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. Za njih 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. Kot rezultat se sprosti ogromna količina kemične energije, ki se pretvori v toplotno ali električno energijo. Metan je vnetljiva snov in glavna sestavina zemeljskega plina, zaradi česar je privlačno gorivo. V središču razširjene uporabe naravnega fosila je reakcija izgorevanja metana. Ker je v normalnih pogojih plin, ga 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. Kot rezultat, a ogljikov dioksid, voda in veliko energije. Zgorevanje metana se lahko opiše z enačbo: CH4 [plin] + 2O2 [plin] → CO2 [plin] + 2H2O [pare] + 891 kJ. To pomeni, da ena molekula metana, ko interakcijo z dvema molekulama kisika, tvori molekulo ogljikov dioksid in dve molekuli vode. Hkrati, toplotna energija, enako 891 kJ. Zemeljski plin je najčistejši za gorljive fosile, saj so premog, olje in druga goriva v sestavi bolj zapleteni. Zato med zgorevanjem sproščajo različne škodljive kemikalije v zrak. Ker je zemeljski plin v glavnem sestavljen iz metana (okoli 95%), njeno zgorevanje povzroči malo ali nič stranskih proizvodov ali veliko manj kot pri drugih fosilnih gorivih.

Kurilne vrednosti metana (55,7 kJ / g) večja od njegovih homologov, kot so etan (51,9 kJ / g), propana (50,35 kJ / g), butan (49,50 kJ / g), ali druge vrste goriva (les, premog, kerozin). Gorljivi metan daje več energije. Predvidi se leto žarilne 100 W žarnice mora gorijo operacijo 260 kg lesa in 120 kg premoga, kerozin ali 73,3 kg, 58 kg ali vse metana, kar ustreza 78,8 msup3- zemeljski plin.

Najenostavnejši alkan je pomemben vir za proizvodnjo električne energije. To je posledica njegovega gorenja kot gorivo kotla, ki ustvarja parno silo, ki poganja parno turbino. Zgorevanje metana se uporablja tudi za proizvodnjo vročih dimnih plinov, katerih energija zagotavlja delo plinska turbina (zgorevanje se izvaja na turbino ali v sami turbini). V mnogih mestih se metan napaja preko cevi do hiš za 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 rastline z veliko kapaciteto etilena. Naravni plin, pomešan z zrakom, se napaja v gorilnike piroliznih peči. Med zgorevanjem se tvorijo dimni plini z visoko temperaturo (700-900 ° C). Grelne cevi (v notranjosti peči), v katere se napaja mešanica surovin vodna para (za zmanjšanje tvorbe koksa v ceveh peči). Pod vplivom visoke temperature, množica kemičnih reakcij, ki bodo dobili ciljne komponente (etilen in propilen) in stranske produkte (smole težko pirolizo, vodika in metana frakcije, etana, propana, ogljikovodiki, C4, C5, pirokondensat- vsak ima svojo vlogo , na primer, piro-kondenzat se uporablja za proizvodnjo benzena ali sestavnih delov motornega bencina).

Izgorevanje metana je kompleksen fizikalno-kemijski fenomen, ki temelji na eksotermni oksidacijski redukcijski reakciji, za katero je značilen visok pretok in sproščanje ogromne količine toplote ter proces izmenjave toplote in masne izmenjave. Zato je izračun zgorevalne temperature zmesi zapletena naloga, saj poleg sestave mešanice goriva močno vplivata njegov pritisk in začetna temperatura. Z njihovim povečanjem opazimo povečanje temperature izgorevanja, procesi toplotne izmenjave in masne izmenjave pa prispevajo k njegovemu zmanjšanju. Temperatura zgorevanja metana pri načrtovanju procesov in aparatov kemične proizvodnje se določi z računsko metodo in pri obratovalnih instalacijah (npr. V piroliznih pečeh) se meri s termočleni.