گاز متان چیست ؟
گاز متان یکی از اجزای اصلی گاز طبیعی می باشد. این گاز به دلیل فراوانی زیادی که روی کره زمین دارد به عنوان سوخت مناسب استفاده می شود. فرمول مولکولی آن CH4 بوده و این گاز ساده ترین هیدروکربن یا آلکان است ( متشکل از یک کربن و چهار پیوند هیدروژن).
با اینکه متان (methane) فراوانی قابل قبولی روی زمین دارد، اما ذخیره سازی آن با توجه به گازی بودن آن، نیازمند دما و فشاری استاندارد می باشد. متان به صورت طبیعی از طریق فرآیند های طبیعی و بیولوژیکی تولید می شود.
قابل ذکر است که متان در دمای اتاق و فشار استاندارد گازی کاملا بی رنگ و بی بو می باشد. از آن جایی که این گاز بسیار فرار است، به آسانی می سوزد و نتیجه ی این سوختن، کربن دی اکسید و آب می باشد.
یکی از نکاتی که باید توجه داشت این است که این گاز میتواند به اسانی جایگزین اکسیژن شود و ایجاد خفگی کند. همچنین متان یک گاز غیر قطبی می باشد و در آب نیز حل نمی شود.
همچنین یکی دیگر از نام های این ماده گاز مرداب می باشد.
مطالعه بیشتر:خرید نیتروژن مایع و کاربردهای ان
انواع کاربرد های گاز متان
لازم به ذکر است که با وجود تمام کاربردهایی که گاز متان در زندگی روزمره ما دارد، از تمامی کارخانه ها و مراکز تحقیقاتی گرفته، تا استفاده از این نوع گاز برای مصارف خانگی، این گاز (متان) به عنوان دومین عامل موثر در بالا رفتن اثر گازهای گلخانه ای شناخته می شود. دلیل اینکه متان به عنوان دومین عامل مخرب شناخته می شود این است که نسبت فراوانی آن به نسبت به فراوانی کربن دی اکسید در فضای هواکره کمتر است. در غیر این شرایط ، اثرات این گاز بسیار مخرب تر از کربن دی اکسید می باشد.
در صنعت نیز از گاز متان هم به صورت خالص و هم به صورت ناخالص و ترکیب با گازهای دیگر استفاده می شود.
برخی از کاربردهای این گاز به شرح زیر می باشد :
- استفاده به عنوان گاز شهری
- استفاده به عنوان سوخت خودروها در جایگاه های CNG
- استفاده در نیروگاه های برق به عنوان سوخت
- استفاده به عنوان سوخت موشک ها و راکت ها به صورت تصفیه شده
- استفاده برای سنتز مواد شیمیایی ( استیک اسید، استیلن و برخی حشره کش ها)
- استفاده برای تولید متانول در مقیاس های آزمایشگاهی
- استفاده برای تولید ترکیب های مختلفی مانند آمونیاک (از این رو نقشی کلیدی در تولید کودهای شیمیایی را داراست)
- استفاده جهت مصارف سوختی و تولید انرژی در صنعت
- استفاده با خلوص بالا به عنوان یک گاز مهم در دستگاه های شناسایی و آنالیز مواد مثل فلورسانس اشعه ایکس (XRG)
خواص فیزیکی و شیمیایی گاز متان
مشخصات فنی این گاز به شرح زیر است :
Molecular formula: CH4
Molar Mass : 16.042 g/mol
Appearance Colorless gas
Density 0.717 kg/m3, gas 415 kg/m3
Liquid Melting point -182.5 °C, 91 K, -297 °F
Boiling point -161.6 °C, 112 K, -259 °F
Solubility in water 3.5 mg/100 mL (17 °C)
Flash point: -188C°
جدول مشخصات فنی
نماد | CH₄ |
جرم مولی | ۱۶٫۰۴ گرم بر مول |
نقطه جوش | ۱۶۱٫۶− سانتی گراد |
چگالی | ۰٫۶۵۷ کیلوگرم بر متر مکعب |
نقطه ذوب | ۱۸۲− سانتی گراد |
شناسه ایو پاک | Methane |
کاربرد گاز متان در صنعت پتروشیمی
با توجه به اینکه هیدروژن و گاز سنتز اجزای اصلی و مهمی در صنعت پتروشیمی می باشند، تولید آن ها نیز بسیار مهم به شمار می آید. باید بدانیم که برای تولید گاز سنتز، اکسیداسیون گاز متان مورد استفاده قرار می گیرد.
همچنین این ماده بنیادی در صنایع پتروشیمی است و با گاز پروپان تحت عنوان گاز مایع (LPG) جهت مصارف سوخت و تولید انرژی به کار می رود.
برخی دیگر از واکنش های گاز CH4:
- از دیگر واکنش های گاز آلکانی متان، می توان هالوژناسیون را نام برد. ان واکنش در دسته واکنش های رادیکالی می باشد. اصول کار واکنش های رادیکالی به این شکل است که با تابش نور ماوراء بنفش به محیط، واکنش رادیکالی آغاز می شود.
- از دیگر واکنش ها و بسیار آشنای این ماده می توان واکنش سوختن را نام برد. این واکنش در صورت وجود اکسیژن، به صورت یک واکنش چند مرحله ای اتفاق می افتد.
- شرکت در واکنش های اسیدی و بازی نیز از دیگر واکنش هایی که این گاز در آن نقش دارد به شمار می رود. از آنجایی که این ماده یون های مثبت CH4+ را دارا است ، میتواند در واکنش های اسیدی و بازی نیز شرکت داشته باشد.
مطالعه بیشتر:مخزن کرایوژنیک و کاربردهای ان
متان خالص است یا ناخالص
از ان جهت که ترکیبات گاز متان همواره ثابت می باشد این گاز یک گاز خالص به حساب می اید.
اثر گذاری گاز متان بر تغییرات اقلیمی و محیط زیست
گاز متان یکی از اجزای اصلی گاز طبیعی می باشد و گسترش استفاده و بکارگیری ان می تواند تاثیر زیادی بر تغییرات اقلیمی در جهان داشته باشد.
به دلیل تاثیر این گاز در بالا رفتن دمای کره زمین بحث های زیادی پیرامون کاهش تولید و استفاده از ان وجود دارد .
تولید گاز متان
یکی از سوالاتی که در رابطه با این گاز همواره مطرح می شود این است که : گاز متان چگونه تولید میشود؟
ماده ای که راجع به آن بحث شد (گاز متان) یکی از ارزشمند ترین و مهم ترین منابع انرژی در دسترس انسان می باشد.
گاز مرداب یا همان متان در طبیعت از تجزیه باکتری های گیاهی زیر اب تولید می شود .
تولید گاز CH4 به 2 شکل صورت می پذیرد:
- خالص سازی گاز طبیعی و پالایش نفت
- بیوگاز، و یا تجزیه شدن مواد آلی گیاهی در شرایط بی هوازی
موادی که می توان از آن ها بیوگاز تولید کرد عبارتند از:
- کودهای شیمیایی
- بقایای مواد گیاهی
- پسماندهای شهری
- و…
برای تولید این گاز به صورت خالص از تقطیر جزء به جزء استفاده می شود. از آنجایی که دمای تقطیر هیدروکربن های مختلف با هم یکی نیست، با استفاده از تقطیر جزء به جزء، به آسانی قابل جداسازی هستند.
البته که یکی دیگر از منابع تولید گاز متان مرداب ها هستند. هنگامی که بقایای مواد الی به کف مرداب می رسند، در کف مرداب، در شرایطی که هوایی وجود ندارد، توسط باکتری های بی هوازیِ موجود تجزیه می شوند، و در حین تجزیه ی این مواد آلی توسط باکتری ها، این گاز تولید می شود. به دلیل این که این گاز از مواد بیولوژیک طی فرایندهای بی هوازی به دست می آید، به آن بیوگاز نیز گفته می شود. در واقع این میکروارگانیسم ها هستند که در مرداب ها تولید این گاز را انجام می دهند.
نکته: البته قابل ذکر است که تمامی گازهایی که در مرداب تولید شده اند را متان تشکیل نداده است، و فقط 60 الی 70 درصد این گازها را متان تشکیل داده است؛ که البته این امری بسیار عالی می باشد، چرا که این روش تولید این ماده در دسته منابع تجدید پذیر انرژی قرار می گیرد.
اعماق اقیانوس ها و دریاهای عاری از اکسیژن نیز می تواند محل بسیار مناسبی برای تولید این ماده در حضور باکتری های غیر هوازی باشد.
همچنین دفع زباله به روش کمپوست نیز یکی از روش های تولید گاز CH4 به شمار می رود.
یکی دیگر از منابع تولید این ماده ، می توان معادن زغال سنگ را نام برد که تحت عنوان سوخت فسیلی حجم زیادی از این ماده را درون خود نهفته دارند.
با وجود راه های موجود برای تولید این گاز، همچنان نفت و گاز از بزرگترین منابع تولید CH4 به شمار می روند. از آن جایی که هنگام سوختن گاز متان، کربن دی اکسید کمتری هنگام واکنش سوختن به نسبت دیگر هیدروکربن ها آزاد می شود، استفاده بیشتری دارد.
مطالعه بیشتر:آشنایی با مخزن نیتروژن مایع
حمل و نقل گاز متان
از آن جایی که این گاز همانند سایر گازهای صنعتی و مایعات صنعتی به عنوان سوخت مصرف زیادی دارد، میزان خرید و فروش آن نیز بالاست.بنابراین فرقی ندارد که اقدام به خریداکسیژن مایع کرده باشید یا گاز متان شما باید به دستو رالعمل های ایمنی برای نگهداری و حمل این محصولات توجه کنید. گاز متان را با کپسول هایی جا به جا می کنند. در حمل و نقل کپسول گاز متان باید نهایت احتیاط انجام گیرد چرا که در صورت بروز مشکل، گازی بسیار خطرناک و اشتعال پذیر می باشد. در نتیجه باید از قرار دادن کپسول در محل هایی با غلظت اکسیژن بالا و یا قرار دادن آن در مجاورت کپسول اکسیژن خودداری کرد. بدیهی است که قیمت کپسول این گاز بسته به سایز و خلوص کپسول متفاوت است.
این گاز با خلوص های متفاوتی در کپسول ها به فروش می رسد. هرچند برخی شرکت ها قادرند که با لوله کشی های مخصوص از محل تولید ان را به محل مصرف آن، گاز را منتقل نمایند.
نکات ایمنی کار با گاز متان
از آن جایی که این گاز هم بی رنگ و هم بی بو می باشد، و قادر است به راحتی جایگزین اکسیژن در هوا شود، می تواند به راحتی باعث خفگی شود؛ بدون این که حتی تحریکی در پوست و یا چشم ایجاد کند. از همین رو در استفاده این گاز به عنوان گاز شهری، به آن موادی اضافه می شود تا بویی داشته باشد و به هنگام نشتی استشمام بوی آن کار مشکلی نباشد و از خطرات ناشی از آن جلوگیری شود.
متان به خودی خود سمی محسوب نمی شود ولی قطعا در غلظت های بالا منجر به پیش آمدن حوادث ناگوار خواهد شد.
برای جلوگیری از مسمومیت توسط این گاز در مصارف خانگی، باید اتصالات مربوط به گاز شهری به صورت مداوم کنترل شود.
در مقیاس های صنعتی نیز برای جلوگیری از حوادث و اتفاقات ناگوار می توان از دستگاه هایی با عنوان آشکارساز های این ماده که قابل حمل نیز هستند استفاده کرد.
این ماده بخاطر قدرت اشتعال بالایی که دارد چنانچه در محیطی با مواد شیمیایی دیگر قرار بگیرد و در آن جا مقداری اکسیژن نیز باشد، ممکن است باعث ایجاد آتش سوزی شود.
استنشاق این گاز برای طولانی مدت می تواند عوارضی از جمله تهوع، اختلال در بینایی، مسمومیت، اختلال در حافظه، اشکال در تکلم و … اشاره کرد.
سوالی که با این خطرات ناشی از گاز متان مطرح می شود این است که، چرا با وجود خطرات ناشی از این گاز ، همچنان از این گاز استفاده می شود؟
جواب ساده است ، به این دلیل که سوخت های فسیلی دیگر مانند نفت، ساختار بسیار پیچیده تری از متان دارند ، و چون که پیچیده تر هستند ، مواد مضر بیشتری را به هوایی که ما در آن تنفس می کنیم وارد می کنند و می توانند اثرات بسیار زیانبار و مخرب تری را نسبت به این گاز بر جای بگذارند.
واکنش سوختن گاز مرداب
موادی که از واکنش سوختن گاز متان در دمای 300 – 450درجه سانتیگراد حاصل می شوند شامل :متیل الکل، فرمالدئید، اسید فرمیک، مونوکسید کربن، کربن و اب هستند.
شرایط نگهداری گاز متان
این گاز به دلیل خطر انفجار باید به دور از نور مستقیم خورشید و در محیطی با تهویه مناسب قرار بگیرند.
چه کشوری هایی بیشترین تولید گاز متان را دارا می باشند؟
مطابق گزارش وب سایت آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده کشورهای چین ، امریکا ، روسیه ، هند ، برزیل و نیجریه به ترتیب بالاترین سهم تولید این گاز را در اختیار دارند و نیمی از تولید این گاز توسط این کشورها انجام می شود و دلایل این حم بالای انتشار گاز متان توسط این کشورها دلایلی متفاوتی دارد از جمله تولید زغال سنگ و نفت و گاز .
واکنش ساختن گاز متان چگونه است و چه موادی از آن حاصل می شود؟
سلام. میخواستم بدونم واکنش ساختن گاز متان به چه شکلیه و چه موادی از این واکنش حاصل میشه؟ ممنونم
سلام. میخواستم بدونم واکنش سوختن گاز متان به چه شکلیه و چه موادی از این واکنش حاصل میشه؟ ممنونم
.با سلام . ممنون از پیام شما ، مواد حاصل از سوختن کربن شامل :متیل الکل، فرمالدئید، اسید فرمیک، مونوکسید کربن، کربن و اب هستند