Verbranding van methaan

Methaan is een gasvormige chemische verbinding met de chemische formule CH4. Dit is de eenvoudigste vertegenwoordiger van alkanen. Andere namen voor deze groep organische verbindingen zijn: verzadigde, verzadigde of paraffine koolwaterstoffen. Ze worden gekenmerkt door de aanwezigheid van een eenvoudige binding tussen de koolstofatomen in het molecuul en alle resterende valenties van elk koolstofatoom zijn verzadigd met waterstofatomen. Voor alkanen is de belangrijkste reactie verbranding. Ze verbranden met de vorming van gasvormige kooldioxide en waterdamp. Als gevolg hiervan wordt een enorme hoeveelheid chemische energie vrijgegeven, die in warmte of elektriciteit verandert. Methaan is een brandbare stof en het belangrijkste bestanddeel van aardgas, waardoor het een aantrekkelijke brandstof is. Het brede gebruik van natuurlijk fossiel is gebaseerd op de reactie van het verbranden van methaan. Aangezien het onder normale omstandigheden een gas is, is het moeilijk om deze te vervoeren naar verre afstanden van de bron, dus het is vaak eerder vloeibaar.

Het verbrandingsproces bestaat uit de reactie tussen methaan en zuurstof, dat wil zeggen bij de oxidatie van het eenvoudigste alkaan. Als gevolg hiervan worden kooldioxide, water en veel energie gevormd. Verbranding van methaan kan worden beschreven door de vergelijking: CH4 [gas] +202 [gas] → CO2 [gas] + 2H20 [damp] + 891 kJ. Dat wil zeggen, een molecuul methaan bij het interageren met twee zuurstofmoleculen vormt een molecuul kooldioxide en twee moleculen water. In dit geval is de warmte-energie gelijk aan 891 kJ. Natuurlijk gas is het schoonste voor het verbranden van fossielen, aangezien kolen, olie en andere brandstoffen complexer zijn in compositie. Daarom brengen ze tijdens de verbranding allerlei schadelijke chemicaliën in de lucht. Aangezien aardgas hoofdzakelijk bestaat uit methaan (ongeveer 95%), produceert de verbranding weinig of geen bijproducten, of is veel minder dan bij andere fossiele brandstoffen.

De calorische waarde van methaan (55,7 kJ / g) is hoger dan zijn homologen, bijvoorbeeld ethaan (51,9 kJ / g), propaan (50,35 kJ / g), butaan (49,50 kJ / g) of andere Soorten brandstof (hout, kolen, kerosine). Brandende methaan geeft meer energie. Om te verzekeren dat een gloeilamp van 100 watt gedurende een jaar brandt, moet 260 kg hout, of 120 kg kolen, of 73,3 kg kerosine of 58 kg methaan worden verbrand, wat overeenkomt met 78,8 m³ aardgas.

Het eenvoudigste alkaan is een belangrijke bron voor het opwekken van elektriciteit. Dit komt door het te verbranden als een stookketel die stoomturbine produceert. Ook wordt de verbranding van methaan gebruikt om hete rookgassen te produceren, waarbij de energie ervoor zorgt dat de gasturbine wordt verbrand (de verbranding wordt uitgevoerd aan de turbine of in de turbine zelf). In veel steden wordt methaan gevoed door leidingen naar huizen voor interne verwarming en koken. Vergeleken met andere soorten koolwaterstofbrandstoffen wordt de verbranding van aardgas gekenmerkt door een lagere uitstoot van kooldioxide en een grotere hoeveelheid warmte die wordt geproduceerd.

Verbranding van methaan wordt gebruikt om hoge temperaturen te bereiken in ovens van verschillende chemische industrieën, bijvoorbeeld grote ethyleenplanten. Natuurlijk gas gemengd met lucht wordt gevoed in de brander van pyrolyse ovens. Bij verbranding worden rookgassen met een hoge temperatuur (700-900 ° C) gevormd. Ze verwarmen de pijpen (ze zijn in de oven) waarin een mengsel van grondstoffen met waterdamp wordt gevoed (om de vorming van coke in de ovenpijpen te verminderen). Onder invloed van hoge temperaturen vinden veel chemische reacties plaats, wat resulteert in de productie van de doelcomponenten (ethyleen en propyleen) en bijproducten (pyrolyse zware hydro- en methaanfracties, ethaan, propaan, C4, C5, pyrocondensaat, die elk een eigen toepassing hebben Bijvoorbeeld, pyrocondensaat wordt gebruikt om benzeen of componenten van motor benzine te produceren).

Verbranding van methaan is een complex fysisch-chemisch fenomeen gebaseerd op een exotherme oxidatie-reductie reactie, gekenmerkt door een hoge stromingssnelheid en het vrijkomen van een grote hoeveelheid warmte, evenals door warmte-uitwisseling en massa-overdracht processen. Daarom is de berekende bepaling van de verbrandingstemperatuur van het mengsel een complexe taak, aangezien naast de samenstelling van het brandstofmengsel zijn druk en de initiële temperatuur sterk beïnvloed worden. Met hun toename wordt de brandtemperatuur waargenomen, en warmte-uitwisseling en massa-uitwisselingsprocessen dragen bij tot de afname ervan. De verbrandingstemperatuur van methaan bij het ontwerpen van processen en apparaten van chemische productie wordt bepaald door de berekeningsmethode en bij operationele installaties (bijvoorbeeld in pyrolyseovens) wordt het gemeten met thermokoppels.