Метан

МЕТАН, болотный газ, рудничный газ, CH4 (а. methane; н. Methan; ф. methane, gaz de marais, grisou; и. metano), — природный горючий газ, встречающийся в осадочном чехле земной коры в виде свободных скоплений (залежей), в растворённом (в нефти, пластовых и поверхностных водах), рассеянном, сорбированном (породами и органическим веществом) и твёрдом (газогидратном) состояниях. Плотность метана по воздуху 0,555 (20°С); молекулярная масса 16,04, t плавления -182,49°С, t кипения — 161,56°С, критическое давление 4,58 МПа, критическая температура — 82,4°С, вспышки -187,8°С, самовоспламенения 537,8°С.

Метан — первый член гомологического ряда насыщенных (метановых) углеводородов. Молекулу метана представляют в виде тетраэдра с атомом углерода в центре. Величина связи С-Н 1,09 Нм. Метан — бесцветный газ с лёгким чесночным запахом, горящий слабо светящимся пламенем. При обычной температуре с большинством химических элементов не реагирует. Обладает высокой термической устойчивостью и начинает заметно разлагаться при t 600°С. Растворимость метана в нефти в 10 раз больше, чем в воде. Удельная теплота сгорания (50,049 МДж/кг) почти в 2,5 раза больше, чем у каменного угля.

Метан является основном компонентом газов природных горючих (до 99,5%), нефтяных попутных (39-91%), болотных (свыше 99%) и рудничных (34-48%) газов; присутствует в газах грязевых вулканов (свыше 95%), спорадически встречается в вулканических газах и в газах магматических и метаморфических пород, а также в микровключённых газах. Большое количество метана растворено в водах океанов, морей, озёр, газы которых иногда представляют промышленный интерес (озеро Киву, Центральная Африка). Среднее содержание метана в водах Мирового океана порядка 10-2 см3/л, общее — 14•1012 м3. Количество метана, растворённого в пластовых водах, на несколько порядков выше его промышленных запасов. Значительное количество метана сорбировано породами (при давлении 40 МПа глины сорбируют 2600 см3/кг метана). В угленосных толщах метан находится в свободном и сорбированном состояниях (240-260 трлн. м3). Метаморфизм углей сопровождается выделением огромных объёмов метана, в несколько раз превышающих запасы известных газовых месторождений. Содержание сорбированного газа преобладает над свободным, сорбционная ёмкость углей по метану увеличивается со степенью метаморфизма (углефикации) углей. В геологических закрытых угленосных бассейнах за счёт газов угольных пластов могут сформироваться газовые залежи. Метан присутствует также в атмосферах Земли (около 6•1012 м3), Юпитера, Сатурна, Урана; в газах поверхностного грунта Луны.

Реклама



Метан в определённых термодинамических условиях образует газовые растворы, обладающие большой подвижностью и способствующие развитию миграции нефти и газа. При низких температурах метан образует газовые гидраты — твёрдые кристаллические вещества плотностью 880-890 кг/м3, похожие на снег или лёд (см. Гидраты углеводородных газов). Гидратообразование происходит в пористой среде осадочного чехла с формированием газогидратных залежей.

С воздухом метан образует взрывчатые смеси (см. Взрывчатые газы). Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горных выработках, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, сортировочных установках. При содержании в воздухе до 5-6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650-750°С), при содержании 5-16% — взрывается, свыше 16% — может гореть при притоке кислорода, снижение при этом концентрации метана взрывоопасно. После контакта с источником тепла воспламенение происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных по метанообильности (см. Метанообильность выработок), вводится газовый режим.

Основная масса метана лито- и гидросферы образуется при биохимической и термокаталитической деструкции рассеянного органического вещества, углей и нефтей. В процессе погружения осадка, а затем породы образование метана происходит непрерывно, но с разной интенсивностью и заканчивается при полной метаморфизации пород. На ранних стадиях преобразования отложений (диагенез) генерация метана связана с деятельностью анаэробных микроорганизмов, завершают процесс метанообразующие бактерии. В общем случае биохимическая зона образования метана ограничивается глубиной (температурой) существования бактерий. Наиболее активна их деятельность при 25-45°С, некоторые из них могут существовать при 100°С. С погружением пород на большие глубины главная преобразующая роль отводится термокаталитическим реакциям, в результате которых вместе с метаном образуется большое количество жидких углеводородов (главная зона нефтеобразования). Ниже этой зоны генерируется преимущественно метан. Часть его имеет термометаморфическое, радиохимическое и космическое происхождение.

Метан широко используется как топливо и сырьё для промышленности. Хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, тетрахлорид углерода. При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод. Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана — важные промышленные методы получения ацетилена. Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты, метан используется как источник водорода при промышленном получении аммиака, а также водяного газа, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др. Важное производное метана — нитрометан.

Исторический очерк. Основной источник метана — природный газ, известен человечеству за много столетий до н.э. Древние римляне были знакомы с горючими свойствами газов, выделяющихся из трещин Земли ("вечные огни"). На месте таких выходов греки построили храм "богу небесного и земного огня" и назвали гору Химерой в честь огнедышащего фантастического чудовища. Огни Химеры горели свыше 3 тысяч лет. Многочисленные горящие источники издавна известны в Иране, Азербайджане, Ираке и других местах. Обилие их в Иране привело к созданию там в 7 веке религии огнепоклонничества, распространившейся и в другие места. Широко были известны "огнедышащие грязевые горы" — грязевые вулканы. В 15 веке отмечены случаи взрывов рудничного газа. Болотный газ был известен ещё раньше. Однако после описания англичанина Г. Кавендиша (1766) водорода как "горючего воздуха" некоторое время все горючие газы отождествлялись с водородом. А. Вольта (1776) установил отличие болотного газа от водорода и газов перегонки растительных масел. К. Бертолле (1785) доказал, что болотный газ состоит в основном из метана и содержит примесь азота. Количественное соотношение углерода и водорода в болотном газе определено Дж. Дальтоном (1805). Синтез метана осуществил Л. Мельзенс (1845) по схеме CCl CH4, использовав в качестве восстановителя амальгаму калия. П. Бертло получил метан непосредственно из сероуглерода, пропуская его пары вместе с сероводородом над медью, а также перегонкой формиата бария (1858). О добыче метана см. Газовая промышленность.



Комментарии

08 января 2016 г.
Идет таяние вечной мерзлоты и метан просачивается на поверхность и далее в атмосферу увеличивая парниковый эффект в атмосфере. Но ведь метан можно собирать с помощью промышленных установок , утилизировать и заставить работать на пользу людей! Мы можем уменьшить, замедлить надвигающуюся экологичекую катастрофу. Как донести до правительства эту рациональную идею чтобы это осушествить?!
Android-приложение
Смотрите также:
Геология полезных ископаемых: Минеральные ресурсы: Страны и континенты: Месторождения: Промышленные отрасли: Техника и технологии: Горное дело:
Отраслевые новости:

Аналитика: