Конверсия метана углекислым газом уравнение

Видео:Химия 9 класс (Урок№18 - Угарный газ. Углекислый газ.)Скачать

УГЛЕКИСЛОТНАЯ КОНВЕРСИЯ МЕТАНА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ. ПАРЦИАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ МЕТАНА. НОВЫЕ МОДИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА

Используется в промышленности гораздо реже паровой. Однако этот метод позволяет получать синтез-газ с мольным отношением СО : Н₂=1:1. Газ такого состава нужен для гидроформилирования, получения формальдегида или поликарбонатов. Используя комбинацию углекислотной и паровой конверсии, можно получать синтез-газ практически любого состава.

Углекислотная конверсия позволяет также вовлекать в синтез диоксид углерода, запасы которого огромны, а масштабы использования в промышленности невелики (в основном для производства соды, мочевины и салициловой кислоты), поэтому расширение числа синтезов на основе СО₂ – перспективное направление развития газохимии.

Углекислотная конверсия метана протекает с бо́льшим поглощением тепла, чем паровая конверсия. Селективности и конверсии, близкие к 100%, достигаются при 1000-1100°С. При температуре ниже 640°С равновесие реакции сдвинуто в сторону образования СН₄ + СО₂ (протекает метанирование СО).

Помимо основной реакции при углекислотной конверсии метана протекает реакция образования углерода:

СН₄+ 2СО₂ С + 2СО + Н₂О (DН = +641 кДж/моль),

Эта реакция является эндотермической и протекает при высоких температурах.

Катализаторыуглекислотной конверсии метана — металлы и их оксиды.

Из числа металлических катализаторов наибольшую активность проявляют металлы VIII группы. Она снижается в ряду: Rh>Pt>Pd

Ir>Ru. Они также менее подвержены зауглероживанию. Активность благородных металлов определяется примененным носителем, способствующим их диспергации на поверхности. Активность катализаторов, содержащих один и тот же металл и разные оксиды в углекислотной конверсии метана уменьшается в ряду Al₂O₃>ThO₂>SiO₂>MgO, соответствующем изменению кислотности носителя, способствующей образованию более мелких кристаллитов металла. Из неблагородных металлов наибольшей активностью характеризуется никель. Однако повышение температуры синтеза приводит к его закоксовыванию. Снизить этот эффект возможно, добавляя небольшие количества благородных металлов (

0,01-2%) к никелевому катализатору.

В качестве оксидных катализаторов можно использовать индивидуальные (например, MgO, СеО₂) и смешанные оксиды.

¯ Парциальное окисление метана.

При этом методе используют никелевые катализаторы, работающие при атмосферном давлении и температуре 750-900°С. В разных слоях реактора наблюдается:

— в верхних слоях — экзотермическую реакцию глубокого окисления

СН₄ + 2О₂ СО₂ + Н₂О (DН = -802 кДж.моль)

— в нижних слоях — эндотермическую реакцию углекислотной конверсии

СН₄ + СО₂ 2СО + 2Н₂ (DН = +261 кДж.моль)

К недостаткам метода можно отнести :

-высокую стоимость кислорода (

50% от общей величины),

-возможность разрушения катализатора за счет локальных перегревов,

-возможность образования углерода за счет газофазных реакций.

Парциальное окисление метана в синтез-газ благоприятно во всем интервале температур и могло бы дать 100%-ную конверсию, если бы не другие реакции, в частности, конверсия водяного газа и ее обратная реакция (гидрирование СО₂), а также реакции окисления метана:

СН₄ + О₂ СО₂ + Н₂

СН₄ + 1,5О₂ СО + 2Н₂О.

Наиболее полная конверсия метана при мольном отношении СН₄:О₂=2:1 достигается при температуре выше 750°С.

Различают парциальное окисление метана в объеме (гомогенное окисление) и на катализаторе.

Гомогенное окисление метана является единственным промышленным процессом получения синтез-газа парциальным окислением. Этот процесс некаталитический. Реакция протекает при температуре 1100-1300°С до достижения термодинамического равновесия. После удаления Н₂S и СО₂ синтез-газ имеет состав СО:Н₂=1:2.

Каталитическое окисление метана может быть использовано для понижения температуры процесса. Как и в паровой конверсии, для этой цели могут использоваться никелевые катализаторы.

Парциальное окисление при малом времени контакта. Высокие объемные скорости (10000 ч -1 и выше) обеспечивают хорошее смешение и минимальное влияние массопереноса. Малое время контакта может быть достигнуто при пропускании реакционной смеси через керамические блоки с нанесенным на них металлом — катализатором или через металлические сетки.

Малое время контакта (от 10 -5 до 10 -1 с) позволяет осуществлять процесс с высокой селективностью по синтез-газу (выше 90%) при почти полной конверсии метана. В этом случае метан окисляется по «прямому» механизму, минуя реакции глубокого окисления, паровой и углекислотной конверсии, которые требуют большего времени контакта. Такое проведение процесса является более перспективным, поскольку позволяет сократить размеры аппарата и, возможно, снизить тепловые нагрузки.

Дата добавления: 2015-04-15 ; просмотров: 5063 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. 10 класс.Скачать

Конверсия углекислого газа в продукты нефтехимии Текст научной статьи по специальности « Химические технологии»

Видео:конверсия МЕТАНАСкачать

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Калекин Вячеслав Степанович, Гулиянц Сурен Татевосович, Александрова Ирина Владимировна, Гулиянц Юрий Суренович

Приведены экспериментальные данные превращения оксидов углерода в метан и в углеводороды С 2—С 4. Описаны катализаторы и условия превращения диоксида углерода в метан при атмосферном давлении, что позволило сократить технологический цикл процессов.

Видео:Идеальный газ в молекулярно-кинетической теории | Физика 10 класс #28 | ИнфоурокСкачать

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Калекин Вячеслав Степанович, Гулиянц Сурен Татевосович, Александрова Ирина Владимировна, Гулиянц Юрий Суренович

Видео:ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ: Химическое Количество Вещества, Моль, Молярная Масса и Молярный ОбъемСкачать

Conversion of carbon dioxide into petrochemical products

Experimental data on conversion of carbon oxides into methane and hydrocarbons C2-C4 is given. The authors describe catalysts and conditions of conversion of carbon dioxide into methane at atmospheric pressure that reduce the production cycle of the processes.

Видео:Уравнение состояния идеального газа | Физика 10 класс #33 | ИнфоурокСкачать

Текст научной работы на тему «Конверсия углекислого газа в продукты нефтехимии»

УДК 661.971+504 В. С. КАЛЕКИН

С. Т. ГУЛИЯНЦ И. В. АЛЕКСАНДРОВА Ю. С. ГУЛИЯНЦ

Омский государственный технический университет

Тобольский индустриальный институт Тюменского нефтегазового государственного университета

КОНВЕРСИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ПРОДУКТЫ НЕФТЕХИМИИ______________________________________

Приведены экспериментальные данные превращения оксидов углерода в метан и в углеводороды С2—С4. Описаны катализаторы и условия превращения диоксида углерода в метан при атмосферном давлении, что позволило сократить технологический цикл процессов.

Ключевые слова: углекислый газ, конверсия, катализаторы, продукты нефтехимии.

C началом индустриальной эпохи человечество для производства энергии и товарной продукции стало активно использовать ископаемое топливо — сначала уголь, а затем нефть и газ. Совместно с массовой вырубкой лесов это привело к накоплению парниковых газов в атмосфере. Концентрация углекислого газа в ней за последние 250 лет увеличилась на треть, метана в полтора раза. Сегодня человечество «производит» около 25 млрд т углекислого газа ежегодно, что приводит к глобальному изменению климата нашей планеты [1]. Таким образом, перед

человечеством возникла проблема антропогенного изменения климата, решить которую возможно только путем совместного снижения выбросов парниковых газов в атмосферу Земли.

Основным источником выбросов СО2 в атмосферу являются дымовые газы энергетических установок различного типа, мощности и назначения. Одна крупная ТЭЦ, работающая на природном газе, потребляет от 0,5 до 2 млн м3 газа в сутки, образуя выбросы углекислоты в количестве от 1000 до 4000 т/ сутки. Если всю эту углекислоту использовать в

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

Рис. 1. Лабораторная установка каталитической конверсии СО2:

1 — баллон с углекислотой, 2 — генератор водорода, 3,4 — ротаметры, 5 — реактор, 6 — холодильник-конденсатор, 7 — приемник продуктов синтеза, 8 — газовый счетчик ГСБ, 9 — регистратор температуры КСП-4,

10 — регулятор напряжения

качестве сырья для получения углеводородов или других продуктов нефтехимического синтеза, получится крупный нефтехимический комбинат, производящий не менее 2 млн т в год продуктов на вторичном сырье.

В литературе приведены некоторые сведения о превращении диоксида углерода с участием водорода в метан, метанол и другие углеводороды в присутствии каталитических систем PdC^2-№-графит, кобальт-циркониевых, цинк-хромовых, медно-цинковых, никель-хромовых катализаторов. Основные недостатки известных способов — высокие давления, температуры и низкие степени превращения исходной смеси в целевые продукты [2 — 4].

Установление экспериментальным путём наиболее предпочтительных отечественных промышленных катализаторов, режимов и параметров процесса конверсии двуокиси углерода в углеводороды для увеличения степени превращения является целью настоящей работы.

Экспериментальная часть. Принципиальная схема лабораторной установки каталитической проточной конверсии СО2 представлена на рис. 1.

Углекислый газ из баллона 1 через вентиль тонкой регулировки, пройдя ротаметр 4, смешивался с водородом, и вся смесь подавалась снизу в металлический обогреваемый реактор 5 объемом 100 см3, заполненный катализатором. Температура в центре катализаторной зоны замерялась термопарой. Продукты реакции (жидкая фаза) после охлаждения и конденсации в холодильнике 6, собиралась в приемнике 7. Объем газовой фазы на выходе регистрировался газовым счетчиком барабанного типа ГСБ-400.

Анализ полученных продуктов производился на хроматографе «Хроматек-Кристалл» с детектором по теплопроводности, газ-носитель-водород, колонка ^ = 3 мм, 1 = 3 м) заполнена сорбентом триэтилен-гликольдибутират на диатомитовом кирпиче, ток детектора — 120 мА.

Характеристика применяемых веществ. В качестве водородсодержащего газа использовался электролитический водород. Сырьевая смесь содержала (%, масс.): водород в «35, азот «46, метан «6 и примеси СО и СО2 «13.

Катализаторы в реакторе перед работой предварительно подвергались восстановительной активации в течение 12 часов в токе водорода с объемной скоростью 600 ч-1 при температуре 250 — 280°С.

Для исследования превращений СО2 в реактор последовательно загружались промышленные ката-

лизаторы: алюмокобальт-молибденовый (АКМ, ТУ 38.10194-96), катализатор цинк-хромовый синтеза метанола (СМС-4, ТУ 113-05-5504-78) и катализатор никель на кизельгуре (ТУ 38.101396-89Е). Опыты по гидрированию СО2 проводились при температурах 200 — 300°С, мольном соотношении Н2:СО2, равном (1 — 3):1 и атмосферном давлении.

Метанирование сырьевой газовой смеси проводилось при атмосферном давлении на катализаторах никель-хромовом (ТУ 113-03-00209510-97-2003) и никель на кизельгуре (ТУ 38.101396-89Е). Физикохимические показатели (характеристики) катализаторов, согласно требованиям норм технических условий приведены в табл. 1.

Обсуждение результатов. Катализаторы АКМ и СМС-4 в условиях опытов при температуре 250 — 300 °С не активны. Для этих катализаторов необходимо повышенное давление в системе. Установлено, что основная реакция, протекающая на отечественных никелевых катализаторах в исследованном интервале температур 150 — 265 °С — реакция метани-рования СО2:

СО2 + 4Н2^СН4 + Н2О, АН=-164,9 кдж/моль.

Для реального процесса на никелевых катализаторах при 260 — 300°С и невысоком давлении, согласно [5], для скорости реакции справедливы уравнения:

При малых концентрациях СО2 скорость реакции выражается уравнением

где k1 — константа равновесия реакции углекислотной конверсии; ^ — константа скорости реакции образования воды; ^ — константа скорости реакции образования метана; , , — пар-

циальное давление СО2; Рн^ , , Р^5 — парци-

альное давление Н2; Рн 0 — парциальное давление

Н2О; Рсн^ — парциальное давление СН4.

Катализатор «никель на кизельгуре» Внешний вид Таблетки чёрного цвета

Диаметр и высота таблеток, мм со 5 1 5

Насыпная плотность, кг/м3 1100

Удельная поверхность $уд, м2/кг 100-150

Поверхность металлического никеля 5мет, м2/кг 13-15

Объём пор ^, м3/кг 0,4

Механическая прочность: на раздавливание «по образующей», Н/таблетка отношение прочности на раздавливание «по торцу» к прочности на раздавливание «по образующей» 78-118 2,0-2,5

Катализатор никель-хромовый Внешний вид Чёрные блестящие таблетки

Химический состав Никель, окись хрома

Диаметр и высота таблеток, мм 4^6

Насыпная плотность, кг/м3 1100^1400

Удельная поверхность $уд, м2/кг 140

Поверхность металлического никеля SMеT, м2/кг 35^40

Механическая прочность на раздавливание «по образующей»: доля таблеток, выдерживающих давление 392 кПа, % доля таблеток, выдерживающих давление 98 кПа, % 70^80 95^100

Результаты метанирования смеси газов (С0+С02) при объемной скорости 120 ч-1

К1: т-Сг Состав газа, % масс. Степень конверсии со+со2, %

Н N СН £со+со2 £с2*с4

Сырьё, газовая смесь 17,51 37,4 10,18 12,17 22,27 —

Продукты реакции при Т=150°С 14,94 53,21 11,44 0,29 12,56 97,62

Продукты реакции при Т = 207°С 16,74 45,02 17,94 0,00 7,6 100

Продукты реакции при Т = 265°С 11,32 51,52 35,07 0,24 1,85 98,03

Показатели степени при парциальных давлениях обозначают частный порядок реакции по СО2, Н2, Н2О, СН4.

Наиболее лучшие результаты по превращению оксидов углерода в метан на никель-хромовом катализаторе представлены в табл. 2.

Как следует из таблицы, при температурах 200 — 250°С и объемной скорости по газу 120 ч-1 можно достичь практически полного превращения оксидов углерода в метан при небольшом мольном избытке водорода к оксидам углерода, равном (25 — 40):1. Это позволяет упростить технологию процесса за счет исключения из технологической схемы узлов разделения и очистки продуктов, рецикла непревращен-ного водорода, а всю смесь использовать в качестве вторичного топлива (метано-водородная смесь).

Использование промышленного катализатора «никель на кизельгуре» позволяет провести реакцию превращения СО2 в метан при сравнительно «мягких» условиях — температуре 200 — 250°С и атмосферном давлении. Наблюдается полная конверсия СО2 в метан с образованием химически чистой

воды. Удельное сопротивление полученной воды составляет 0,03 — 0,04 мксм/м, что на порядок выше, чем у бидистиллированной воды, то есть вода гораздо чище и может быть использована для получения водорода электролизом.

Следует отметить, что в качестве источника водорода можно также использовать неабсорби-рованные газы процессов дегидрирования углеводородов [6]. Например, при дегидрировании изобутана или н-бутана на алюмохромовых катализаторах образуется большое количество водородсодержащих неабсорбированных газов, которые сжигаются в топливной сети. Ориентировочный средний состав этих газов следующий (%, масс.): водород — 22 — 25; азот — 15 — 20; метан — 10—12; Х(СО + СО2)-1,8-2,2; Х(С2-С4)-12-15. В объемных процентах этот состав будет выглядеть следующим образом: водород — 78,8; азот — 3,7; метан — 3,3; Х(СО + СО2)-2,2 и Х(С2-С4)-12-13. Количество перечисленных газов суммарно на двух установках дегидрирования производительностью 180 тыс. т в год бутадиена и 10 тыс. т в год изобутилена

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012

составляет около 15 т/час. При использовании этих отдувок в качестве источника водородсодержащего газа (ВСГ) в процессе метанирования часть водорода потратится на превращение содержащихся в отдув-ках оксидов углерода в метан, но при этом останутся «непотраченными» около 3,6 т/час водорода. Этого количества водорода достаточно для метанирования около 15 т углекислого газа с получением 5,5 т/час метана. На одной средней ТЭЦ 15 т/час углекислого газа или 360 т/сутки составляет практически полный выброс углекислоты с дымовыми газами.

Приведенные в работе результаты исследований по превращению диоксида углерода в углеводороды показали, что использование катализаторов никель-хромовый и никель на кизельгуре позволяет с высокой степенью конверсии провести реакцию превращения оксидов углерода в метан и углеводороды С2- С4 при атмосферном давлении и температуре 200-250°С. При повышении давления до 1,5 МПа температура процесса может быть ниже 200°С.

1. Ильинский, А. И. Киотский протокол и новый углеродный ресурс России / А. И. Ильинский // НефтьГазПромыш-ленность. — 2003. — № 4. — С. 25-26.

2. Бредников, В. М. Катализаторы синтеза углеводородов из СО2 и Н2 / В. М. Бредников // Журнал физической химии. -1975. — Т. 49. — С. 2988.

3. Розовский, А. Я. Основные пути переработки метана и синтез-газа / А. Я. Розовский // Кинетика и катализ. — 1980. -Т. 21. — № 1. — С. 97.

4. Ян, Ю. Б. Синтезы на основе оксидов углерода / Ю. Б. Ян, Б. К. Нефедов. — Л. : Химия, 1978. — 264 с.

5. Фальбе, Ю. М. Химические вещества из угля / Ю. М. Фальбе. — М. : Химия, 1980. — С. 216.

6. Кирпичников, П. А. Химия и технология мономеров для синтетических каучуков : учеб. пособие для вузов / П. А. Кирпичников, А. Г Лиакумович, Д. Г. Победимский. — Л. : Химия, 1981. — 264 с.

КАЛЕКИН Вячеслав Степанович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Транспорт, хранение нефти и газа. Стандартизация и сертификация» Омского государственного технического университета.

ГУЛИЯНЦ Сурен Татевосович, кандидат технических наук, доцент кафедры химии и химической технологии Тобольского индустриального института Тюменского государственного нефтегазового университета.

АЛЕКСАНДРОВА Ирина Владимировна, младший научный сотрудник кафедры химии и химической технологии Тобольского индустриального института Тюменского государственного нефтегазового университета.

ГУЛИЯНЦ Юрий Суренович, старший преподаватель кафедры химии и химической технологии Тобольского индустриального института Тюменского государственного нефтегазового университета, начальник установки ЦДНГ-7 НГДУ «Федоров-скнефть» ООО «Сургутнефтегаз».

Адрес для переписки: kalekinvc@mail.ru

Статья поступила в редакцию 28.04.2012 г.

© В. С. Калекин, С. Т. Гулиянц, И. В. Александрова, Ю. С. Гулиянц

Кировская, И. А. Дисперсные системы и поверхностные явления : учеб. пособие для хим. специальностей и направлений / И. А. Кировская ; ОмГТУ. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. — 214 с. — ISBN 978-5-8149-1150-6.

Изложены теоретические основы по важнейшим разделам коллоидной химии «Дисперсные системы» и «Поверхностные явления», единство рассмотрения которых составляет содержание современной коллоидной химии — физической химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Уделено внимание устойчивости, коагуляции, защите коллоидных растворов, структурообразованию, структурно-механическим свойствам и реологии; из поверхностных явлений — поверхностному натяжению, адсорбции на различных межфазных границах, включая адсорбцию паров. Для контроля и самоконтроля знаний приведены тестовые задания, требующие применения ЭВМ.

Кировская, И. А. Адсорбционные и каталитические процессы в экологической диагностике и защите [Текст] : учеб. пособие / И. А. Кировская ; ОмГТУ. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. — 128 с. : рис., табл. — Библи-огр.: с. 123-126. — ISBN 978-5-8149-1018-9 .

Изложены основные вопросы, касающиеся процессов адсорбции и катализа, имеющих существенное значение во всех составляющих окружающей среды (атмосфера, гидросфера, литосфера), а также аспекты их конкретного применения, включая базирующиеся на результатах исследований автора и его учеников. Для контроля и самоконтроля знаний приведены тестовые задания, требующие применения ЭВМ.

Видео:Уравнение состояния идеального газа. 10 класс.Скачать

Метан: способы получения и свойства

Метан CH₄ – это предельный углеводород, содержащий один атом углерода в углеродной цепи. Бесцветный газ без вкуса и запаха, легче воды, нерастворим в воде и не смешивается с ней.

Видео:Решение графических задач на тему Газовые законыСкачать

Гомологический ряд метана

Все алканы — вещества, схожие по физическим и химическим свойствам, и отличающиеся на одну или несколько групп –СН₂– друг от друга. Такие вещества называются гомологами, а ряд веществ, являющихся гомологами, называют гомологическим рядом.

Самый первый представитель гомологического ряда алканов – метан CH₄, или Н–СH₂–H.

Продолжить гомологический ряд можно, последовательно добавляя группу –СН₂– в углеводородную цепь алкана.

Общая формула гомологического ряда алканов C_nH_2n+2.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C₅–C₁₇ – жидкости, начиная с C₁₈ – твердые вещества.

Видео:Химические свойства алканов | Химия ЕГЭ для 10 класса | УмскулСкачать

Строение метана

В молекуле метана встречаются связи C–H. Связь C–H ковалентная слабополярная. Это одинарная σ-связь. Атом углерода в метане образует четыре σ-связи. Следовательно, гибридизация атома углерода в молекуле метана– sp 3 :

При образовании связи С–H происходит перекрывание sp 3 -гибридной орбитали атома углерода и s-орбитали атома водорода:

Четыре sp 3 -гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются, и располагаются в пространстве так, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным.

Поэтому четыре гибридные орбитали углерода в алканах направлены в пространстве под углом 109 о 28′ друг к другу:

Это соответствует тетраэдрическому строению молекулы.

Видео:ВСЕ ПРО АЛКАНЫ за 8 минут: Химические Свойства и ПолучениеСкачать

Изомерия метана

Для метана не характерно наличие изомеров – ни структурных (изомерия углеродного скелета, положения заместителей), ни пространственных.

Видео:Закон Авогадро. Молярный объем. 8 класс.Скачать

Химические свойства метана

Метан – предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для метана характерны реакции:

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для метана характерны только радикальные реакции.

Метан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

Видео:Запрещенный генератор бесплатной энергии [Свободная Энергия Джон Серл]Скачать

1. Реакции замещения

Для метана характерны реакции радикального замещение.

1.1. Галогенирование

Метан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании метана сначала образуется хлорметан:

Хлорметан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорметана, трихлорметана и тетрахлорметана:

Бромирование протекает более медленно.

Реакции замещения в алканах протекают по свободнорадикальному механизму.

Свободные радикалы R∙ – это атомы или группы связанных между собой атомов, которые содержат неспаренный электрон.

Первая стадия. Инициирование цепи.

Под действием кванта света или при нагревании молекула галогена разрывается на два радикала:

Свободные радикалы – очень активные частицы, которые стремятся образовать связь с каким-либо другим атомом.

Вторая стадия. Развитие цепи.

Радикал галогена взаимодействует с молекулой алкана и отрывает от него водород.

При этом образуется промежуточная частица – алкильный радикал, который в свою очередь взаимодействует с новой нераспавшейся молекулой хлора:

Третья стадия. Обрыв цепи.

При протекании цепного процесса рано или поздно радикалы сталкиваются с радикалами, образуя молекулы, радикальный процесс обрывается.

Могут столкнуться как одинаковые, так и разные радикалы, в том числе два метильных радикала:

1.2. Нитрование метана

Метан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании до 140 о С и под давлением. Атом водорода в метане замещается на нитрогруппу NO₂.

Например. При нитровании метана образуется преимущественно нитрометан: Видео:Урок 195. Изотермы реального газаСкачать 2. Реакции разложения метана (д егидрирование, пиролиз) При медленном и длительном нагревании до 1500 о С метан разлагается до простых веществ: Если процесс нагревания метана проводить очень быстро (примерно 0,01 с), то происходит межмолекулярное дегидрирование и образуется ацетилен: Пиролиз метана – промышленный способ получения ацетилена. Видео:Газовые законы. Изопроцессы | Физика 10 класс #34 | ИнфоурокСкачать 3. Окисление метана Алканы – малополярные соединения, поэтому при обычных условиях они не окисляются даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.). 3.1. Полное окисление – горение Алканы горят с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения алканов сопровождается выделением большого количества теплоты. Уравнение сгорания алканов в общем виде: При горении алканов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С. Промышленное значение имеет реакция окисления метана кислородом до простого вещества – углерода: Эта реакция используется для получения сажи. 3.2. Каталитическое окисление При каталитическом окислении метана кислородом возможно образование различных продуктов в зависимости от условий проведения процесса и катализатора. Возможно образование метанола, муравьиного альдегида или муравьиной кислоты: Важное значение в промышленности имеет паровая конверсия метана: окисление метана водяным паром при высокой температуре. Продукт реакции – так называемый «синтез-газ». Видео:Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Практическая часть.10 классСкачать Получение метана Видео:Печь паровой конверсииСкачать 1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца) Это один из лабораторных способов получения алканов. При этом происходит удвоение углеродного скелета. Реакция больше подходит для получения симметричных алканов. Получить таким образом метан нельзя. Видео:Химические свойства алканов. 1 часть. 10 класс.Скачать 2. Водный или кислотный гидролиз карбида алюминия Этот способ получения используется в лаборатории для получения метана. Видео:Ракетное топливо и горючее. Хранение и утилизация. в/ч 42759, С-25 (часть 7.2) RuRoomRECСкачать 3. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма) Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении. R–COONa + NaOH → R–H + Na2CO3 Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты. При взаимодействии ацетата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуется метан и карбонат натрия: Видео:Урок 146. Основное уравнение МКТ идеального газа - 2Скачать 4. Синтез Фишера-Тропша Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды: Это промышленный процесс получения алканов. Синтезом Фишера-Тропша можно получить метан: Видео:Получение метана из углекислого газа и водородаСкачать 5. Получение метана в промышленности В промышленности метан получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа . При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы. Поделиться или сохранить к себе: Смотрите также Сера — химические свойства, получение, соединения. Нитрат кальция: способы получения и химические свойства Кальций: способы получения и химические свойства Гидроксид натрия: способы получения и химические свойства Гидроксид кальция: способы получения и химические свойства Получение бензола Разница между глюкозой и сахарозой Гидроксид калия: способы получения и химические свойства