احتراق الميثان

الميثان هو مركب كيميائي غازي مع الصيغة الكيميائية للميثان. هذا هو أبسط ممثل الألكانات. أسماء أخرى لهذه المجموعة من المركبات العضوية هي: المشبعة أو المشبعة أو الهيدروكربونات البارافينية. وهي تتميز بوجود رابطة بسيطة بين ذرات الكربون في الجزيء، وجميع المشابك المتبقية لكل ذرة كربون مشبعة بذرة ذرات الهيدروجين. للألكانات، وأهم رد فعل هو الاحتراق. أنها تحرق مع تشكيل ثاني أكسيد الكربون الغازية وبخار الماء. ونتيجة لذلك، يتم تحرير كمية هائلة من الطاقة الكيميائية، والتي تتحول إلى حرارة أو كهرباء. الميثان هو مادة قابلة للاحتراق والمكون الرئيسي للغاز الطبيعي، مما يجعله وقود جذاب. ويستند الاستخدام الواسع للأحفوريات الطبيعية إلى تفاعل الميثان المحترق. وبما أنه في ظل الظروف العادية هو الغاز، فمن الصعب نقله إلى مسافات بعيدة من المصدر، لذلك غالبا ما يكون مسال في السابق.

وتتكون عملية الاحتراق من التفاعل بين الميثان والأكسجين، أي في أكسدة أبسط الألكان. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل ثاني أكسيد الكربون والماء والكثير من الطاقة. يمكن وصف احتراق الميثان بالمعادلة: غاز الميثان + غاز ثاني أآسيد الكربون 2 غاز ثاني أآسيد الكربون + 2H2O [بخار] + 891 كيلو جول. أي أن جزيء واحد من الميثان عند التفاعل مع جزيئين من الأوكسجين يشكل جزيئا من ثاني أكسيد الكربون وجزيئين من الماء. وفي هذه الحالة، تساوي الطاقة الحرارية 891 كيلوجول. الغاز الطبيعي هو أنظف لحرق الأحافير، لأن الفحم والنفط وأنواع الوقود الأخرى أكثر تعقيدا في تكوينها. ولذلك، أثناء الاحتراق، فإنها تطلق المواد الكيميائية الضارة المختلفة في الهواء. وبما أن الغاز الطبيعي يتكون أساسا من الميثان (حوالي 95٪)، فإن احتراقه ينتج القليل أو لا يوجد من المنتجات الثانوية، أو أقل بكثير منه في حالة أنواع الوقود الأحفوري الأخرى.

وتكون القيمة الحرارية للميثان (55.7 كيلوجول / غرام) أعلى من مثيلاته، على سبيل المثال، الإيثان (51.9 كيلوجول / غرام) والبروبان (50.35 كيلوجول / غرام) والبوتان (49.50 كيلوجول / غرام) أو غيرها أنواع الوقود (الخشب والفحم والكيروسين). حرق الميثان يعطي المزيد من الطاقة. لضمان حرق 100 واط لمبة المتوهجة خلال عام، فمن الضروري لحرق 260 كجم من الخشب، أو 120 كجم من الفحم، أو 73.3 كجم من الكيروسين، أو فقط 58 كجم من الميثان، وهو ما يعادل 78.8 متر مكعب من الغاز الطبيعي.

أبسط ألكان هو مورد مهم لتوليد الكهرباء. ويرجع ذلك إلى حرقه كخزان لإنتاج وقود الغلايات الذي يدفع التوربينات البخارية. أيضا، يستخدم احتراق الميثان لإنتاج غازات المداخن الساخنة، التي تضمن طاقة تشغيل توربينات الغاز (يتم الاحتراق إلى التوربينات أو في التوربين نفسه). في العديد من المدن، يتم تغذية الميثان من خلال الأنابيب إلى المنازل للتدفئة الداخلية والطبخ. ومقارنة بالأنواع الأخرى من الوقود الهيدروكربوني، يتميز احتراق الغاز الطبيعي بانبعاث ثاني أكسيد الكربون الأدنى وكمية أكبر من الحرارة المنتجة.

يستخدم احتراق الميثان لتحقيق درجات حرارة عالية في أفران الصناعات الكيميائية المختلفة، على سبيل المثال، مصانع الإثيلين ذات السعة الكبيرة. يتم تغذية الغاز الطبيعي مختلطة مع الهواء في الشعلات من أفران الانحلال الحراري. أثناء الاحتراق، يتم تشكيل غازات المداخن ذات درجة حرارة عالية (700-900 درجة مئوية). فهي تسخن الأنابيب (داخل الفرن) حيث يتم تغذية خليط من المواد الخام مع بخار الماء (للحد من تكوين فحم الكوك في أنابيب الفرن). تحت تأثير درجات الحرارة العالية، تحدث الكثير من التفاعلات الكيميائية، مما يؤدي إلى إنتاج المكونات المستهدفة (الإيثيلين والبروبيلين) والمنتجات الثانوية (الانحلال الحراري الثقيلة، والهيدرو والميثان الكسور والإيثان والبروبان، C4، C5، بيروكوندنزات، ولكل منها تطبيقها الخاص ، على سبيل المثال، يستخدم بيروكوندنزات لإنتاج البنزين أو مكونات البنزين المحرك).

احتراق الميثان هو ظاهرة الفيزيائية والكيميائية المعقدة على أساس رد فعل الأكسدة الحد من الطاردة للحرارة، وتتميز بمعدل تدفق عالية والإفراج عن كمية هائلة من الحرارة، وكذلك من خلال تبادل الحرارة وعمليات نقل الشامل. لذلك، فإن التحديد المحسوب لدرجة حرارة الاحتراق للخلطة هو مهمة معقدة، حيث أنه بالإضافة إلى تكوين خليط الوقود، فإن ضغطه ودرجة الحرارة الأولية تتأثران بشدة. مع زيادة، لوحظت درجة حرارة حرق، وتبادل الحرارة وعمليات التبادل الجماعي تسهم في انخفاضه. يتم تحديد درجة حرارة الاحتراق للميثان في تصميم عمليات وأجهزة الإنتاج الكيميائي بطريقة الحساب، وفي منشآت التشغيل (على سبيل المثال، في أفران الانحلال الحراري)، يتم قياسها مع مضاعفات حرارية.