Гарэнне метану

Метан ўяўляе сабой газападобнае хімічнае злучэнне з хімічнай формулай CH4. Гэта самы просты прадстаўнік алкана. Іншыя назвы гэтай групы арганічных злучэнняў: гранічныя, насычаныя або парафінавыя вуглевадароды. Яны характарызуюцца наяўнасцю просты сувязі паміж атамамі вугляроду ў малекуле, а ўсе астатнія валентнасці кожнага вугляроднага атама насычаны атамамі вадароду. Для алкана найбольш важнай рэакцыяй з'яўляецца гарэнне. Яны гараць з адукацыяй газападобнай двухвокісу вугляроду і пары вады. У выніку вылучаецца велізарная колькасць хімічнай энергіі, якая ператвараецца ў цеплавую або электрычную. Метан з'яўляецца гаручым рэчывам і асноўным кампанентам прыроднага газу, што і робіць яго прывабным палівам. У аснове шырокага выкарыстання прыроднага выкапнёвага ляжыць рэакцыя гарэння метану. Паколькі ён у нармальных умовах з'яўляецца газам, то яго цяжка транспартаваць на далёкія адлегласці ад крыніцы, таму часта яго папярэдне звадкоўваюцца.

Працэс гарэння заключаецца ў рэакцыі паміж метанам і кіслародам, гэта значыць у акісленні найпростага Алкаеў. У выніку ўтворыцца вуглякіслы газ, вада і шмат энергіі. Гарэнне метану можа быць апісана раўнаннем: CH4 [газ] + 2O2 [газ] → CO2 [газ] + 2H2O [пар] + 891 кДж. Гэта значыць адна малекула метану пры ўзаемадзеянні з двума малекуламі кіслароду ўтварае малекулу двухвокісу вугляроду і дзве малекулы вады. Пры гэтым вылучаецца цеплавая энергія, роўная 891 кДж. Прыродны газ з'яўляецца самым чыстым для спальвання выкапням, так як вугаль, нафту і іншыя віды паліва больш складанае структуры. Таму пры згаранні яны вылучаюць у паветра розныя шкодныя хімічныя рэчывы. Паколькі прыродны газ у асноўным складаецца з метану (прыкладна на 95%), то пры яго спальванні практычна не ўтворацца пабочныя прадукты ці іх атрымліваецца нашмат менш, чым у выпадку з іншымі відамі выкапнёвага паліва.

Цеплатворная здольнасць метану (55,7 кДж / г) вышэй, чым яго гамолагі, напрыклад, этану (51,9 кДж / г), пропана (50,35 кДж / г), бутану (49,50 кДж / г) або іншых відаў паліва (драўніна, вугаль, газа). Гарэнне метану дае больш энергіі. Для забеспячэння на працягу года працы лямпачкі напальвання магутнасцю 100 Вт неабходна спаліць 260 кг драўніны, або 120 кг вугалю, або 73,3 кг газы, або ўсяго 58 кг метану, што адпавядае 78,8 м³ прыроднага газу.

Найпросты Алка з'яўляецца важным рэсурсам для атрымання электраэнергіі. Адбываецца гэта за кошт спальвання яго ў якасці паліва катла, які выпрацоўвае пар, які прыводзіць у рух паравую турбіну. Таксама гарэнне метану выкарыстоўваецца для атрымання гарачых дымавых газаў, энергія якіх забяспечвае працу газавай турбіны (спальванне ажыццяўляецца да турбіны або ў самой турбіне). У многіх гарадах метан падаецца па трубах у дамы для ўнутранага ацяплення і прыгатавання ежы. У параўнанні з іншымі відамі вуглевадароднай паліва спальванне прыроднага газу характарызуецца меншым вылучэннем вуглякіслага газу і вялікай колькасцю атрыманага цяпла.

Гарэнне метану выкарыстоўваецца для дасягнення высокіх тэмператур у печах розных хімічных вытворчасцяў, напрыклад, буйнатанажных этиленовых установак. Прыродны газ у сумесі з паветрам падаецца ў гарэлкі печаў піролізу. У працэсе згарання утвараюцца дымавыя газы з высокай тэмпературай (700-900 ° С). Яны награваюць трубы (знаходзяцца ўнутры печы), у якія падаецца сумесь сыравіны з вадзяным парай (для зніжэння адукацыі коксу ў трубах печаў). Пад дзеяннем высокіх тэмператур адбываецца мноства хімічных рэакцый, у выніку якіх атрымліваюць мэтавыя кампаненты (этылен і прапілен) і пабочныя прадукты (смала пиролизная цяжкая, вадародная і метанавай фракцыі, этан, прапан, вуглевадароды С4, С5, пироконденсат; кожны з іх мае сваё прымяненне , напрыклад, пироконденсат выкарыстоўваюць для атрымання бензолу або кампанентаў аўтамабільнага бензіну).

Гарэнне метану з'яўляецца складаным фізіка-хімічным з'явай на аснове экзотермической акісляльна-аднаўленчай рэакцыі, якая характарызуецца высокай хуткасцю цячэння і вылучэннем велізарнай колькасці цяпла, а таксама цеплаабменных і масаабмене працэсамі. Таму разліковае вызначэнне тэмпературы гарэння сумесі ўяўляе сабой складаную задачу, так як акрамя складу гаручай сумесі моцна ўплываюць яе ціск і пачатковая тэмпература. З іх павелічэннем назіраецца рост тэмпературы гарэння, а цеплаабменныя і масаабмене працэсы спрыяюць яе зніжэння. Тэмпература гарэння метану пры праектаванні працэсаў і апаратаў хімічных вытворчасцяў вызначаецца разліковым метадам, а на дзеючых устаноўках (напрыклад, у печах піролізу) яе вымераюць з дапамогай тэрмапары.