任何事物都有两面性,甲烷也不例外。因此甲烷可以作为一种清
洁燃料来改善我们的生活环境,但是如果甲烷利用不当就会造成温室效应等危害。对于甲烷的开发,我国在相关的领域也有其重要发现。所以让我们从脚下出发来初步认识甲烷吧!
一、甲烷的介绍
甲烷,化学式CH4,是最简单的烃,由一个碳和四个氢原子构成的,甲烷分子的结构为正四面体结构,四个键的键长相同键角相等。甲烷在自然界的分布很广,甲烷是最简单的有机物,它是天然气,沼气,坑气等的主要成分,俗称瓦斯。也是含碳量最小(含氢量最大)的烃,也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。在标准状态下甲烷是一无色无味气体。 一些有机物在缺氧情况下分解时所产生的沼气其实就是甲烷。
甲烷主要是作为燃料,如天然气和煤气,广泛应用于民用和工业中。作为化工原料,可以用来生产乙炔 、氢气、合成氨、碳黑、硝氯基甲烷、二硫化碳、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氢氰酸等。
二、甲烷的性质
甲烷是一种无色无味的气体,它的熔点是-182.5℃、沸点 -161.5℃。在常温常压下,溶解度为0.03,它的分子结构为正四面体形非极性分子。它有一个特殊性质,就是极难溶于水。 一般情况下,甲烷是比较稳定的,与高锰酸钾等强氧化剂不反应,与强酸、强碱也不反应。但是在特定条件下,甲烷也会发生某些反应。
三、甲烷的用途
甲烷是一种很重要的燃料,是天然气的主要成分,约占87%,在现代能源领域占有重要地位。在标准压力的室温环境中,甲烷无色、无味;家用天然气的特殊味道,是为了安全而添加的人工气味,通常是使用甲硫醇或乙硫醇。在一大气压力的环境中,甲烷的沸点是−161 °C。空气中的瓦斯含量只要超过5%~15%就十分易燃。液化的甲烷不会燃烧,除非在高压的环境中(通常是4~5大气压力)。在中国国家标准规定中,甲烷气瓶为棕色,白字。
甲烷高温分解可得炭黑,用作颜料、油墨、油漆以及橡胶的添加剂等;氯仿和CCl4都是重要的溶剂。甲烷在自然界分布很广,是天然气、沼气、坑气的主要成分之一。它可用作燃料及制造氢、一氧化碳、炭黑、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。甲烷用作热水器、燃气炉热值测试标准燃料。生产可燃气体报警器的标准气,校正气。还可用作太阳能电池,非晶硅膜气相化学沉积的碳源。以及甲烷用作医药化工合成的生产原料。
除作燃料外,大量的甲烷还可用于合成氨、尿素和炭黑,还可用于生产甲醇、氢、乙炔、乙烯、甲醛、二硫化碳、硝基甲烷、氢氰酸等。甲烷氯化可得一、二、三氯甲烷及四氯化碳。
四、甲烷的危害
甲烷对人基本无毒,但浓度过高时,使空气中氧含量明显降低,使人窒息。当空气中甲烷达25%-30%时,可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时远离,可致窒息死亡,皮肤接触液化的甲烷,可致冻伤。
大气中造成温室效应的温室气体主要有二氧化碳、水蒸气、甲烷、一氧化碳、臭氧等。在这些温室气体中, 二氧化碳、甲烷和氯氟碳化合物( CFCs) 是作用最强的三种气体。
五、甲烷的开发与利用
垃圾填埋气的主要成分为CH4、CO2等气体,可严重污染大气、地下水和生态环境,并对全球气候变暖产生一定的影响;同时填埋气也是一种清洁可再生能源和资源,回收和利用垃圾填埋气可实现环境、安全、能源、资源、经济多重效益。目前,垃圾填埋气的利用主要为甲烷利用。
沼气的主要成分是甲烷,依靠沼气发酵微生物来生产,其过程大致可分为水解、产酸、产甲烷等阶段。沼气发酵微生物是一个统称, 可将其中的菌群按照作用机理分为不产甲烷菌和产甲烷菌两大类。 不产甲烷菌群以复杂的大分子有机物为原料,在维持自身生命活动的同时生产一些有机酸类物质;而甲烷产生菌则以有机酸为主要原料来生产甲烷。
由此可见,甲烷产生菌是沼气生产的核心。