Горение метана

Метан — это газообразное химическое соединение с химической формулой CH4. Это простейший представитель алканов. Другие названия этой группы органических соединений: насыщенные, насыщенные или парафиновые углеводороды. Для них характерно наличие простой связи между атомами углерода в молекуле, а все остальные валентности каждого атома углерода насыщены атомами водорода. Для алканов наиболее важной реакцией является горение. Они горят, образуя углекислый газ и водяной пар. В результате выделяется огромное количество химической энергии, которая преобразуется в тепловую или электрическую энергию. Метан — горючее вещество и основной компонент природного газа, что делает его привлекательным топливом. Широкое использование природных ископаемых основано на реакции горения метана. Поскольку в нормальных условиях газ является газом, его трудно транспортировать на большие расстояния от источника, поэтому он часто предварительно сжижается.

Процесс горения состоит из реакции между метаном и кислородом, то есть в окислении простейшего алкана. Результат — углекислый газ, вода и много энергии. Горение метана можно описать уравнением: CH4 [газ] + 2O2 [газ] → CO2 [газ] + 2H2O [пар] + 891 кДж. То есть молекула метана при взаимодействии с двумя молекулами кислорода образует одну молекулу углекислого газа и две молекулы воды. При этом выделяется тепловая энергия, равная 891 кДж. Природный газ — это самое чистое ископаемое топливо для сжигания, поскольку уголь, нефть и другие виды топлива имеют более сложный состав. Поэтому при горении они выделяют в воздух различные вредные химические вещества. Поскольку природный газ в основном состоит из метана (около 95%), при его сжигании побочных продуктов практически не образуется или образуется гораздо меньше, чем в случае других видов ископаемого топлива.

Теплотворная способность метана (55,7 кДж / г) выше, чем у его аналогов, например, этана (51,9 кДж / г), пропана (50,35 кДж / г), бутана (49,50 кДж / г) или других видов топлива (древесина, уголь), керосин). Сжигание метана дает больше энергии. Для работы лампы накаливания мощностью 100 Вт в течение года необходимо сжечь 260 кг древесины, или 120 кг угля, или 73,3 кг керосина, или всего 58 кг метана, что соответствует 78,8 м³ газа.

Простейший алкан — важный ресурс для выработки электроэнергии. Это делается путем сжигания его в качестве топлива в парогенерирующем котле, который приводит в действие паровую турбину. Кроме того, сжигание метана используется для получения горячих паров, энергия которых гарантирует работу газовой турбины (сжигание осуществляется перед турбиной или в самой турбине). Во многих городах метан подается по трубам в дома для отопления и приготовления пищи. По сравнению с другими типами углеводородного топлива, сжигание природного газа характеризуется меньшим выбросом углекислого газа и большим количеством выделяемого тепла.

Сжигание метана используется для достижения высоких температур в печах различных химических производств, например, на заводах по производству этилена большой мощности. Природный газ в смеси с воздухом подается на горелки пиролизных печей. В процессе горения образуются пары с высокой температурой (700-900 ° C). Они нагревают трубы (расположенные внутри топки), по которым подается смесь сырья с паром (для уменьшения образования кокса в трубах топки). Под воздействием высоких температур происходит множество химических реакций, в результате которых целевые компоненты (этилен и пропилен) и побочные продукты (тяжелые смолы пиролиза, водородная и метановая фракции, этан, пропан, углеводороды С4, С5, пирохонденсат) получаются; каждый из них имеет собственное применение, например, конденсат пиролиза используется для получения бензола или компонентов бензина для двигателей).

Горение метана — сложное физико-химическое явление, основанное на экзотермической окислительно-восстановительной реакции, характеризующееся высокой скоростью потока и выделением огромного количества тепла, а также процессами тепломассопереноса. Поэтому расчетное определение температуры горения смеси является сложной задачей, так как помимо состава горючей смеси большое влияние оказывает ее начальное давление и температура. С их увеличением наблюдается повышение температуры горения, а процессы тепломассопереноса способствуют ее снижению. Температура горения метана при проектировании процессов и оборудования для химического производства определяется расчетным методом, а на существующих установках (например, в печах пиролиза) она измеряется с помощью термопар.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть