Метан (CH4) является простейшим углеводородом и основным компонентом природного газа. В данной статье рассмотрим основные способы получения метана, а также его свойства и применение.
Получение метана
Существует несколько основных способов получения метана:
- Из природного газа. Метан является основным компонентом (до 98%) природного газа, поэтому его просто выделяют из него методом ректификации.
- "метан получение из углерода" Дегидрированием этана при высокой температуре 700-900°С с использованием катализаторов:
C2H6 → CH4 + H2
- Реакцией Сабатье - взаимодействием оксида углерода (II) с водородом при 300-400°С в присутствии катализатора:
Получение метана из углерода и водорода
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
- Пиролизом (термическим разложением) углеводородов более высокого порядка, таких как этан, пропан, бутан и др.
Наиболее распространенный промышленный способ получения метана - из природного газа. Также перспективным является синтез метана из CO2 и H2 - позволяет утилизировать парниковый газ CO2.
Свойства метана
Метан обладает следующими физико-химическими свойствами:
- Бесцветный газ без запаха
- Плотность 0,72 кг/м3 (в 1,5 раза легче воздуха)
- Температуры плавления -182,5°C и кипения -161,5°C
- Плохо растворим в воде (до 22 мг/л), хорошо - в органических растворителях
- Горит на воздухе, выделяя большое количество тепла
Химически метан довольно инертен вследствие отсутствия кратных связей в молекуле. Основные реакции:
- Горение:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + энергия
- Пиролиз:
CH4 → C + 2H2 (при температуре выше 1300°С)
- "как из метана получить оксид углерода":
CH4 + H2O → CO + 3H2
| Достоинства | Недостатки |
|
|
Применение метана
Благодаря своим свойствам, метан широко используется:
- Как топливо - основная составляющая природного и сжиженного газа;
- Для получения водорода паровой конверсией метана;
- В качестве сырья для синтеза многих органических веществ (метанол, ацетилен, хлористый метил и др.);
- Как хладагент.
Таким образом, метан является ценным химическим сырьем и топливом, которое широко используется в промышленности и в быту.
Промышленное производство метана
Основным источником промышленного производства метана является природный газ, содержащий до 98% метана. Его добывают из подземных месторождений, а затем очищают от примесей методом низкотемпературной ректификации. Также перспективным направлением является производство синтетического метана из синтез-газа, получаемого из угля, нефти или биомассы. Этот метод позволяет перерабатывать различные углеродсодержащие отходы в ценный газообразный продукт.
Транспортировка и хранение
Для транспортировки на большие расстояния метан сжижают и переводят в жидкое состояние при температуре -162°C. Такой сжиженный природный газ (СПГ) заправляют в специальные изолированные цистерны и транспортируют морским и наземным транспортом к потребителям. Для длительного хранения используют подземные хранилища - выработанные газовые или нефтяные месторождения. Перспективным направлением является хранение метана в ad-сорбентах, например, активированном угле или металлоорганических каркасах.
Применение в энергетике
Благодаря высокой теплотворной способности (около 50 МДж/кг), метан широко используется в качестве топлива на тепловых электростанциях, работающих по паротурбинному и газотурбинному циклам. По сравнению с углем и мазутом, при сжигании метана выделяется меньше вредных веществ в расчете на единицу выработанной энергии. К недостаткам можно отнести взрыво- и пожароопасность.
Применение в химической промышленности
Метан является ценным сырьем для производства водорода, метанола, формальдегида, ацетилена и других органических соединений, которые в свою очередь используются для синтеза полимеров, красителей и разнообразных химикатов. Также на основе метана производят различные хлорпроизводные, такие как хлорметан, хлороформ, тетрахлорметан и хлорид винила.
Экологические аспекты
С одной стороны, метан относится к наиболее "чистым" видам ископаемого топлива, так при его сжигании выделяется значительно меньше парниковых газов и загрязняющих веществ по сравнению с углем и нефтью. С другой стороны, сам метан обладает в 25 раз бóльшим потенциалом глобального потепления по сравнению с CO2, поэтому утечки метана при добыче и транспортировке представляют значительную экологическую опасность и вносят заметный вклад в парниковый эффект.
