Метан (CH₄) представляет собой химическое газообразное соединение семейства алканов. Атомы углерода соединены между собой простыми связями и насыщены атомами водорода. Газ нетоксичен, не определяется его наличие по запаху. Горение метана происходит при взаимодействии с окислителем, в качестве которого выступает кислород.
Реакция горения с участием кислорода
Метан выделяется при разработке шахты из пласта горных пород. Отследить его концентрацию без соответствующего оборудования невозможно, поэтому вблизи рудников нельзя использовать открытое пламя. Возгорание сопровождается повышенной теплоотдачей и резким увеличением температуры. Реакция горения метана происходит с выделением большого количества паров воды и двуокиси углерода, а также азота и избыточного кислорода. Излишек кислорода образуется только в тех случаях, когда его объем превышает требуемое для полного сгорания количество.
Остатки окислителя не используются в химической реакции и выделяются с продуктами сгорания. Горение метана возможно при его концентрации 5-15 %. При неполной реакции образуется также сажа и тяжелые углеводороды. В качестве ископаемого топлива используют природный газ. В нем содержится 95 % метана. Углерод, присутствующий в газе, сгорает полностью. При этом не образуются продукты сгорания, либо их количество минимально.
Особенности сгорания метана
Метан может выделяться из пластов горных пород постоянно или кратковременно. Кратковременное появление представляет собой выброс из зоны скопления при возникновении трещин и разломов в пласте. Помимо выделения газа, происходит выброс угля и обломков горных пород. Кратковременное выделение газа опасно для жизни человека из-за быстрого увеличения его количества, которое при достижении в метановоздушной смеси концентрации метана 5 % приводит к взрыву.
Для полного сгорания каждого 1 м3 газа в условиях топки понадобится около 2 м3 кислорода. Взаимодействие с окислителем допускается в условиях атмосферного воздуха. Если объем кислорода составляет 21 %, то для полного сгорания нужно 4,76 раз больше атмосферного воздуха, чем чистого кислорода. Процесс горения метана требует постоянного контроля поступления кислорода в топку. Для этого отбирают пробы продуктов горения на определение их состава в процентном соотношении.
Определение степени сгорания газа
При полном сгорании в отработанных газах содержится большое количество диоксида углерода и свободного углерода, при этом объем оксида углерода стремится к нулю. Неполная реакция, наоборот, сопровождается выделением СО2 в большом объеме и нулевым количеством диоксида углерода.
Для проверки степени сгорания природного газа проводят специальный тест. Фарфоровую чашку от тиля подносят к пламени. При полной реакции на поверхности сосуда не образуется копоть. Отсутствие коптящего пламени – свидетельство качественного сгорания природного газа.
При какой температуре горит метан?
Сжигание метана используется для получения тепловой энергии. Данное химическое соединение является взрывоопасным. При попадании в зону открытого пламени оно взрывается, но в условиях обычной температуры даже при достаточной концентрации газа в воздухе горение не происходит. Температура горения метана составляет 537 ⁰С при самовоспламенении, 187 ⁰С – при вспышке. Воспламенение с взрывом возможно, если его концентрация достигает не менее 5 %. Горение метана происходит при концентрации его от 14 %, взрыв не происходит. Температура плавления данного химического соединения составляет 182 ⁰С.
Интересный факт! Ученые выявили наличие залежей гидрата метана на океаническом шельфе Карского моря в местах вечной мерзлоты. Это вещество внешне похоже на утрамбованный снег. Оно представляет собой соединение воды с метаном. Гидрат метана абсолютно инертен при постоянной температуре, но способен воспламеняться при ее повышении. При изменении давления химическое соединение распадается на воду и метан. Из 1 см3 гидрата метана образуется 180 см3 чистого газа.