Газ

Примечания

1. Справочник химика / Редкол.: Никольский Б. П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
2. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (англ.) // J. Chem. Educ.
3. [www.xumuk.ru/encyklopedia/2551.html Статья «Метан» на сайте «Химик»]
4. ↑ Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны»
5. Куценко С. А. Основы токсикологии / С. А. Куценко. — СПб.: Фолиант, 2004.
6. ↑
7. ↑
8. Б. А. Павлов, А. П. Терентьев. Курс органической химии. — Издание шестое, стереотипное. — M.: Химия, 1967. — С. 58.

9.  (англ.). Energy Manager Today. Дата обращения 11 марта 2016.

10. Thunnissen, Daniel P.; Guernsey, C. S.; Baker, R. S.; Miyake, R. N. Advanced Space Storable Propellants for Outer Planet Exploration (англ.) // American Institute of Aeronautics and Astronautics : journal. — 2004. — No. 4—0799. — P. 28.

11. Чеберко, Иван . Известия (16 мая 2014). Дата обращения 18 июля 2020.

12. ↑
     (англ.). — «We chose LNG because it is highly efficient, low cost and widely available. Unlike kerosene, LNG can be used to self-pressurize its tank. Known as autogenous repressurization, this eliminates the need for costly and complex systems that draw on Earth’s scarce helium reserves. LNG also possesses clean combustion characteristics even at low throttle, simplifying engine reuse compared to kerosene fuels.». Дата обращения 14 июня 2019.
13. : «Удельный импульс у двигателя на СПГ высокий».
14. : «Чтобы освободить полости двигателя, нужно только пройти цикл испарения — то есть двигатель легче освобождается от остатков продуктов.».
15. : «За счет этого метановое топливо более приемлемо с точки зрения создания двигателя многоразового использования и летательного аппарата многоразового применения.».
16. . Climate Change 2001. United Nations Environment Programme.

Способы добычи природного газа

Благодаря разности давления в природном резервуаре и на поверхности земли, выход газа при наличии соответствующего пути происходит за счет собственной энергии. Организации, занимающейся газодобычей, требуется подготовить в осваиваемом пласте несколько скважин, при помощи которых удается компенсировать давление на разных участках. Весь процесс от добычи углеводорода до его поставки конечному потребителю организован таким образом, что летучее вещество все время находится в герметичных емкостях.

Для извлечения газа выполняется бурение с последующей установкой в скважину герметичных труб. Трубы вкладываются друг в друга по методу подзорной трубы. Буровая установка оснащается мощным инструментом, способным разбить твердые пласты камня. По мере увеличения глубины растет сопротивление породы, а скорость работы снижается.

Добыча сланцевого газа

Для укрепления стенок скважины и вывода на поверхность разбитого камня и грунта, в трубу установки закачивается специальный глинистый раствор. Поднимаясь обратно по стенкам трубы, раствор выносит на поверхность отработанную породу, а также создает на стенках плотный защитный слой. Полученная корка засыхает и становится естественным укреплением. После извлечения на поверхность, материал подается на специальные газообрабатывающие комплексы.

Основные меры безопасности

К сожалению, констатирование врачами смерти от газа в квартире — это частое явление. Изучение правил обращения с приборами и профилактические действия помогут обезопаситься от подобных случаев. Рассмотрим их:

1. Газовое оборудование должно использоваться только по назначению. Например, отапливать помещение с помощью кухонной плиты или духовки, особенно ночью, категорически нельзя.
2. Необходимо объяснять детям, чем пахнет газ при утечке и что в этом случае делать, если они остаются дома одни. А также нельзя допускать каких-либо игр вблизи баллонов, газовых котлов и других подобных приборов.
3. При неиспользовании оборудования отключать подачу вещества, перекрывая вентили.
4. Техническое обслуживание и установка агрегатов должны проводиться только специалистами, строго соблюдающих сроки проверок.
5. Если вдруг запахло газом, стоит незамедлительно его перекрыть и вызвать службу по номеру 04.
6. Вентиляция в помещении должна быть оборудована на должном уровне. Желательно, чтобы жилой дом был оснащен принудительной вытяжкой.
7. Если у агрегата отсутствует автоматическая система контроля, оставлять без внимания такой прибор нельзя.
8. Газовый баллон, который долгое время стоит «без дела» в непроветриваемом помещении хранить нельзя.
9. Готовя еду, не следует надолго отлучаться от плиты, закипевшая жидкость может потушить пламя и произойдет утечка газа.

Соблюдение техники безопасности спасает многих людей от случаев отравления и гибели из-за бытового газа. Правильная эксплуатация и своевременная проверка оборудования — залог «спокойной» жизни человека. Но всегда нужно быть настороже и уметь правильно помочь пострадавшему.

Биологическая роль

Показано, что эндогенный метан способен вырабатываться не только метаногенной микрофлорой кишечника, но и клетками эукариот, и что его образование значительно возрастает при экспериментальном вызывании клеточной гипоксии, например, при нарушении работы митохондрий при помощи отравления организма экспериментального животного азидом натрия, известным митохондриальным ядом. Высказывается предположение, что образование метана клетками эукариот, в частности животных, может быть внутриклеточным или межклеточным сигналом испытываемой клетками гипоксии.

Также показано увеличение образования метана клетками животных и растений под влиянием различных стрессовых факторов, например, бактериальной эндотоксемии или её имитации введением бактериального липополисахарида, хотя, возможно, этот эффект наблюдается не у всех видов животных (в эксперименте исследователи получили его у мышей, но не получили у крыс). Возможно, что образование метана клетками животных в подобных стрессовых условиях играет роль одного из стрессовых сигналов.

Предполагается также, что метан, выделяемый кишечной микрофлорой человека и не усваиваемый организмом человека (он не метаболизируется и частично удаляется вместе с кишечными газами, частично всасывается и удаляется при дыхании через лёгкие), не является «нейтральным» побочным продуктом метаболизма бактерий, а принимает участие в регуляции перистальтики кишечника, а его избыток может вызывать не только вздутие живота, отрыжку, повышенное газообразование и боли в животе, но и функциональные запоры.

Метан, формула, газ, характеристики:

Метан (лат. methanum) –  простейший по составу предельный углеводород, органическое вещество класса алканов, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода.

Химическая формула метана CH₄, рациональная формула CH₄. Изомеров не имеет.

Строение молекулы:

Метан – в обычных условиях лёгкий бесцветный газ, без вкуса и запаха. Однако в метан, используемый в качестве технического газа, могут добавляться  одоранты — вещества, имеющие резкий неприятный запах для предупреждения его утечки.

Метан – это основной компонент природного газа.

Является одним из парниковых газов. Его вклад в парниковый эффект составляет 4-9 %.

В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе. Для выделения из природного и попутного нефтяного газа производят их очистку и сепарацию газа. Также содержится в рудничном и болотном газах (отсюда произошли другие названия метана – болотный или рудничный газ), свалочном газе.

В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, на дне прудов и стоячих вод, где он образуется при разложении растительных остатков без доступа воздуха, в кишечнике жвачных животных, биореакторах, биогазовых установках и пр.) образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов.

В растворенном виде содержится в нефти, в пластовых и поверхностных водах. При переработке нефти метан выделяют отдельно для дальнейшего использования.

Помимо газообразного состояния в природе встречается еще и в твердом состоянии на дне морей, океанов и в зоне вечной мерзлоты в виде метаногидратов (гидратов природного газа), именуемых «горючий лёд».

Также содержится в сланцевой нефти, сланцевом газе и сжиженном газе (сжиженном природном газе).

Пожаро- и взрывоопасен.

Почти не растворяется в воде и других полярных растворителях. Зато растворяется в некоторых неполярных органических веществах (метанол, ацетон, бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и другие).

Метан по токсикологической характеристике относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007.

Сравнительная характеристика метана и пропана

Между этими газами существуют весомые различия, причем в отношении вопросов не только хранения, но и использования. Чтобы хранить метан, требуются тяжелые баллоны в силу высокого давления. Для сравнения – баллон емкостью 65 литров будет весить около 70 кг.

А чтобы обеспечить автомобилю хороший запас хода на одной заправке, необходим баллон как минимум на 100 литров. В качестве прочих различий можно перечислить следующие признаки:

• Мощность. Если пропан понижает мощность двигателя незначительно – всего на 3-5%, то потеря от метана может достигать около 20%.
• Экология. С точки зрения экологичности выигрывают авто на газе метан, поскольку он намного чище пропана. В последнем много разных примесей, за счет чего невозможно его считать в полной мере безопасным.
• Риски. Как выше было упомянуто, пропан более взрывоопасен, чем его оппонент.
• Стоимость ГБО. Произвести монтаж пропановой установки намного дешевле, чем установка ГБО на метане. Разница в цене может составить до 70%.
• Заправка. Метановые пункты в этом плане – это, скорее, редкость, чего нельзя сказать в отношении пропана.

Как можно заметить, оба вида альтернативного топлива имеют свои преимущества и недостатки, что вызывает определенные трудности при выборе какой-либо стороны.

Физические свойства

Молекулы газообразного вещества постоянно движутся, а расстояние между ними значительно превышает их диаметр. Благодаря такому расположению частиц газы не имеют формы, легко смешиваются и сжимаются.

Газообразные соединения приобретают форму сосуда, в котором находятся. Ударяясь о стенки сосуда с определённой скоростью, газы создают давление. Чем интенсивнее молекулы воздействуют на сосуд, тем выше давление.

Различные газообразные соединения смешиваются между собой в любых пропорциях. Природный газ – это смесь метана, водорода, сероводорода, углекислого газа, азота, гелия. Атмосфера состоит из смесей простых и сложных газообразных веществ – азота, кислорода, водорода, углекислого газа, водяного пара.

Рис. 3. Соотношение газов в атмосфере.

При сжатии объём газов становится значительно меньше. Например, объём кислорода уменьшается в 200 раз.

Описание некоторых газообразных веществ представлено в таблице.

За счёт свободного движения молекул газ равномерно распространяется в ограниченном пространстве. Такое явление называется диффузией. Яркий пример диффузии – распространение запахов. При приготовлении пищи на кухне запах постепенно распространяется по всей квартире.

Что мы узнали?

Газ – вещество, состоящее из хаотично движущихся частиц – молекул или атомов. Газообразные соединения можно получить выделением из атмосферы путём адсорбции и окисления. Также газ получают из жидких и твёрдых веществ путём изменения условий или взаимодействием простых и сложных веществ. Газы не имеют формы, легко смешиваются между собой и равномерно распределяются в закрытом пространстве. Наиболее распространённый газ в атмосфере – азот. Самый лёгкий газ.

Воздействие на двигатель

С того момента, как автомобильные двигатели начали работать на газообразном топливе, начались споры по поводу того, что лучше для силовой установки. Выбирали между бензином, метаном и пропаном. Этот вопрос актуален и в настоящее время, причем есть мнение, что ГБО на пропане или метане оказывает негативное влияние на эксплуатацию автомобиля. Но 60-летняя практика в полной мере опровергает это, и вот почему:

• бензин может смывать масло цилиндров, чего нельзя сказать про газ;
• у пропана и метана октановое число выше, чем у бензина – 100 и 110 против 95 (98) соответственно;
• при сгорании бензина низкого качества образуется сажа, с газовым топливом такого не будет.

В результате цилиндры изнашиваются не так быстро, что приводит к увеличению ресурса, вероятность детонации исключается, как и появление сажи.

Технология сжижения природного газа

Чистый метан получают из природного газа, удаляя из него другие компоненты: этан, пропан, бутан и азот. Чтобы получить жидкий метан, газ сжимают с последующим охлаждением. Процесс сжижения производится циклами. На каждом этапе объём уменьшатся до 12 раз. В жидкость он превращается в последнем цикле. Для сжижения используются разные виды установок, среди них:

• дроссельные;
• турбинно-вихревые;
• турбодетандерные.

При этом могут использоваться следующие схемы:

• каскадная;
• расширительная.

В каскадной схеме используются три агента для охлаждения. При этом температура жидкого метана снижается поэтапно. Такая технология требует больших капитальных затрат. В настоящее время данный процесс усовершенствовали и стали применять сразу смесь хладоагентов (этан и пропан). Такая схема стала самоохлаждающей, так как эти вещества получают из сжижаемого природного газа. Затраты немного уменьшились, но всё же остаются высокими.

При применении расширительной схемы используются более экономичные центробежные машины. Смесь предварительно очищают от воды и других загрязнений и сжижают под давлением за счёт теплообмена с холодным расширенным газовым потоком. Однако этот процесс требует большего затрата энергии, чем при каскадной схеме (на 25-35 %). Но в то же время экономятся капитальные затраты на компрессоры и эксплуатацию оборудования.

Температура жидкого метана, полученного в результате вышеописанного процесса, составляет в среднем 162 градуса.

Профилактические меры

Гораздо легче предотвратить утечку газа, нежели исправлять ее последствия

Также очень важно знать, как пахнет газ, для того, чтобы безошибочно определить проблемы

Очень важно проводить профилактические меры, которые заключаются в следующем:

Начиная с раннего возраста с детьми нужно проводить беседы об опасности газа. Газовые приборы должны приобретаться только при наличии соответствующих гарантийных талонов и сертификатов качества. Не рекомендовано приобретение б/у оборудования. Газовые баллоны нужно хранить вдалеке от горючих веществ, а также от детей. Они не должны находиться под прямыми солнечными лучами, а также в помещении с повышенной влажностью или высокой температурой. Периодически они должны проходить проверку. Положение газовых кранов должно постоянно контролироваться

Важно не допускать засора газовых горелок и периодически проверять и прочищать их. Покидая квартиру, особенно на длительный промежуток времени, рекомендовано перекрывать газовый вентиль. Во избежание потухания газа не нужно отходить от плиты далеко во время приготовления пищи

Во избежание потухания газа не нужно отходить от плиты далеко во время приготовления пищи.

Также категорически запрещается самостоятельно устанавливать газовое оборудование. Этим должен заниматься только сертифицированный специалист.

Нахождение в природе

Основной компонент природного газа (77—99 %), попутных нефтяных газов (31—90 %), рудничного и болотного газов (отсюда произошли другие названия метана — болотный или рудничный газ). В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, кишечнике жвачных животных) образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов.

Большие запасы метана сосредоточены в метаногидратах на дне морей и в зоне вечной мерзлоты.

Метан также был обнаружен на других планетах, включая Марс, что имеет значение для исследований в области астробиологии. По современным данным, в атмосферах планет-гигантов солнечной системы в заметных концентрациях содержится метан.

Предположительно, на поверхности Титана в условиях низких температур (−180 °C) существуют целые озёра и реки из жидкой метано-этановой смеси. Велика доля метановых льдов и на поверхности Седны.

Общая характеристика элементов главной подгруппы VIII группы

В состав главной подгруппы VIII группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева входит семейство так называемых благородных газов — гелий Не, неон Ne, аргон Аr, криптон Кr, ксенон Хе, радон Rn. Эти элементы известны также под названием инертные газы, так как в начале их изучении не было экспериментальных доказательств, свидетельствующих о способности этих элементов образовывать химические соединения. В настоящее время уже известны их многочисленные соединения, поэтому название «инертные» более правильно заменить словом «благородные».

Атомы благородных газов, как видно из табл. 16, имеют завершенную структуру внешнего электронного слоя, что затрудняет образование ими соединений. Этим объясняется и то, что в отличие от других простых газов благородные газы имеют одноатомные молекулы.

Легче всего соединения благородных газов образуются по донорно-акцепторному типу связи, однако известны и ковалентные соединения, но весьма неустойчивые, например XeF6, который легко взрывается при ударе, XeF4, ХеO4 и др. Эти соединения могут образовывать лишь «возбужденные» атомы благородного газа. «Возбуждение» атома, т. е. «распаривание» электронов внешнего слоя для образования химической связи, может произойти лишь в том случае, если это энергетически выгодно, т. е. когда на том же внешнем уровне имеются свободные орбитали, на которые могут перейти электроны. Например, атом неона имеет второй полностью завершенный энергетический уровень L.

Свободных орбиталей на этом уровне нет. Возбудить атом неона — значит перевести часть его электронов на другой, более высокий уровень М, что энергетически весьма невыгодно. Поэтому ковалентные связи у неона обнаружить не удается. У атома аргона распределение электронов на внешнем-(третьем) уровне следующее

Как показывает схема, у атома аргона в невозбужденном состоянии третий энергетический уровень М имеет 5 незанятых d-орбиталей, на которые при возбуждении атома могут переходить электроны. Это орбитали одного и того же уровня, поэтому для возбуждения атома аргона требуется меньше энергии, чем для атома неона. Еще легче возбуждаются и, следовательно, вступают в химические реакции атомы криптона, ксенона, радона. С увеличением радиуса атома уменьшается затрата энергии, необходимой для его возбуждения и, следовательно, увеличивается реакционная способность элемента. Другими словами, реакционная способность благородных газов увеличивается от гелия к радону. Устойчивость соединений этих элементов возрастает в том же направлении.

■ 1 . Чем объяснить первоначальное размещение благородных газов в нулевой группе периодической системы, а затем последующее их перенесение в VIII группу? (См. Ответ) 2. Почему атом криптона легче возбудить, чем атом неона? 3. Почему молекула хлора двухатомна, а неона — одноатомна? 4. Почему гелий и неон не образуют соединений с ковалентной связью? 5. Как зависит реакционная способность благородных газов от радиуса атома? (См. Ответ)

Отличия между метаном и пропаном для потребителя

АГЗС и АГНКС

Количество АГЗС (Автомобильная ГазоЗаправочная Станция) в разы превышает количество АГНКС (Автомобильная Газонаполнительная Компрессорная Станция). Причем это объясняется не только не высокой популярностью. В итоге это приводит к определенным трудностям, мало того, что в баллоны метана входит меньше, так его еще и заправить можно не везде. Как правило, АГНКС в силу особенностей хранения такого типа топлива располагаются за городом.

Цена

Метан стоит дешевле не только бензина, но и пропана, цена на метановое топливо, как правило, не колеблется и находится на одной постоянной отметке. В то время как пропан более дорогой и к тому же имеет постоянную тенденцию к подорожанию.

Стоимость установки и общий вес

Так как метан хранится в парообразном состоянии, для обеспечения необходимого запаса хода требуется много баллонов. Баллоны не только занимают много места, это практически все багажное отделение, но и стоят намного дороже. Если ставить металлические баллоны — это большой лишний вес, так как сами баллоны имеют толстые стенки, это необходимо для того, чтобы резервуар мог выдержать очень высокое давление 200–250 атмосфер. С другой стороны можно установить баллоны, выполненные из композитных материалов, которые намного легче, но с другой стороны стоят гораздо дороже, примерно в 4 раза.

Комплект ГБО

Оборудование отличается, к примеру, пропан необходимо преобразовать из жидкого состояния в парообразное, а метан изначально уже в этом состоянии. Метановые комплекты не имеют мультиклапана, а 3-ступенчатый редуктор.

Потребители

В основном метан устанавливают на большие грузовые авто, а также коммерческий транспорт, автобусы. Некоторые владельцы больших внедорожников и седанов бизнес-класса также ставят метан. То есть выгода достигается в случае, когда авто имеет двигатель с большим объемом и соответствующий расход. В общем, поставить метан на малолитражку, в принципе, возможно, проблема лишь в том, где и как расположить баллоны. В больших авто это не проблема, а вот у маленьких городских авто и задним пассажирам тесно, поэтому речи о баллонах вообще не может быть.

Как остановить глобальное потепление?

Но что же делать, чтобы не допустить плачевных последствий? Количество выбрасываемого коровами метана можно сократить, используя более качественные корма — процесс переваривания будет происходить быстрее с образованием минимального количества газов. Также исследователи призывают сократить использование ископаемого топлива и искать места их утечки при помощи дронов со специальными датчиками. Только вот прислушается ли мир к призывам ученых — большой вопрос.

О методах остановки развития глобального потепления ранее я уже писал в этом материале. Только в этой статьей я больше говорил об углекислом газе. Хоть он и слабее метана в плане удерживания тепла, его опасность все равно велика. Рекомендую почитать об этом газе тоже — приятного чтения!