Zgorevanje metana

Metan je plinasta kemična spojina s kemijsko formulo CH4. To je najpreprostejši predstavnik alkanov. Druga imena za to skupino organskih spojin so: nasičeni, nasičeni ali parafinski ogljikovodiki. Zanje je značilna navzočnost preproste vezi med atomi ogljika v molekuli, vse ostale valence vsakega ogljikovega atoma pa so nasičene z atomi vodika. Za alkane je najpomembnejša reakcija izgorevanje. Ožigajo s tvorbo plinastega ogljikovega dioksida in vodne pare. Posledično se sprosti ogromna količina kemične energije, ki se pretvori v toploto ali električno energijo. Metan je vnetljiva snov in glavna sestavina zemeljskega plina, zaradi česar je privlačno gorivo. Široka uporaba naravnega fosila temelji na reakciji gorenja metana. Ker je v normalnih pogojih plin, je težko prevažati na oddaljene oddaljenosti od vira, zato je pogosto že utekočinjen.

Proces zgorevanja je sestavljen iz reakcije med metanom in kisikom, to je v oksidaciji najpreprostejšega alkana. Posledično se oblikujejo ogljikov dioksid, voda in veliko energije. Zgorevanje metana se lahko opiše z enačbo: CH4 [plin] + 2O2 [plin] → CO2 [plin] + 2H2O [hlapi] + 891 kJ. To pomeni, da ena molekula metana ob interakciji z dvema molekulama kisika tvori molekulo ogljikovega dioksida in dve molekuli vode. V tem primeru je toplotna energija enaka 891 kJ. Zemeljski plin je najčistejši za gorljive fosile, saj so premog, olje in druga goriva v sestavi bolj zapleteni. Zato med gorenjem sproščajo različne škodljive kemikalije v zrak. Ker zemeljski plin večinoma sestoji iz metana (okoli 95%), njegovo zgorevanje proizvaja malo ali nič stranskih proizvodov ali pa je veliko manj kot pri drugih fosilnih gorivih.

Kalorična vrednost metana (55,7 kJ / g) je večja od homologov, na primer etana (51,9 kJ / g), propana (50,35 kJ / g), butana (49,50 kJ / g) ali drugih Vrste goriva (les, premog, kerozin). Gorljivi metan daje več energije. Da bi zagotovili, da se žarnica z žarilno nitko z žarilno nitko z žarilno nitko porabi 100 let, je potrebno 260 kg lesa, 120 kg premoga ali 73,3 kg kerozina ali 58 kg metana, kar ustreza 78,8 m³ zemeljskega plina.

Najenostavnejši alkan je pomemben vir za proizvodnjo električne energije. To je posledica tega, da ga gorimo kot kotla, ki proizvajajo pare, ki poganja parno turbino. Prav tako se zgorevanje metana uporablja za izdelavo vročih dimnih plinov, katerih energija zagotavlja delovanje plinske turbine (zgorevanje se izvaja na turbino ali v sami turbini). V mnogih mestih se metan napaja preko cevi do hiš za notranjo ogrevanje in kuhanje. V primerjavi z drugimi vrstami ogljikovodikovih goriv je izgorevanje zemeljskega plina značilno nižje emisije ogljikovega dioksida in večja količina proizvedene toplote.

Zgorevanje metana se uporablja za doseganje visokih temperatur v pečeh različnih kemičnih industrij, na primer z velikimi zmogljivostmi etilena. Naravni plin, pomešan z zrakom, se napaja v gorilnike piroliznih peči. Med zgorevanjem se tvorijo dimni plini z visoko temperaturo (700-900 ° C). Cevi segrejejo (v notranjosti peči), v katero se napaja mešanica surovin z vodno paro (za zmanjšanje tvorbe koksa v ceveh peči). Pod vplivom visokih temperatur poteka veliko kemijskih reakcij, kar povzroči proizvodnjo ciljnih komponent (etilen in propilen) in stranskih produktov (frakcije piroliznih težkih, hidro in metanskih frakcij, etana, propan, C4, C5, pirolondenzata, od katerih ima vsaka svojo uporabo , Na primer, pirokondenzat se uporablja za proizvodnjo benzena ali sestavin motornega bencina).

Izgorevanje metana je kompleksen fizikalno-kemijski pojav, ki temelji na eksotermni oksidacijski redukcijski reakciji, za katero je značilna visoka pretočnost in sproščanje ogromne količine toplote, pa tudi s toplotno izmenjavo in procesi prenosa snovi. Zato je izračunana določitev temperature zgorevanja zmesi zapletena naloga, saj je poleg sestave mešanice goriva močan vpliv tudi njegov pritisk in začetna temperatura. S povečanjem opazujemo temperaturo gorenja, procesi toplotne izmenjave in masne izmenjave prispevajo k njegovemu zmanjšanju. Temperatura zgorevanja metana pri načrtovanju procesov in aparatov kemične proizvodnje se določi z računsko metodo, pri operativnih instalacijah (npr. V piroliznih pečeh) pa se meri s termočlenji.