Получаемая при помощи данного описания жидкость — метанол. Она известна также под названием метиловый (древесный) спирт и имеет формулу — СН3ОН.
Метанол в чистом виде применяется в качестве растворителя и как высокооктановая добавка к моторному топливу, а также непосредственно как высокооктановое топливо (октановое число => 115).
Это тот самый «бензин», которым заправляют баки гоночных мотоциклов и автомобилей.
Как показывают зарубежные исследования, двигатель, работающий на метаноле, служит во много раз дольше чем при использовании привычного нам бензина, а мощность его, при неизменно рабочем объеме, повышается на 20%.
Выхлоп двигателя, работающего на этом топливе, экологически чист и при проверке его на токсичность, вредных веществ не обнаруживается.
Малогабаритный аппарат для получения этого топлива прост в изготовлении, не требует особых знаний и дефицитных деталей, безотказен в работе. Его производительность зависит от различных причин, в том числе и от габаритов.
МЕТАН ШКОЛЬНИКУ — РАЗОБЛАЧЕНИЕ | КУРС МЕТАНА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ | МЕТАНДРОСТЕНОЛОН | ДАНАБОЛ (new)
Аппарат, схема и описание сборки которого приведены ниже, при диаметре реактора всего 75 мм, выдает три литра готового топлива в час. При этом вся конструкция имеет вес около 20 кг и приблизительно следующие габариты: 20 см в высоту, 50 см в длину и 30 см в ширину.
Химия процесса
Не будем вдаваться глубоко в варианты химических процессов и для простоты расчётов будем считать, что при нормальных условиях (20°С и 760 мм.рт.ст.) из метана получается синтез-газ по следующей формуле:
из 44,8 л метана и 22.4 л кислорода выходит 44,8 л окиси углерода и 89,6 л водорода, затем из этих газов получают метанол по формуле:
из 22.4 л окиси углерода и 44.8 л водорода получается: 12г(С)+3г(Н)+16г(О)+1г(Н) = 32 г метанола.
Значит, по законам арифметики из 22.4 л метана выходит 32 г метанола или приблизительно: из 1 м.куб метана синтезируется 1,5 кг 100%-го метанола (это ~2 литра).
Реально же, из-за низкого КПД в бытовых условиях, из 1 м.куб. природного газа получится меньше 1 литра конечного продукта (для данного варианта предел — 1 л/ч!).
На 2011 год цена 1 м.куб. бытового газа в России составляет 3.6-3.8 руб и постоянно повышается. Учитывая, что по теплотворной способности метиловый спирт вдвое хуже бензина, получаем эквивалентную цену, равную 7.5 руб. и, наконец-то, округляем до 8 руб. на прочие расходы — эл. энергия, вода, катализаторы, очистка газа,— все равно выходит гораздо дешевле бензина и означает, что «овчинка стоит выделки» при любом раскладе!
В цену этого топлива не включена стоимость установки (при переходе на альтернативные виды топлив всегда требуются период самоокупаемости), в данном случае цена будет колебаться от 5 до 50 тыс. руб, в зависимости от производительности, автоматизации процессов и чьими силами будет изготавливаться.
При самостоятельной сборке, обойдётся минимум 2, а макс.10 т. р. В основном деньги уйдут на токарные и сварочные работы, а также на подготовку компрессоров (можно от неисправного холодильника, тогда будет дешевле) и на материалы, из которых собирается этот агрегат.
Внимание: метанол является ядом. Он представляет собой бесцветную жидкость с температурой кипения 65°С, имеет запах, подобный запаху обычного питьевого спирта, и смешивается во всех отношениях с водой и многими органическими жидкостями. Помните о том, что 50 миллилитров выпитого метанола смертельны, в меньших количествах отравление продуктами распада метанола вызывает потерю зрения!
Принцип действия и работа аппарата
Функциональная схема аппарата приведена на рис. 1.
Водопроводная вода подключается ко «входу воды» (15) и, проходя далее, разделяется на два потока: один поток (очищается фильтром от вредных примесей) и через краник (14) и отверстие (С) входит в смеситель (1), а другой поток через краник (4) и отверстие (Ж) идет в холодильник (3), проходя через который вода, охлаждая синтез-газ и конденсат метанола, выходит через отверстие (Ю).
Бытовой природный газ, очищенный от примесей серы и пахучих одорантов, подключается к трубопроводу «Вход газа» (16). Далее газ входит в смеситель (1) через отверстие (Б), в котором, смешавшись с паром воды, нагревается на горелке (12) до температуры 100 — 120°С. Затем из смесителя (1) через отверстие (Д) нагретая смесь газа и водяного пара входит через отверстие (В) в реактор (2).
Реактор (2) заполнен катализатором №1, массовая доли: 25% NiO (оксид никеля) и 60% Al2O3 (окись алюминия) , остальное 15% CaO (негашеная известь) и др. примеси , активность катализатора — остаточная объемная доля метана при конверсии с водяным паром углеводородного газа (метана), полностью очищенного от сернистых соединений, содержащего метан не менее 90%, при объемном соотношении пар:газ=2:1, не более:
при 500°С — 37%
при 700°С — 5%.
В реакторе происходит образование синтез газа под воздействием температуры около 700°С, получаемой за счет нагрева горелкой (13). Далее нагретый синтез-газ входит через отверстие (Е) в холодильник (З), где он должен охладиться до температуры 30-40°С или ниже. Затем охлажденный синтез-газ через отверстие (И) выходит из холодильника и через отверстие (М) входит в компрессор (5), в качестве которого можно использовать компрессор от любого бытового холодильника.
Далее сжатый синтез-газ с давлением 5-10 атм. через отверстие (Н) выходит из компрессора и через отверстие (О) поступает в реактор (6). Реактор (6) заполнен катализатором №2, состоящим из 80% меди и 20% цинка.
В этом реакторе, который является самым главным узлом аппарата, образуется пары метанола. Температура в реакторе не должна превышать 270°С, что можно проконтролировать градусником (7) и регулировать краником (4). Желательно поддерживать температуру в пределах 200-250°С, можно и ниже.
Затем пары метанола и не прореагировавший синтез-газ через отверстие (П) выходят из реактора (6) и через отверстие (Л) входят в холодильник (З), где пары метанола конденсируют и через отверстие (К) выходят из холодильника.
Далее конденсат и не прореагировавший синтез-газ входят через отверстие (У) в конденсатор (8), где накапливается готовый метанол, который выходит из конденсатора через отверстие (Р) и краник (9) в какую-либо емкость.
Отверстие (Т) в конденсаторе (8) служит для установки манометра (10), который необходим для контроля давления в конденсаторе. Оно поддерживается в пределах 5-10 атмосфер или больше в основном с помощью краника (11) и частично краника (9).
Отверстие (Х) и краник (11) необходимы для выхода из конденсатора не прореагировавшего синтез газа, который идет на рециркуляцию обратно в смеситель (1) через отверстие (А), но как показала практика, выходные газы надо сжигать в фитиле, а не запускать обратно в систему. Да, это снижает КПД, но зато значительно упрощает настройку.
Краник (9) регулируют так, чтобы постоянно выходил чистый жидкий метанол без газа.
Лучше будет, если уровень метанола в конденсаторе будет увеличиваться, чем уменьшаться. Но самый оптимальный случай, когда уровень метанола будет постоянным (что можно проконтролировать путем встроенного стекла или какого-либо другого способа).
Краник (14) регулируют так, чтобы в метаноле не было воды, а в смесителе образовывалось пара лучше меньше, чем больше.
Запуск аппарата
Открывают доступ газа, вода (14) пока закрыта, горелки (12), (13) работают. Краник (4) полностью открыт, компрессор (5) включен, краник (9) закрыт, краник (11) полностью открыт.
Затем приоткрывают краник (14) доступа воды, а краником (11) регулируют нужное давление в конденсаторе, контролируя его манометром (10). Но не в коем случае не закрывайте краник (11) полностью.
Далее, минут через пять, краном (14) и зажжённой горелкой (21) доводят температуру в реакторе (6) до 200-250°С. После этого горелку (21) гасят, она нужна только для предварительного подогрева, т.к. метанол синтезируется с выделением тепла. Затем чуть-чуть приоткрывают краник (9), из которого должна пойти струя метанола. Если она будет идти постоянно — приоткройте краник (9) чуть больше, если будет идти метанол в смеси с газом — приоткройте краник (14).
Вообще, чем на большую производительность настроите аппарат, тем лучше.
Содержание воды в метаноле вы можете проверить с помощью спиртометра. Плотность метанола = 0,793 г/см 3 .
Метан, Methane
Часто этот взрывоопасный газ называют «болотным». Всем известен его специфический запах, но на самом деле это — специальные добавки «с запахом газа», которые добавляются для того, чтобы его распознать. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов. Помимо всего прочего, этот газ довольно активно участвует в образовании всем известного парникового эффекта.
Источники и получение метана
Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ).
На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений.
Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.
Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10—57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24—34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.
В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.
Свойства метана
Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м 3 . С воздухом образует взрывоопасные смеси . Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне. Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O2).
Взрывное горение распространяется со скоростью 500—700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м 2 . После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.
При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до муравьиной кислоты.
Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.
Применение метана
Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности . Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.
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 используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т. н. синтез-газа): CH4 + H2O → CO + 3H2, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др. Важное производное метана — нитрометан .
Автомобильное топливо
Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей. Однако плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа.
Это можно достичь сжатием метана до 20–25 МПа (200–250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.
Метан и парниковый эффект
Метан является парниковым газом . Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана росло очень быстро на протяжении последних двух столетий.
Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана — высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.
Недалеко от Санта-Барбары со дна океана в больших объемах в виде пузырьков выделяется метан – активный парниковый газ
Особенно опасен метан при проведении горных работ
Метан вместо бензина? Легко
Когда в атмосфере Марса был обнаружен метан, у ученых появилась надежда найти на планете следы жизни
Источник: www.niikm.ru
Метан — опасный парниковый газ или ключ к решению климатического кризиса
На конференции ООН по климату в Глазго более 100 стран подписали соглашение по сокращению выбросов метана на 30% к 2030 году. Рассказываем, почему мировые лидеры убеждены в срочности этой меры и чем этот газ, о котором еще недавно почти не говорили, так опасен для климата.
Проблема глобального потепления традиционно связывается в первую очередь с выбросами углекислого газа (CO2). Уже сейчас глобальная средняя температура Земли на 1,1 градус выше, чем в конце XIX века, а через двадцать лет, весьма вероятно, что этот показатель успешно достигнет 1,5 градусов, сорвав таким образом планы человечества зафиксированные в Парижских соглашениях.
Метан в экосистемах
Метан — газ, не имеющий ни вкуса ни запаха — был обнаружен, описан и классифицирован еще в 1776 году знаменитым итальянским физиком Алессандро Вольта (именно его именем названа единица измерения электрического напряжения — вольт). Заинтригованный статьей Бенджамина Франклина о «горючем воздухе», Вольта собрал газ выделяемый со дна болот и выделил из него чистый метан, крайне пригодившийся человечеству в дальнейшем. Сегодня этот газ используется в качестве топлива для обогрева и приготовления еды, а также в автомобильных и ракетных двигателях. Не удивительно, что его масштабное применение повлияло на концентрацию метана в атмосфере. Только 40% выбросов этого газа вырабатывается в результате естественных природных процессов, остальные же имеют антропогенный характер.
При этом до 80% от природных выбросов (25–32% всех выбросов) приходится на болота, особенно тропические. Здесь, в увлажненных почвах, хорошо себя чувствуют метаногенные бактерии, ответственные за естественное производство поступающего в атмосферу метана. Не случайно, что другое название метана — болотный газ.
Похожим образом образуется метан в донных отложениях озер (это при том, что их биопродуктивность в 10 раз ниже, чем у болот). Вырабатывают метан и океаны, хотя и меньше, чем пресноводные водоемы. Еще один источник метана — лесные пожары, во время которых газ образуется из-за неполного сгорания биологического материала. Также метан выделяется в атмосферу в ходе процессов в желудочно-кишечном тракте жвачных животных и пищеварение некоторых насекомых, например, термитов.
Наконец, важным но недостаточно изученным источником СH4 является таяние вечной мерзлоты, вызванное потеплением. Мерзлота занимает на нашей планете впечатляющие 35 млн. км 2 (более 30% которых приходятся на Россию). Постепенно оттаивающие почвы богаты как самим газом, так и органическими веществами, перерабатываемыми в метан бактериями. По прогнозам ученых, даже если удастся остановить глобальный рост температуры на отметке 2 градуса, все равно к 2100 году четверть приповерхностного слоя мерзлоты растает, а к 2200 году и вовсе исчезнет до 60% площади вечной мерзлоты.
(Не только) природный газ
Большая часть метана вырабатывается в ходе хозяйственной деятельности человека. В первую очередь (порядка 30%) это разведение сельскохозяйственных животных — так же как и дикие, домашние жвачные животные производят в процессе пищеварения метан (каждая корова, например, ежедневно отправляет в атмосферу порядка 300 литров газа). Ради обеспечения растущего населения планеты мясом и роста прибылей животноводческих компаний, увеличивается и поголовье крупного рогатого скота, впервые превысившее в этом году 1 миллиард голов. Лидером здесь выступает солнечная Бразилия, с более чем 220 млн. голов при населении в 213 млн. человек: то есть коров в этой стране больше, чем людей. Значительная часть бразильской говядины уходит на экспорт, а для расширения пастбищ ежегодно вырубаются тысячи квадратных километров амазонских тропических лесов.
Еще одним интенсивным источником метана являются рисовые поля, залитые водой. Искусственно увлажненная почва хороша не только для риса, но и для бактерий, активно вырабатывающих метан. Этот процесс схож с тем, что происходит в болотах, только более интенсивен. Корни риса активно вырабатывают вещества, служащие пищей для бактерий, поэтому поля становятся идеальной средой для сытой жизни выделяющих метан микроорганизмов.
Наконец, четверть выбросов метана приходится на добычу, транспортировку и переработку нефти и природного газа, а также, в меньших степени, на добычу угля. Частично он выпускается в атмосферу в качестве сопутствующего газа, но также значительные объемы высвобождаются при поломках и утечках. Буквально этим летом, в июне, крупная утечка произошла в Татарстане, на обслуживаемом «Газпромом» трубопроводе. По данным самой компании, в атмосферу тогда утекло 2,7 млн. куб. метров газа, что эквивалентно использованию 40 000 автомобилей в течение года. Обнаружить эту утечку удалось благодаря передовой системе спутникового наблюдения за выбросами метана.
Нельзя забывать и про все разрастающиеся полигоны, собирающие отходы жизнедеятельности мегаполисов, где органический мусор разлагается под воздействием вырабатывающих метан бактерий. И сжигание мусора тут никак не поможет — при горении снова и снова образуется отправляющийся в атмосферу газ.
Как сократить выбросы метана?
Метан сейчас — ключевой фактор в борьбе за ограничение потепления отметкой в 1,5–2 градуса, но действовать нужно прямо сейчас. По оценкам экспертов ООН, именно значительное сокращение выбросов СH4 на 45% к концу десятилетия помогло бы уменьшить рост температуры на планете на 0,3 градуса к 2045 году, предотвратив 260 000 преждевременных смертей, 775 000 связанных с астмой обращений в больницы и 25 млн. т. потерь урожая.
- Сокращение выбросов СH4 на 45% к концу десятилетия снизит рост температуры на планете на 0,3 градуса к 2045 году
Хорошая новость заключается в том, что технологии, способные привести к сокращению выбросов метана, уже существуют. При этом они, как правило, недороги и способны себя окупить. Вот самые распространенные из них:
1) Корма и пищевые добавки для коров
Для сокращения выбросов метана производимого во время пищеварения коров и других домашних жвачных животных можно, с одной стороны, использовать более качественные корма. Так, если бы все коровы в мире в течение года получали пищевую добавку Mootral Ruminant, сокращение выбросов метана было бы эквивалентно удалению с дорог 330 млн. автомобилей. А добавление в рацион коров морских водорослей, как указывают ученые Калифорнийского университета, способно сократить выбросы на целых 82%. С другой стороны, можно собирать выделяемый газ в специальные хранилища и использовать его потом, например, в качестве топлива, как предлагают делать аргентинские ученые, разместившие баки для метана прямо на спине парнокопытных.
2) Новые виды удобрений и сорта растений
Специальные удобрения и способы выращивания риса без затопления почв, а также внедрение новых сортов, позволит сократить выбросы метана производимого бактериями в почве. Например, еще в 2015 году шведские ученые разработали генно-модифицированный сорт, добавив ген ячменя. Такой рис стал более питательными, а в корнях его, наоборот, запасается меньше питательных веществ необходимых бактериям.
3) Улавливание на шахтах и угольных месторождениях
CH4 находящийся в угольных шахтах, а также сопровождающий нефтяные месторождения и залежи природного газа также можно и нужно не выбрасывать в атмосферу, а собирать и в дальнейшем использовать в качестве топлива для производства электричества. Газотурбинные электростанции, работающие на полученном из шахт метане уже сейчас действуют в Австралии, Германии, Китае и ряде других стран. Кроме того, переработка мусора поможет разгрузить загрязняющие атмосферу свалки. Рецепты эти уже известны и требуют скорейшего внедрения.
То, что 105 стран договорились снизить выбросы метана на треть к 2030 году — очень важный шаг. Даже при том, что многие природозащитные организации выступили с критикой решений, назвав их недостаточными. Остается надеяться, что Россия, один из мировых лидеров по выбросам метана, тоже вскоре присоединится к соглашению. Чем быстрее политики России, Китая и Индии придут к пониманию важности ограничения выбросов метана, тем больше у нас шансов выйти из климатического кризиса.
Источник: ecosphere.press