆炸上下限之間。
- 有足夠的氧化劑（通常是空氣）。
- 存在有效的點火源（火花、明火、高溫表面等）。
- 特性：
- 需要氧氣： 必須有足量的氧氣參與反應。
- 局限於可燃範圍： 氣體濃度過高或過低都不會爆炸。
- 可透過隔絕氧氣或稀釋濃度來預防。
總結區別：
| 特性 |
可燃氣體的分解爆炸 |
天然氣爆炸 |
|---|
| 本質 |
單一物質內部化學鍵分解 |
燃料與氧化劑的劇烈氧化反應 |
| 是否需要氧氣 |
不需要 |
需要（來自空氣） |
| 危險物 |
不穩定氣體本身 |
氣體與空氣的混合物 |
| 發生條件 |
溫度、壓力、衝擊、火花等觸發自身分解 |
燃料濃度、氧化劑、點火源三者具備 |
| 預防方向 |
抑制分解反應、控制溫度壓力 |
避免洩漏、良好通風、消除點火源 |
二、 氣體乙炔（C2 H2 ）及環氧乙烷（C2 H4 O）的分解反應式
1. 乙炔 (C2H2) 的分解反應式：
乙炔是一種高度不飽和的烴類，在一定條件下會發生放熱的分解反應。 C2H2 (g)→2C (s)+H2 (g)+熱量 （此反應釋放約 −226.7 kJ/mol 的熱量）
2. 環氧乙烷 (C2H4O) 的分解反應式：
環氧乙烷是一種環狀醚，也具有內部不穩定性，在受熱或存在催化劑時可發生分解。 C2H4O (g)→CH4 (g)+CO (g)+熱量 （此反應也可能產生其他複雜產物，如乙醛、乙烯、甲烷等，但以甲烷和一氧化碳為主）
三、 防止此二種氣體分解爆炸的方法
由於分解爆炸的特殊性（不需要外部氧氣），其預防方法與防止燃料-空氣爆炸有所不同，主要側重於抑制氣體的分解反應。
A. 防止乙炔分解爆炸的方法：
乙炔的分解爆炸是其最主要的危險之一，因此在儲存和使用乙炔時必須特別注意：
-
稀釋或溶解儲存：
- 溶解乙炔： 將乙炔溶解在丙酮等溶劑中，並填充於多孔性物質（如矽酸鈣、石棉等）的氣瓶中。丙酮能吸收大量乙炔，降低其分壓，多孔性物質則能分散熱量，防止分解反應的連鎖傳播。這是目前乙炔最常見的儲存方式。
- 稀釋： 在某些工業應用中，可將乙炔與惰性氣體（如氮氣）混合，使其濃度低於分解爆炸的臨界值。
-
控制溫度和壓力：
- 低壓儲存： 避免在過高壓力下儲存純乙炔。高壓會增加分解爆炸的風險。通常，乙炔在壓力超過 100 kPa (約 1.02 kgf/cm2) 時即有分解爆炸的潛在危險。
- 控制溫度： 避免乙炔氣瓶或管線受熱，例如遠離火源、熱源，避免陽光直射。高溫會加速乙炔的分解反應。
- 限制操作壓力： 使用時應透過減壓閥將壓力降至安全範圍。
-
避免點火源和衝擊：
- 消除火花和明火： 乙炔即使在惰性氣氛下分解也可能引發爆炸，但外部點火源（如明火、電火花、高溫表面）仍可觸發分解反應。
- 防止衝擊和摩擦： 乙炔對衝擊和摩擦敏感，應避免氣瓶跌落或受到機械損傷。
-
材料相容性：
- 避免與銅接觸： 乙炔在高溫或潮濕條件下與銅、銀、汞等金屬形成爆炸性乙炔化物。因此，乙炔氣瓶、閥門、管線等設備應避免使用含銅量超過 70% 的銅合金。
B. 防止環氧乙烷分解爆炸的方法：
環氧乙烷除了具備分解爆炸的風險外，也是一種易燃、毒性氣體，其預防措施更為綜合：
-
稀釋或惰性化儲存：
- 與惰性氣體混合： 最常用的方法是將環氧乙烷與惰性氣體（如氮氣、二氧化碳）混合，使其濃度低於分解爆炸的最低濃度（約 30-40% 體積）。
- 水溶液儲存： 將環氧乙烷溶解在水中儲存，以降低其蒸氣壓和分解風險。
-
控制溫度和壓力：
- 低溫儲存： 儲存和輸送環氧乙烷時應保持低溫，例如冷藏或冷卻，以減緩分解反應速率。
- 控制壓力： 避免局部過熱和壓力積聚。
-
避免點火源和催化劑：
- 消除所有點火源： 包括火花、靜電、高溫表面等，儘管分解爆炸不需要氧氣，但外部熱源仍可觸發分解。
- 避免接觸活性物質： 某些物質，如酸、鹼、氧化物、多孔性物質（如鐵鏽、活性炭），可能作為環氧乙烷分解的催化劑，應避免接觸。
-
使用專用設備：
- 防爆設計： 儲存和處理環氧乙烷的設備應具備防爆設計，包括耐壓容器、防爆電氣設備等。
- 惰性氣體吹掃： 在設備啟動或停止前，使用惰性氣體對系統進行吹掃，確保內部無氧氣，同時降低環氧乙烷濃度。
-
監測和偵測：
- 溫度和壓力監測： 持續監測儲存容器和管線的溫度和壓力，及時發現異常升溫或升壓。
- 氣體洩漏偵測： 安裝環氧乙烷氣體偵測器，及時發現洩漏。
總之，對於這兩種易分解爆炸的氣體，預防重點在於控制其自身分子的穩定性，而非單純地隔絕氧氣。這包括嚴格控制溫度、壓力、避免觸發源和使用適當的稀釋或儲存方式。
阿摩線上測驗
登入