甲烷

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December 4, 2021

甲烷(英语methane,德语Methan n)——最简单的碳与氢的有机化合物,天然无色无味气体,化学式——CH4。甲烷是天然气的主要成分。此外,它包含在煤层中 - 在其开发过程中,甲烷与空气的爆炸性混合物,即所谓的“矿井瓦斯”。以自由堆积物(沉积物)、溶解(在石油、地层和地表水中)、分散、吸附(岩石和有机物)和固体(天然气水合物)状态的形式出现在地壳的沉积覆盖层中。在家中使用时,通常会在甲烷中添加具有特定“气体气味”的气味剂。

自然分布

甲烷的主要成分为:天然可燃气体(高达99.5%)、伴生油(39-91%)、沼泽(99%以上)和矿山(34-48%)气体;存在于泥火山的气体中(95%以上),零星存在于火山气体和火成岩、变质岩的气体中,大量的甲烷溶解在海洋、海洋和湖泊的水域中。世界海洋水域的甲烷平均含量约为10-2 cm3/l,总量为14·1012 m3。地层水中溶解的甲烷量比其工业储量高几个数量级。甲烷也存在于地球、火星、木星、土星、天王星的大气中;在月球表面土壤的气体中。夏季和地球水圈中的大部分甲烷是在分散的有机物、煤和石油的生化和热催化破坏过程中形成的。甲烷是由有机物,特别是纤维素(甲烷发酵)的厌氧分解形成的。在地球的自然界中,甲烷是相当普遍的。可燃天然气由 90-97% 的甲烷组成。它形成许多沉积物,从中提取并通过天然气管道输送到使用地点。在沼泽和池塘的底部,由于植物残留物在没有空气进入的情况下分解,会形成甲烷。因此,它也被称为沼气。在“矿气”这个名称下,甲烷由于与煤层和伴生岩石的分离而在煤矿中积聚,在煤层中以自由结合形式存在。在运营的矿井中观察到煤层的甲烷排放量高达 70-80 立方米/吨秒。湾m.(t s. b. m. - 吨干无灰物质),这使得从煤矿床中独立或伴随(脱气)提取在经济上是可行的。矿井瓦斯非常危险,因为它可以与空气形成爆炸性混合物。空气中最具爆炸性的甲烷浓度为 9-14%。主要成分是天然(77-99%)、伴生石油(31-90%)、矿山和沼气。是一种温室气体。在低温下,甲烷会形成包合物——天然气水合物,在自然界中广泛存在。天然气水合物是固体结晶物质,密度为880-890 kg/m3,类似于雪或冰。随着天然气水合物沉积物的形成,水合物形成发生在沉积盖层的多孔环境中。主要成分是天然(77-99%)、伴生石油(31-90%)、矿山和沼气。是一种温室气体。在低温下,甲烷会形成包合物——天然气水合物,在自然界中广泛存在。天然气水合物是固体结晶物质,密度为880-890 kg/m3,类似于雪或冰。随着天然气水合物沉积物的形成,水合物形成发生在沉积盖层的多孔环境中。主要成分是天然(77-99%)、伴生石油(31-90%)、矿山和沼气。是一种温室气体。在低温下,甲烷会形成包合物——天然气水合物,在自然界中广泛存在。天然气水合物是固体结晶物质,密度为880-890 kg/m3,类似于雪或冰。随着天然气水合物沉积物的形成,水合物形成发生在沉积盖层的多孔环境中。

物理特性

甲烷是一种无色、无臭、无味的气体,几乎是空气的两倍。不溶于水。在空气或氧气的气氛中,它会以微弱的光线燃烧。其与空气或氧气的混合物易燃易爆。空气密度为0.555(20°C);分子量16.04,mp -182.49°C,沸点-161.56°C,临界压力4.58 MPa,临界温度-82°C,闪点87.8°C,自燃温度537.8°C。

分子结构

分子式CH4。结构式和电子式:H | H - C - H | ħ甲烷分子在笛卡尔坐标(以埃为单位):C 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000ħ0.000000 1.089000 1.026719ħ0.000000 -0.363000 -0.513360ħ-0.889165 -0.363000 -0.513360ħ0.889165 -0.363000 CH 1甲烷分子为:1.089000 2 109.4710 H 1 1.089000 2 109.4710 3 120.0000 H 1 1.089000 2 109.4710 3 -120.0000

接收

在实验室中,用固体氢氧化钠加热醋酸钠或水对碳化铝的作用可以得到甲烷: CH3COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4 ↑ Al4C3 + 12H2O → 4Al (OH) 3 + 3CH4 ↑

化学性质

同系饱和(甲烷)烃类的第一个成员。甲烷是一种化学惰性物质。在正常条件下,它对酸、碱和氧化剂具有很强的抵抗力。因此,当甲烷通过 KMnO4 溶液时,KMnO4 是一种足够强的氧化剂,它不会被氧化,溶液的紫色也不会消失。甲烷不参与偶联反应,因为在其分子中,碳原子的所有四价都完全饱和。对于甲烷以及其他饱和烃,取代反应是典型的,其中氢原子被其他元素或原子团的原子取代。甲烷的另一个特点是与氯发生反应,这种反应在常温下在散射光的影响下发生(在阳光直射下,可能发生爆炸)。甲烷分子中的氢原子依次被氯原子取代: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl 反应的结果是形成甲烷的氯化物衍生物。也进入磺氯化反应 - 与氯和二氧化硫的混合物相互作用,形成甲磺酰氯:H 3 C − H + SO 2 + Cl 2 ⟶ H 3 C − SO 2 − Cl + HCl{\ displaystyle {\ ce {H3C-H + SO2 + Cl2 -> H3C-SO2-Cl + HCl}}} 在空气中,甲烷以无色火焰燃烧并释放大量热量:CH4 + 2O2 → СО2 + 2Н2ОЗ 空气中的甲烷形成易燃易爆混合物。当甲烷在没有空气的情况下加热到 1000°C 以上的温度时,它分解成元素 - 碳(烟灰)和氢:CH4 → C + 2H2 在 1500°C 的温度下没有氧气和随后的冷却,甲烷热解为乙炔和氢气:2CH4 → C2H2 + 3H2当甲烷在没有空气的情况下加热到 1000°C 以上的温度时,它分解成元素 - 碳(烟灰)和氢:CH4 → C + 2H2 在 1500°C 的温度下没有氧气和随后的冷却,甲烷热解为乙炔和氢气:2CH4 → C2H2 + 3H2当甲烷在没有空气的情况下加热到 1000°C 以上的温度时,它分解成元素 - 碳(烟灰)和氢:CH4 → C + 2H2 在 1500°C 的温度下没有氧气和随后的冷却,甲烷热解为乙炔和氢气:2CH4 → C2H2 + 3H2

应用

大量的甲烷被用作方便且廉价的燃料。甲烷不完全燃烧产生烟灰,用于制造印刷油墨和作为橡胶的填料,热分解(1000°C 以上)产生烟灰和氢气,用于合成氨。甲烷完全氯化的产物 - 四氯化碳 CCl4 - 是一种良好的脂肪溶剂,用于从油籽籽粒中提取脂肪。甲烷也是乙炔、甲醇和许多其他化学品的原料。甲烷(天然气、压缩天然气 - LNG、CNG)作为汽车燃料是最安全、最环保的燃料类型。由于与汽油和柴油燃料相比具有许多优势,液化天然气作为汽车燃料的使用正在增长。

甲烷作为矿井气

甲烷与空气形成爆炸性混合物。当空气中的含量达到5-6%时,甲烷在热源附近燃烧(点火温度650-750℃),含量在5-15.2(16)%——爆炸,超过16%——可在氧气流入的情况下燃烧,这种甲烷浓度的降低是爆炸性的。甲烷具有微弱的麻醉作用。 MPC 300 毫克/立方米。煤矿作业中释放的甲烷对煤矿开采造成了特殊危险。矿山作业中的甲烷释放有三种形式:普通、提示和突然。根据甲烷含量,根据《煤矿安全规程》,将煤矿分为五类。这种划分的标准是相对甲烷含量,即每 1 吨平均日产量每天排放的甲烷量(立方米):甲烷排放量高达 5 立方米/吨; 5 - 10 立方米/吨; 10 - 15 立方米/吨;超大类——超过15立方米/吨;由于煤、瓦斯和岩石的突然排放而开发出危险或有威胁的地层的矿山属于特殊类别 - 突然排放危险。从煤层中提取甲烷被认为是有前途的。在二十世纪末。这个问题仅在美国由科学家研究。约 40 所大学100家企业。使用伴生甲烷(用于煤矿开采)的首次工业尝试正在乌克兰的顿巴斯进行。在工业上,甲烷用于生产合成气、乙炔、氯仿、四氯化碳、炭黑等。甲烷不完全氧化的产物是制造用于有机合成的塑料的来源。煤、天然气和岩石突然排放的危险或威胁,属于特殊类别 - 突然排放危险。从煤层中提取甲烷被认为是有前途的。在二十世纪末。这个问题仅在美国由科学家研究。约 40 所大学100家企业。使用伴生甲烷(用于煤矿开采)的首次工业尝试正在乌克兰的顿巴斯进行。在工业上,甲烷用于生产合成气、乙炔、氯仿、四氯化碳、炭黑等。甲烷不完全氧化的产物是制造用于有机合成的塑料的来源。煤、天然气和岩石突然排放的危险或威胁,属于特殊类别 - 突然排放危险。从煤层中提取甲烷被认为是有前途的。在二十世纪末。这个问题仅在美国由科学家研究。约 40 所大学100家企业。使用伴生甲烷(用于煤矿开采)的首次工业尝试正在乌克兰的顿巴斯进行。在工业上,甲烷用于生产合成气、乙炔、氯仿、四氯化碳、炭黑等。甲烷不完全氧化的产物是制造用于有机合成的塑料的来源。属于特殊类别 - 突然排放危险。从煤层中提取甲烷被认为是有前途的。在二十世纪末。这个问题仅在美国由科学家研究。约 40 所大学100家企业。使用伴生甲烷(用于煤矿开采)的首次工业尝试正在乌克兰的顿巴斯进行。在工业上,甲烷用于生产合成气、乙炔、氯仿、四氯化碳、炭黑等。甲烷不完全氧化的产物是制造用于有机合成的塑料的来源。属于特殊类别 - 突然排放危险。从煤层中提取甲烷被认为是有前途的。在二十世纪末。这个问题仅在美国由科学家研究。约 40 所大学100家企业。使用伴生甲烷(用于煤矿开采)的首次工业尝试正在乌克兰的顿巴斯进行。在工业上,甲烷用于生产合成气、乙炔、氯仿、四氯化碳、炭黑等。甲烷不完全氧化的产物是制造用于有机合成的塑料的来源。这个问题仅在美国由科学家研究。约 40 所大学100家企业。使用伴生甲烷(用于煤矿开采)的首次工业尝试正在乌克兰的顿巴斯进行。在工业上,甲烷用于生产合成气、乙炔、氯仿、四氯化碳、炭黑等。甲烷不完全氧化的产物是制造用于有机合成的塑料的来源。这个问题仅在美国由科学家研究。约 40 所大学100家企业。使用伴生甲烷(用于煤矿开采)的首次工业尝试正在乌克兰的顿巴斯进行。在工业上,甲烷用于生产合成气、乙炔、氯仿、四氯化碳、炭黑等。甲烷不完全氧化的产物是制造用于有机合成的塑料的来源。用于有机合成。用于有机合成。

有趣的事实

黑海拥有丰富的甲烷矿床,它们的发现深度为 300-1000 米。根据地质学家的说法,深海中部的部分储量估计为 20-30 万亿立方米,一般在黑海。乌克兰和俄罗斯,包含60-80万亿。m3 这种气体。仅黑海底部乌克兰部分的沉积岩中的预期天然气储量就为 7-10 万亿。立方米。这在保持2012年消费水平的同时,也够一百年了。

沼气 煤矿甲烷梯度 煤层中的甲烷 甲烷区 工作中的甲烷含量 煤的甲烷容量 天然可燃气体 甲烷检测器 热导甲烷传感器

笔记

来源

Derkach FA“Chemistry”L. 1968 小型采矿百科全书:3 卷/编辑。VS 比列茨基。- D.:顿巴斯,2007 年。 - T. 2:L - R. - 670 秒。- ISBN 57740-0828-2。有机化学:教科书。对于学生。更高 教科书 / L.D. 博布里夫尼克,VM Руденко, Г.О。Лезенко。- Ê .; 尔平:VTF "Perun", 2005. - P. 143—144。

文学

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