Свойства ch4: Свойства метана – физико-химическая основа молекулы

Химические, физические и тепловые свойства метана  — Ch5, (хладагент R50)

	Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Свойства рабочих сред / / Метан Ch5 (хладагент R50)  / / Химические, физические и тепловые свойства метана  — CH4, (хладагент R50) Химические, физические и тепловые свойства метана  — CH4, (хладагент R50) Метан — основной компонент обычного природного=натурального газа. Молекулярная масса 16.044 Удельная плотность жидкого (по воде) на линии насыщения при температуре замерзания 0. 554 Удельный объем газа при НУ 1.51 м3/кг, 24.2 футов 3/фунт Плотность жидкого при атмосферном давлении 421 кг/м3 , 26.3 фунтов/фут3 Абсолютная вязкость газа при НУ 0.011 сПуаз Скорость звука в газе при НУ 446 м/с Удельная теплоемкость — cp 2260 Дж/(кг°K)=Дж/(кг°С), 0.54 БТЕ/(фунт°F) = кал/(г°C) Показатель адиабаты — cp/cv 1.31 Индивидуальная газовая постоянная — Ri 518 Дж/(кг°C) Теплопроводность газа при НУ 0.035 (Вт/м°C), 0.02 БТЕ/(час*фут* °F) Температура кипения на линии насыщения при 1 атм = 14.7 psia = 760 мм рт. ст. -161,6 °C, -259 °F Удельная теплота парообразования при температуре кипения 510000 Дж/кг, 219.2 БТЕ/фунт Температура плавления / замерзания при 1 атм -182.6°C, -296.6°F Удельная теплота плавления 32600 Дж/кг, 14 БТЕ/фунт Критическая температура — температура при которой жидкая фаза существовать уже не может -82.3°C, -116°F Критическое давление- давление насыщенных паров при критической температуре 4.64 МПа, 673 psia Критический удельный объем — «плотность наоборот» в критическом состоянии, когда теряется различие в свойствах между жидкостью и ее паром 0.0062 м3/кг Пожароопасность Нет Теплотворная способность — см. специальный раздел проекта TehTab.ru
Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru Реклама, сотрудничество: [email protected]	Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Каталог Nemoto на сайте официального дистрибьютора в России АО «ЮЕ-Интернейшнл»

Компания Nemoto & Co. Ltd является одним из мировых лидеров по производству недорогих термокаталитических и электрохимических сенсоров и датчиков для детектирования и определения концентрации горючих, токсичных газов и газовых примесей в составе воздуха.

Газовые датчики и сенсоры фирмы Nemoto используются производителями различных приборов для определения горючих и токсичных газов в местах, где возможна их утечка или накопление, что может представлять собой угрозу для безопасности людей. Основные области применения:

• Нефтепродукты
• Фармацевтические продукты
• Химические заводы
• Пищевая промышленность
• Места захоронения отходов
• Коммунальное газоснабжение
• Исследовательские лаборатории
• Подземные автомобильные стоянки
• Заводы по изготовлению полупроводниковых приборов
• Очистительные заводы
• Шахты
• Автомобильные/железнодорожные туннели
• Литейное производство
• Атомные станции
• Сталеплавильные заводы

Nemoto производит широкую линейку газовых датчиков и сенсоров, которые измеряют концентрацию таких газов как метан Ch5, кислород O2, аммиак Nh4, сероводород h3S, двуокись азота NO2, угарный газ CO, алкоголь и т. д.

Самыми популярными датчиками Nemoto, всегда имеющимся на складе ЮЕ-Интернейшнл,  являются NAP505 (Угарный газ CO) и NAP50A  (метан Ch5).

Таблица 1. Датчики для
бытового применения.

Тип измерения	Измеряемый газ	Модель сенсора	Детектируемый диапазон	Свойства
Каталитический	Взрывоопасные газы	NAP50A	Ch5: 0,05-2,5% Iso-C4h20: 0,03-1%	Миниатюрный корпус, низкое потребление энергии, низкая чувствительность к этанолу
		NAP55A		Миниатюрный корпус, низкое потребление энергии
		NAP56
	Водород, сжиженный газ, растворители	NAP66A	h3: 0,04-2% Iso-C4h20: 0,02-1%	Миниатюрный корпус, низкое потребление энергии
		NAP67A
	Взрывоопасные газы для коммерческого использования	NAP100AM	Ch5 0,03-5% >/br> Iso-C4h20: 0,02-1,8%	Высокая производительность
		NAP100AC
		NAP100AD		Устойчивость к высоким температурам
		NAP100AH	h3: 0,05-4%	Только для водорода
	Неполные взрывоопасные газы	NAP78A	1/2h3+CO: 0,03-2%	Для газовых бойлеров, для нефтяных бойлеров
Электрохимический	Угарный газ	NAP505	CO: 10-1000 ppm	Высокая точность
	Этанол (алкоголь)	NAP-530	0-200 ppm	Высокая точность. Подходит для полицейских детекторов.
	Углекислый газ	NAP21A	CO2: 2-100%	Универсальный тип
Ионизационный	Дым сигарет	NIS02	0,5-5%
Полимерный, резистивный	Относительная влажность	NHS12	10-90%	Для низкой влажности
		NHS20	20-95%	Стандартный тип
		NHS25	20-100%	Высоконадёжный, конденсат

Таблица 2.

Датчики для индустриального
применения.

Сайт компании

Для оформления заказа Вы можете обратиться к нашим менеджерам через форму связи или написать на почту yesupport@yeint. ru.

Классификация моторных масел и смазочных материалов

Классификация моторных масел API впервые появилась в 1947 г. по инициативе Американского института нефти (API: American Petroleum Institute), который классифицировал смазочные материалы согласно уровню их функциональных свойств и вводил новые стандарты, когда это требовал американский авторынок.

API совместно с SAE разработали данную классификацию, разделив различные категории масел начиная с 1947 г. и до настоящего момента согласно их характеристикам и типам применяемых двигателей. Количество категорий не ограничено и институт API вводит новые категории каждый раз, когда автомобильный рынок выдвигает новые требования к моторным маслам.

Условные обозначения:

• первая буква обозначает применение смазочных материалов:
  — масла для бензиновых двигателей обозначаются буквой S
  — масла для дизельных двигателей — буквой C.
• вторая буква обозначает уровень свойств моторного масла.

Классификация моторных масел API для бензиновых двигателей

SE ***	Бензиновые двигатели 1972. Те же требования к моторному маслу, что и для категории SD, но лучше защита двигателя.
SF ***	Бензиновые двигатели  1980. Те же требования, что и для категории SE, но улучшена защита от износа и окислительная стабильность.
SG ***	Бензиновые двигатели 1988. Те же требования, что и для категории SF, но лучше защита от износа, образования шлама и окисления масла.
SH ***	Бензиновые двигатели 1993. Те же требования, что и для категории SG, но вводится система лицензирования и записи результатов всех моторных тестов и формул с целью гарантии качества. Символ API, который свидетельствует о дейсвтительном соответствии уровню SH помещается на этикетки канистр.
SJ	Бензиновые двигатели 1996. Те же требования, что и для категории SH (включая лицензию и систему сертификатов) с лучшей защитой от окисления масла при высоких температурах и забивания катализатора.    Начиная с  01/08/97, уровень SJ официально заменяет SH.
SL	Бензиновые двигатели 2001. Новые тесты на степень износа  (Seq IVA), моющие свойства моторного масла (TEOST MHT4), окисление (Seq IIIF) и низкотемпературные отложения (Seq VG)  для лучшей защиты двигателя и продления интервала замены масла. Стандарт SL заменил  API SJ в середине 2001г.
SM	Бензиновые двигатели 2004. Улучшены общие свойства для максимально-расширенного интервала замены масла. Ужесточен тест на высокотемпературные отложения (TEOST), новый тест на окисление (Seq. IIIG).
SN	Бензиновые двигатели 2010. Представлен в октябре 2010 г. Разработан для автомобилей 2011 года выпуска и более ранних. Улучшенная защита от высокотемпературных отложений на поршнях. Более жесткие требования к контролю сажи и совместимости с уплотнителями.

Классификация моторных масел API для 2-тактных двигателей

Классификация API для 2-тактных двигателей имеет четыре уровня: TA, TB, TC для наземных транспортных средств и TD для использования на лодочных 2-тактных двигателеях. Производители рассматривают данную класификацию моторных масел как устаревшую. Эстафету приняла японская спецификация JASO, признанная в среде профессионалов. Международная специяикация ISO базируется на данной японской спецификации, опубликованной в 1997г.

Спецификации по API для дизельных двигателей.

CE *	«Требовательные» коммерческие дизельные двигатели (1987). Очень жесткие условия эксплуатации для нагруженных дизельных двигателей. Соответствует CD, усиленная защита от износа и высокотемпературных отложений, лучший контроль за окислением и расходом масла.
CF-4 *	«Требовательные» коммерческие дизельные двигатели (1991).Те же требования, что и для категории CE, но усиленная защита против отложений на поршнях и высокого расхода масла.
CF	Дизельные двигатели с непрямым впрыском (1994). Масла для строительной и карьерной техники, а также для двигателей, использующих дизельное топливо с высоким содержанием серы (>0.5%). Могут быть использованы вместо API CD. Иногда используются в дизельных двигателях для пассажирского транспорта.
CG-4	Коммерческие дизельные двигатели, работающие в под тяжелыми нагрузками (развитие API CF-4, 1995). Масла для двигателей, соответствующих ограничениям по выхлопам в  США 1994 г. (дизельное топливо с содержанием серы ≤ 0.05%).  Могут быть использованы с дизельным топливом, содержащим серу в количестве до 0,5%).
CH-4	Дизельные двигатели под очень высокими нагрузками, удовлетворяющие стандартам по выхлопам США (1998). Масла, соответствующие требованиям США 1998г. для двигателей с пониженным уровнем выхлопов, специально разработаны для дизельного топлива с содержанием серы не более 0,5%. Особенно эффективны в борьбе с коррозией, износом, сажей и окислением. Высокая сдвиговая стабильность и устойчивость к вспениванию. Продлевают срок службы двигателей, эксплуатируемых в самых разнообразных условиях. Перекрывая требования предыдущих стандартов, данные масла достаточно гибко могут быть использованы в разнородных парках техники.
CI-4	Дизельные двигатели под очень высокими нагрузками (2002). Масла для последних дизельных двигателей с пониженным выхлопом, перекрывает требования CH-4. Особенно подходит для оборудования, работающего на дизельном топливе с очень низким содержанием серы (менее 0,5%). Ужесточенные требования к свойствам масел и одновременное увеличение интервала замены масла в 2 раза. Увеличение срока службы двигателя. Также принимается во внимание более строгие требования к работе с системами доочистки выхлопных газов.   Новая версия, названная API CI-4 Plus была опубликована в 2004г. с целью улучшить совместимость с системами EGR
CJ-4	Представлена в 2006г для 4-тактных высокоскоростных двигателей, удовлетворяющих требованиям к выхлопам 2007 года. Эти масла были разработаны для двигателей, оснащенных сажевыми фильтрами и рассчитанных на использование дизельного топлива с содержанием серы до 0,05%. Могут быть использованы вместо масел стандартов API CF-4, CG-4, CH-4, CI-4 и CI-4 Plus

Классификация моторных масел API для 2-тактных дизельных двигателей.

Классификация API трансмиссионных масел

API-GL-1

Минеральные трансмиссионные масла без присадок или с антиокислительными и противопенными присадками без противозадирных компонентов для применения, среди прочего, в коробках передач с ручным управлением с низкими удельными давлениями и скоростями скольжения. Цилиндрические, червячные и спирально-конические зубчатые передачи, работающие при низких скоростях и нагрузках.

API-GL-2

Червячные передачи, работающие в условиях GL-1 при низких скоростях и нагрузках, но с более высокими требованиями к антифрикционным свойствам. Могут содержать антифрикционный компонент.

API-GL-3

Трансмиссионные масла с высоким содержанием присадок с уровнем эксплуатационных свойств MIL-L-2105. Эти масла применяются предпочтительно в ступенчатых коробках передач и рулевых механизмах, в главных передачах и гипоидных передачах с малым смещением в автомобилях и безрельсовых транспортных средствах для перевозки грузов, пассажиров и для нетранспортных работ. Обладают лучшими противоизносными свойствами, чем GL-2.

API-GL-4

Трансмиссионные масла с высоким содержанием присадок с уровнем эксплуатационных свойств MIL-L-2105. Эти масла применяются предпочтительно в ступенчатых коробках передач и рулевых механизмах, в главных передачах и гипоидных передачах с малым смещением в автомобилях и безрельсовых транспортных средствах для перевозки грузов и пассажиров и для нетранспортных работ.

API-GL-5

Масла для гипоидных передач с уровнем эксплуатационных свойств MIL-L-2105 C/D. Эти масла предпочтительно применяются в передачах с гипоидными коническими зубатыми колесами и коническими колесами с круговыми зубьями для главной передачи в автомобилях и в карданных приводах мотоциклов и ступенчатых коробках передач мотоциклов. Специально для гипоидных передач с высоким смешением оси. Для самых тяжелых условий эксплуатации с ударной и знакопеременной нагрузкой.

Классификация ACEA

Классификация моторных масел AСEA адаптирована под новые технологии, принимающие во внимание Европейские требования к защите окружающей среды. Начиная с 1996 г. было издано несколько версий стандартов AСEA.
Соблюдение требований ACEA 2008 является обязательным условием с декабря 2010г.

Версия ACEA 2008 определяет четыре категории бензиновых и дизельных двигателей (A1/B1, A3/B3, A3/B4, A5/B5), четыре категории автомобилей с системами доочистки выхлопных газов (C1, C2, C3, C4), и четыре категории дизельных двигателей, используемых на тяжелой технике (E4, E6, E7, E9), две из которых относятся к тяжелым транспортным средствам, оснащённым системами доочистки выхлопных газов DPF или CRT (E6, E9).

Категория А/B:
A – бензиновые двигатели
B – дизельные двигатели

Категория C:
Двигатели с системами доочистки выхлопных газов

Описание требований ACEA 2008 к маслам категории Low SAPS (низкое содержание серы, фосфора и сульфатных зол)

Классификация ACEA для тяжелой техники

	Низкое содержание SAPS	Среднее содержание SAPS
Расширенный интервал замены	E6	E4 TBN ≥ 12%
Стандартный интервал замены	E9	E7 TBN ≥ 9. 0%

КЛАССИФИКАЦИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ SAE J300

Классификация SAEJ 300 используется для характеристики вязкости (сопротивления течению) масла при высоких и низких температурах.
SAE: Society of Automotive Engineers (Общество автомобильных инженеров, США).

ASTM

1. ASTMD 2602 – имитатор холодного пуска CCS
2. ASTMD 4684 и D 3829 – мини-ротационный вискозиметр MRV
3. ASTMD 445 – стеклянный капиллярный вискозиметр
4. ASTMD – конический имитатор подшипника HTHS

Пример: SAE 15W- 40

15W — Низкотемпературный класс вязкости.
Буква « W » означает winter (зима)
Чем ниже класс, тем ниже температура возможного старта двигателя
40 — Высокотемпературный класс
Чем выше класс, тем выше температура, которую может выдержать масло (защита двигателя при высоких рабочих температурах).

SAE xxW-yy  — Всесезонное масло, например Quartz 9000 5W-40
SAE xxW  или SAE yy – Сезонное масло, например Rubia S 10W 

Сезонные масла, в основном, используются там, где нет сильных перепадов температуры и среднегодовая температура достаточно высокая. Всесезонные масла предлагаются как с зимней, так и с летней степенью вязкости.

Равновесные параметры газовых смесей h3–h3O–CO–CO2–Ch5 в отсутствии и присутствии углерода | Чернуха

Равновесные параметры газовых смесей h3–h3O–CO–CO2–Ch5 в отсутствии и присутствии углерода

А. С. Чернуха, Ю. С. Кузнецов, О. И. Качурина

Аннотация

Внедоменное бескоксовое прямое получения железа (процесс «Мидрекс») осуществляется при 1000…1100 °C с использованием природного газа. Процессы конверсии основного компонента природного газа – метана:

CH₄ = C + 2H₂, CH₄ + CO₂ = 2H₂ + 2CO,  CH₄ + H₂O = CO + 3H₂

приводят к получению восстановительного газа и сажистого углерода при определенном соотношении молярных долей CO и CO₂. Термодинамическая возможность протекания процессов восстановления оксида металла в сложной газовой смеси определяется соотношением кис­лородных потенциалов оксида и газовой атмосферы:

(p_o = RT ln p_O2)_оксид > (p_o = RT ln p_O2)_{газ. смесь}.

Кислородный потенциал газовой смеси количественно оценивается величиной равновесного давления кислорода, а кислородный потенциал оксида упругостью его диссоциации. Присутствие в рассматриваемой газовой фазе очень малого количества кислорода определяется реакциями диссоциации CO₂ и H₂O:

lg[p_O2, атм] = 2 lg(x_h3O / x_h3) – 25708 / T + 5,653;

lg[p_O2, атм] = 2 lg(x_CO2 / x_CO) – 29529 / T + 9,149.

В работе определен кислородный потенциал газовых смесей H₂–H₂O–CO–CO₂–CH₄ в зависимости от их состава в интервале температур 800…1500 К. Полученные результаты позволяют оценить влияние присутствия метана на восстановительные свойства газовых смесей по отношению не только к оксидам железа.

Ключевые слова

водяной газ; кислородный потенциал; метан; восстановление оксидов

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И ДАВЛЕНИЯ ГАЗА НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОНАСЫЩЕННОГО ПЕСЧАНОГО ГРУНТА В МЕРЗЛОМ И ТАЛОМ СОСТОЯНИЯХ / INFLUENCE OF THE COMPOSITION AND PRESSURE OF GAS ON THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF GAS-SATURATED FROZEN AND THAWED SANDS

62

Е. М.ЧУВИЛИН И ДР.

ГеворкянС.Г., КорейшаМ.М. Взрывы бугров пучения //

Материалы гляциол. исслед., 1993, вып.77, с.120–130.

ГОСТ12536-2014. Грунты. Методы лабораторного опреде-

ления гранулометрического (зернового) и микроагрегатно-

го состава. М., Изд-во стандартов, 2014, 24с.

ГОСТ5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определе-

ния физических характеристик. М., Стандартинформ, 2015,

23с.

ГречищевС.Е., БрушковА.В., ПавловАрк.В., Гречище-

ваО.В. Экспериментальное изучение криогенного давления

в промерзающих влагонасыщенных засоленных грунтах //

Криосфера Земли, 2012, т.XVI, №1, с.33–36.

ЕршовЭ.Д. Петрография мерзлых пород / Э.Д.Ершов,

И.Д.Данилов, В.Г. Чеверев. М., Изд-во Моск. ун-та, 1987,

311с.

ИстоминВ.А., ЧувилинЕ.М., СергееваД.В. и др. Влияние

компонентного состава и давления газа на льдо- и гидрато-

образование в газонасыщенных поровых растворах // Неф-

тегазохимия, 2018, №2, с. 33–42.

КизяковА.И., СонюшкинА.В., ЛейбманМ.О. и др. Гео-

морфологические условия образования воронки газового

выброса и динамика этой формы на Центральном Ямале //

Криосфера Земли, 2015, т.XIX, №2, с.15–25.

КомаровИ.А. Термодинамика и тепломассообмен в дис-

персных мерзлых породах. М., Науч. мир, 2003, 608с.

ЛейбманМ.О., Дворников Ю.А., Хомутов А.В. и др. Вод-

но-химические особенности воды озер и воронок газового

выброса, вложенных в морские отложения севера Западной

Сибири // Геология морей и океанов: Материалы XXII

Меж дунар. науч. конф. (школы) по морской геологии. М.,

ИО РАН, 2017, т.4, с.117–121.

СНиП2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерз-

лых грунтах. М., АПП ЦИТП, 1990, 52с.

ХименковА.Н., СергеевД.О., СтаниловскаяЮ.В. и др.

Газовые выбросы в криолитозоне, как новый вид геокрио-

логических опасностей // Геориск, 2017, №3, с.58–65.

ЧеверевВ. Г. Природа криогенных свойств грунтов. М.,

Науч. мир, 2004, 234с.

ЧувилинЕ.М., БухановБ.А. Экспериментальное изучение

теплопроводности мерзлых гидратосодержащих грунтов при

атмосферном давлении // Криосфера Земли, 2013, т.XVII,

№1, с.69–79.

ЧувилинЕ.М., БухановБ.А., Тумской В.Е. и др. Тепло-

проводность донных отложений в районе губы Буор-Хая

(шельф моря Лаптевых) // Криосфера Земли, 2013, т.XVII,

№2, с.32–41.

ЧувилинЕ.М., ГурьеваО.М. Экспериментальное изучение

образования гидратов СО2 в поровом пространстве про-

мерзающих и мерзлых пород // Криосфера Земли, 2009,

т.XIII, №3, с.70–79.

ЧувилинЕ.М., ДавлетшинаД.А., БухановБ.А. и др. Экс-

периментальное изучение влияния состава и давления газа

на температуру замерзания поровой воды в газонасыщенных

породах // Криосфера Земли, 2019, т.XXIII, №5, с.49–57.

ЯкушевВ.С. Природный газ и газовые гидраты в криоли-

тозоне. М., ВНИИГАЗ, 2009, 192с.

BuldoviczS.N., KhilimonyukV.Z., BychkovA.Y. et al.

Cryovolcanism on the Earth: Origin of a spectacular crater in

the Yamal Peninsula (Russia) // Sci. Repts., 2018, vol.8 (1),

https:// doi.org10.1038/s41598-018-31858-9.

ChuvilinE.M., BukhanovB.A. E ect of hydrate accumulati-

onconditions on thermal conductivity of gas-saturated soils //

Energy Fuels, 2017, No.31, p.5246–5254.

ChuvilinE.M., BukhanovB.A. Thermal conductivity of frozen

sediments containing self-preserved pore gas hydrates at atmo-

spheric pressure: An experimental study // Geosciences, 2019,

vol.9, No.2, р.65, https://doi.org10.3390/geosciences9020065.

ChuvilinE.M., BukhanovB.A., GrebenkinS.I. et al. Thermal

conductivity of bottom sediments in the East Siberian Arctic

seas: a case study in the Buor-Khaya Bay // Conf. GEOQue-

bec2015 (Quebec, Canada, Sept. 20–23, 2015), Quebec, 2015,

p. 7.

ChuvilinE.M., DavletshinaD.A. Formation and accumulation

of pore methane hydrates in permafrost: experimental model-

ing// Geosciences, 2018, vol.8, No.12, р. 467, https://doi.

org10.3390/geosciences8120467.

ChuvilinE.M., YakushevV.S., PerlovaE.V. Gas hydrates in

the permafrost of Bovanenkovo gas fi eld, Yamal Peninsula, West

Siberia // Polarforschung, 2000, vol.68, р.215–219.

KraevG., SchulzeE.-D., YurovaA. et al. Cryogenic displace-

ment and accumulation of biogenic methane in frozen soils //

Atmosphere, 2017, No.8, p.105, https://doi.org10.3390/

atmos8060105.

References

BabichevA.P., BabushkinN.A., BratkovskiiA.M. et al.

Fizicheskie velichiny [Physical Values. Reference book]. Mos-

cow, Energoatomizdat, 1991, 1232p. (in Russian).

BogoyavlenskiyV.I . Threat of catastrophic gas blowouts from

the Arctic permafrost zone. Yamal and Taimyr Craters, Part 2.

Burenie i Neft’ [Oil Drill], 2014, No. 10, p. 4–8.

BogoyavlenskiyV.I., GaragashI.A. Justifi cation of the gas emis-

sion crat ers formation process in the Arctic by mathematical

modeling. Arktika: Ekologiya i Ekonomika [Arctic: Ecology and

Economics], 2015, No.3(19), p.12–17.

VargaftikN.B. Spravochnik po teplofi zicheskim svoistvam gazov

i zhidkostei [Reference Book on Thermophysical Properties of

Gases and Liquids]. Moscow, Nauka, 1972, 720p. (in Russian).

Vargaftik N.B., Filipov L.P., TarzimanovA.A., TotskiyE.E.

Spravochnik po teploprovodnosti zhidkostei i gazov [Reference

Book on Thermal Conductivity of Liquids and Gases]. Moscow,

Energoatomizdat, 1990, 352p. (in Russian).

GevorkyanS.G., KoreishaM.M. Explosive failure of frost heave

mounds. Materialy glyaciologicheskikh issledovanii [Materials

of Glaciological Studies], 1993, vol.77, p.120–130.

State Standard, 2014. Working Document GOST 12536-2014.

Soils. Methods of Laboratory Grain-Size and Microaggregate

Determination. Moscow, Standards Publishing, 24p. (in Rus-

sian).

State Standard, 2015. Working Document GOST 5180-2015.

Soils. Methods for Laboratory Determination of Physical Cha-

racteristics. Moscow, Standards Publishing, 23p. (in Russian).

GrechishchevS.E., BrushkovA.V., PavlovArk.V., Grechish-

chevaO.V. Experimental study of cryogenic pressure in the

frozen moisture-saturated saline soils. Kriosfera Zemli [Earth’s

Cryosphere], 2012, vol.XVI, No.1, p.33–36.

ErshovE.D., DanilovI.D., CheverevV.G. Petrography of Fro-

zen Soils. Moscow, Moscow University Press, 1987, 311p. (in

Russian).

IstominV.A., ChuvilinE.M., SergeevaD.V. et al. Influence of

component composition and pressure of gas on ice and hydrate

formation in gas-saturated pore solutions. Neftegazochimiya

[Oil and Gas Chemistry], 2018, No.2, p.33–42.

KizyakovA. I., SonyushkinA.V., LeibmanM.O. et al. Geomor-

phological conditions of the gas-emission crater and its dyna-

mics in Central Yamal. Earth’s Cryosphere, 2015, vol.XIX,

No.2, p.13–22.

TS.2.1.1 Изменения концентрации углекислого газа, метана и закиси азота в атмосфере

Рабочей группой I — Физическая научная основа

Нынешние концентрации CO₂ и CH₄ в атмосфере намного превышают доиндустриальные значения, определенные по кернам полярного льда возрастом более 650 тыс. лет. Многие доказательства подтверждают, что постиндустриальное повышение концентрации этих газов не является результатом действия естественных механизмов (см. рис. TS.1 и TS.2). {2.3, 6.3–6.5, ЧЗВ 7.1}

Данные кернов льда за ледниковый и межледниковый периоды

Рис. TS.1. Колебания содержания дейтерия (δD) в антарктическом льде, которое является косвенным показателем локальной температуры, и атмосферные концентрации парниковых газов – углекислого газа (CO₂), метана (CH₄) и закиси азота (N₂O) – в воздухе, попавшем внутрь кернов, а также данные последних атмосферных измерений. Данные охватывают 650000 лет; затененные полосы соответствуют нынешнему и предыдущим межледниковым теплым периодам {Адаптировано из рис.6.3}

Суммарное радиационное воздействие на климат Земли вследствие повышение концентраций ДЖПГ CO₂, CH₄ и N₂O и, вполне вероятно, темпы усиления суммарного воздействия из-за этих газов за период с 1750 года не имеют прецедентов за более чем 10000 лет (рис. TS.2). Весьма вероятно, что устойчивый темп усиления общего радиационного воздействия этих парниковых газов, около +1 Вт/кв.м, за последние четыре десятилетия по меньшей мере в шесть раз выше, чем в любой момент в течение двух тысячелетий до индустриальной эпохи – период, для которого данные ледовых кернов имеют необходимое временное разрешение. Радиационное воздействие из-за этих ДЖПГ имеет наивысшую степень достоверности среди всех воздействующих факторов. {2.3, 6.4}

Изменение концентрации парниковых газов по данным кернов льда и современным данным

Рис. TS.2. Концентрации и радиационное воздействие (а) углекислого газа (CO₂), (b) метана (CH₄), (c) закиси азота (N₂O) и (d) скорость изменения их совокупного радиационного воздействия за последние 20 тысяч лет, восстановленные из данных антарктического и гренландского льда, фирновых данных (символы) и непосредственных атмосферных измерений (панели a,b,c, красные линии). Серые столбики – реконструированные диапазоны естественной изменчивости за прошедшие 650 тыс. лет. Скорость изменения радиационного воздействия (панель d, черная линия) аппроксимирована с помощью сплайн-функций по данным о концентрации. Ширина возрастного разброса в ледовых данных изменяется от 20 лет для мест с высоким снегонакоплением, таких как Лоу-Доум в Антарктиде, до почти 200 лет для мест с низким снегонакоплением, таких как Доум-Си, Антарктида. Стрелка показывает пик скорости изменения радиационного воздействия, который возник бы, если бы антропогенные сигналы CO₂, CH₄ и N₂O были сглажены в соответствии с условиями в пункте низкого снегонакопления Доум-Си. Отрицательная скорость изменения воздействия около 1600 г., показанная во вставке в панели d, вызвана уменьшением концентрации CO₂ приблизительно на 10 ppm в данных, полученных в Лоу-Доум. {рис 6.4}

Концентрация CO₂ в атмосфере возросла с доиндустриального значения около 280 ppm до 379 ppm в 2005 году. Концентрация CO₂ за 8000 лет до индустриализации повысилась только на 20 ppm; внутривековые и вековые вариации были менее 10 ppm и вызваны были, вероятно, в основном естественными процессами. Однако с 1750 года концентрация CO₂ повысилась почти на 100 ppm. В последние десять лет годовые темпы роста CO₂ были выше (среднее за 1995–2005 гг. – 1,9 ppm/год), чем сразу после начала непрерывных прямых атмосферных измерений (среднее за 1960–2005 гг. – 1,4 ppm/год). {2.3, 6.4, 6.5}

Рост концентрации CO₂ в атмосфере с доиндустриальных времен стал причиной радиационного воздействия силой +1,66 ± 0,17 Вт/м²; этот вклад преобладает среди вкладов всех остальных составляющих радиационного воздействия, рассматриваемых в данном докладе. За десять лет с 1995 по 2005 г. темпы роста концентрации CO₂ в атмосфере привели к увеличению его радиационного воздействия на 20%. {2.3, 6.4, 6.5}

Выбросы CO₂ вследствие сжигания ископаемых видов топлива и из-за влияния изменений в землепользовании на углерод, содержащийся в растениях и почве, — главные источники повышения концентрации углекислого газа в атмосфере. С 1750 года, по оценкам, около двух третей антропогенных выбросов CO₂ стали результатом сжигания ископаемых видов топлива, а одна треть – изменений в землепользовании. Около 45% этого CO₂ осталось в атмосфере, около 30% поглотили океаны, а остальную часть – земная биосфера. Около половины выбросов CO₂ в атмосферу удаляется за 30 лет; еще 30% — за несколько столетий; остальные 20%, как правило, остаются в атмосфере многие тысячи лет. {7.3}

В последние десятилетия выбросы CO₂ продолжают расти (см. рис. TS.3). Глобальный годовой объем выбросов углекислого газа за счет сжигания ископаемых топлив возрос со среднего значения 6,4±0,4 ГтC/год в 1990-е годы до 7,2±0,3 ГтC/год в период 2000-2005 гг. Оценки выбросов CO₂ , связанных с изменением в землепользовании, усредненные за 1990-е годы, составили от 0,5 до 2,7 ГтC/год, с центральной оценкой 1,6 ГтС/год. В табл. TS.1 показаны оценки баланса CO₂ за последние десятилетия. {2.3, 6.4, 7.3, ЧЗВ 7.1}

Выбросы и рост концентрации co

₂

Рис. TS.3. Годовые изменения в глобальной средней концентрации CO₂ (серые полосы) и их пятилетние средние по данным двух разных сетей измерений (красная и нижняя черная ступенчатые линии). Пятилетние средние сглаживают кратковременные возмущения, связанные с сильными эпизодами ЭНЮК в 1972, 1982, 1987 и 1997 гг. Неопределенности в пятилетних средних указаны разницей между красной и нижней черной линиями и составляют порядка 0,15 ppm. Верхняя ступенчатая линия показывает увеличения, которые имели бы место, если бы все выбросы ископаемых топлив оставались в атмосфере, а других выбросов не было. {Рис. 7.4}

С 1980-х годов естественные процессы поглощения углекислого газа земной биосферой (остаточное поглощение почвой в табл. TS.1) и океанами удалили около 50% антропогенных выбросов (выбросы ископаемого CO₂ и поток за счет изменений в землепользовании в табл. TS.1). На эти процессы удаления влияет концентрация CO₂ в атмосфере и изменения климата. Поглощение океанами и земной биосферой имеет один порядок величины, однако поглощение земной биосферой более изменчиво и в 1990-е годы было больше, чем в 1980-е, приблизительно на 1 ГтС/год. Наблюдения показывают, что концентрации растворенного CO₂ в поверхностных слоях океана растут почти повсеместно, приблизительно лед я за повышением его концентрации в атмосфере, но со значительными региональными и временными различиями. {5.4, 7.3}

Вставка TS.1. Трактовка неопределенностей в оценке Рабочей группы I

Важность согласованной и прозрачной трактовки неопределенностей четко признана МГЭИК при подготовке ее оценок изменения климата. Повышенное внимание, уделенное официальной трактовке неопределенностей в предыдущих оценках, отражено в разделе 1. 6. Чтобы обеспечить согласованность в общей трактовке неопределенностей всеми тремя Рабочими группами, авторов Четвертого доклада об оценках попросили следовать краткому набору руководящих принципов определения и описания неопределенностей в контексте оценки². В данной вставке изложен подход, который Рабочая группа I использовала для этих применения руководящих принципов, и освещены некоторые аспекты трактовки неопределенностей, специфические для оцениваемого здесь материала.

Неопределенности можно классифицировать несколькими разными способами в зависимости от их происхождения. Два основных типа – «неопределенности значений» и «структурные неопределенности». Неопределенности значений вытекают из неполного определения конкретных значений или результатов, например, когда данные неточны или не в полной мере представляют интересующее нас явление. Структурные неопределенности вытекают из неполного понимания процессов, которые управляют конкретными значениями или результатами, например, когда концептуальная основа или модель, используемая для анализа, не включает все необходимые процессы или зависимости. Неопределенности значений обычно оцениваются с помощью статистических методов и выражаются вероятностным способом. Структурные неопределенности обычно описываются путем изложения авторами коллективной оценки своей уверенности в правильности результата. В обоих случаях оценка неопределенностей предполагает, по сути, описание пределов знания и по этой причине включает экспертную оценку состояния этого знания. Другой тип неопределенности возникает в системах, которые либо хаотичны, либо не полностью детерминированы по характеру, и это также ограничивает нашу способность составлять проекции всех аспектов изменения климата.

В научной литературе, оцениваемой здесь, применяется целый ряд других общих способов классификации неопределенностей. Неопределенности, связанные со «случайными погрешностями», имеют свойство уменьшаться по мере накопления дополнительных измерений, тогда как неопределенности, связанные с «систематическими погрешностями», такого свойства не имеют. При работе с климатическими измерениями значительное внимание уделялось выявлению систематических ошибок или непреднамеренных предвзятостей, вытекающих из проблем выбора данных и методов анализа и комбинирования данных. Для выявления и объяснения изменений климата и для разработки вероятностных проекций будущих параметров климата были разработаны специализированные статистические методы, основанные на качественном анализе. Эти методы описаны в соответствующих главах.

Отметим, что «низкая степень достоверности» и «очень низкая степень достоверности» применяются только для сфер, представляющих значительный интерес, и там, где подход, основанный на риске, оправдан.

В главе 2 настоящего доклада используется родственный термин «уровень научного понимания», когда описываются неопределенности в разных составляющих радиационного воздействия. Эта терминология используется для сообразности с Третьим докладом об оценках, и в основе, на которой авторы определяли конкретные уровни научного понимания, используется сочетание подходов, соответствующих руководящим принципам по оценке неопределенностей, подробно разъясненным в разделе 2.9.2 и табл. 2.11.

Ниже приведены стандартные термины, применяемые в данном докладе для определения вероятности результата или исхода, если он может быть оценен вероятностно:

Термины «чрезвычайно вероятно», «чрезвычайно маловероятно» и «скорее вероятно, чем нет», определенные выше, добавлены к терминам, приведенным в Руководящих принципах МГЭИК по оценке неопределенностей, с целью обеспечения более конкретной оценки таких аспектов, как объяснение причин и радиационное воздействие. Если иное не указано, значения, данные в настоящем докладе, представляют собой наилучшие оценки, и их область неопределенности равна 90%-ным доверительным интервалам (т.е. существует, по оценке, 5% вероятность того, что значение меньше нижней границы диапазона или больше верхней его границы). Отметим, что в некоторых случаях характер ограничений значения или другой доступной информации может означать асимметричное распределение области неопределенности вокруг наилучшей оценки. В таких случаях область неопределенности указывается в квадратных скобках после наилучшей оценки.

Табл. TS.1. Глобальный углеродный баланс. Согласно договоренности, потокам CO₂ (ГтC/год) в атмосферу присваивается положительный знак, а поглощению из атмосферы (т.е. «поглотителям» CO₂) — отрицательный. Выбросы ископаемого CO₂ за 2004 и 2005 гг. основаны на предварительных оценках. Из-за ограниченного количества проведенных исследований области неопределенности для чистого потока «земля-атмосфера» и его компонентов приняты как 65%-ные доверительные интервалы и не учитывают межгодовую изменчивость (см. раздел 7.3). НД означает «нет данных».

Поглощение углерода и его хранение в земной биосфере являются следствием чистой разницы между поглощением при росте растительности, изменениях в лесовозобновлении и секвестрации и выбросами вследствие гетеротрофного дыхания, лесозаготовок, обезлесения, пожаров, ущерба от загрязнений и других факторов возмущения, воздействующих на биомассу и почву. Повышение и понижение частоты пожаров в разных регионах повлияло на общее поглощение углерода, а в бореальных областях выбросы вследствие пожаров за последние десятилетия возросли. Оценки чистых поверхностных потоков CO₂ из обратных исследований, использующих сети сбора атмосферных данных, демонстрируют значительное поглощение углекислого газа сушей в средних широтах северного полушария и почти нулевые потоки между сушей и атмосферой в тропиках, что означает, что тропическое обезлесение приблизительно уравновешивается подростом. {7.3}

Кратковременная (межгодовая) изменчивость, наблюдаемая в темпах роста концентрации углекислого газа в атмосфере, регулируется в основном изменениями в потоке CO₂ между атмосферой и земной биосферой, а меньшая, но все же значительная часть обусловлена изменчивостью океанических потоков (см. рис. TS.3). Изменчивость потока в земной биосфере диктуется климатическими колебаниями, которые влияют на поглощение CO₂ растениями и возврат CO₂ в атмосферу при гниении органических материалов вследствие гетеротропного дыхания и пожаров. Эпизоды Эль-Ниньо -Южного колебания (ЭНСО) – основной источник межгодовой изменчивости в темпах роста концентрации атмосферного CO₂, из-за их влияния на потоки через температуру поверхности суши и моря, осадки и частоту пожаров. {7.3}

Достоверно количественно оценить непосредственные последствия повышения концентрации атмосферного CO₂ для крупномасштабного земного поглощения углерода в настоящее время невозможно. Рост растений может стимулироваться повышением концентрации CO₂ в атмосфере и осаждением питательных веществ (эффекты обогащения). Однако большинство экспериментов и исследований показывают, что такие реакции относительно краткосрочны и сильно сопряжены с другими эффектами, такими как наличие воды и питательных веществ. Аналогичным образом, эксперименты и исследования влияния климата (температуры и влажности) на гетеротрофное дыхание лесной подстилки и почв двусмысленны. Отметим, что влияние изменения климата на поглощение углерода рассматривается отдельно в разделе TS. 5.4. {7.3}

Содержание CH₄ в 2005 году, около 1774 ppb, более чем вдвое превышает его доиндустриальное значение. Концентрации метана в атмосфере за последние 10 тыс. лет медленно менялись от 580 до 730 ppb, а за последние два столетия возросли приблизительно на 1000 ppb, что стало самым быстрым изменением содержания этого газа по крайней мере за последние 80 тыс. лет. В конце 1970-х – начале 1980-х годов темпы роста концентрации метана демонстрировали максимумы выше уровня 1% в год, но с начала 1990-х годов они значительно уменьшились и в течение шестилетнего периода с 1999 по 2005 год были близкими к нулю. Рост содержания CH₄ имеет место там, где выбросы превышают объем удаления. Недавнее падение темпов роста подразумевает, что объем выбросов сейчас приблизительно равен объему удаления, что обусловлено, в первую очередь, окислением гидроксильной группой (ОН). После ТДО новые исследования с использованием двух независимых трасеров (метилхлороформа и ¹⁴CO) показывают, что в глобальном содержании ОН значительных долгосрочных изменений не наблюдается. Таким образом, замедление темпов роста концентрации метана в атмосфере где-то с 1993 года, вероятно, вызвано приближением атмосферы к равновесию в период почти постоянных общих объемов выбросов. {2.3, 7.4, ЧЗВ 7.1}

Повышение концентрации CH₄ в атмосфере с доиндустриальных времен вызвало усиление радиационного воздействия на 0,48 ± 0,05 Вт/м². Среди парниковых газов это воздействие остается по порядку величины вторым, уступая только CO₂.{2.3}

Текущие уровни атмосферного CH₄ обусловлены продолжающимися антропогенными выбросами CH₄, которые превышают естественные выбросы. Общий объем выбросов метана можно точно определить по наблюдаемым концентрациям и независимым оценкам скорости удаления. Выбросы отдельных источников метана не так четко определены количественно, как общий объем выбросов, но являются по большей части биогенными и включают выбросы с водно-болотных угодий, от жвачных животных, выбросы, связанные с возделыванием риса и сжиганием биомассы, а также, в меньших объемах, выбросы промышленных источников, в том числе связанные со сжиганием ископаемых видов топлива. Это знание источников метана, вкупе с узким естественным диапазоном его концентраций за последние 650 тыс. лет (рис. TS.1) и их динамичным ростом с 1750 года (рис. TS.2), позволяет сказать: весьма вероятно, что наблюдаемые долгосрочные изменения концентрации Ch5 обусловлены антропогенной деятельностью. {2.3, 6.4, 7.4}

В дополнение к замедлению за последние 15 лет рост концентрации метана в атмосфере отличался высокой межгодовой изменчивостью, которая еще не полностью объяснена. Самый большой вклад в межгодовую изменчивость за период 1996-2001 годы, как представляется, внесли колебания выбросов с водно-болотных угодий и от сжигания биомассы. Некоторые исследования указывают, что выбросы CH₄ с водно-болотных угодий сильно чувствительны к температуре и зависят от гидрологических изменений. Все имеющиеся результаты моделирования демонстрируют увеличение выбросов с водно-болотных угодий вследствие будущего изменения климата, но сильно разнятся в порядке величины такого эффекта положительной обратной связи. {7.4}

Концентрация N₂O в 2005 г. равнялась 319 ppb, приблизительно на 18% выше доиндустриального значения. Содержание закиси азота за последние несколько десятилетий повышалось почти линейно, приблизительно на 0,8 ppb в год. Данные кернов льда показывают, что концентрация закиси азота в атмосфере изменилась менее чем на 10 ppb за 11500 лет, предшествовавших началу индустриальной эпохи. {2.3, 6.4, 6.5}

Повышение концентрации N₂O с доиндустриальных времен вызвало увеличение радиационного воздействия на 0,16±0,02 Вт/м² и обусловлено преимущественно деятельностью человека, особенно сельским хозяйством и связанными с ним изменениями в землепользовании. По текущим оценкам, около 40% общего объема выбросов N₂O носят антропогенный характер, однако оценки отдельных источников продолжают отличаться значительной неопределенностью. {2.3, 7.4}

Измеряемые газы — НПЦ АТБ

Измеряемые газы

Метан (CH₄)

Метан (Ch5) имеет относительную плотность 0,554. Характерными свойствами этого газа являются горючесть и способность давать взрывчатую смесь с воздухом.

Температура воспламенения метана равна 650-750°C, однако эта температура может быть выше и ниже указанных пределов в зависимости от рода воспламенителя, способа воспламенения, содержания метана в воздухе и др.

Для метана характерным является свойство воспламеняться при соприкосновении с источником высокой температуры не сразу, а через некоторый промежуток времени, величина которого зависит от температуры воспламенения: при 650°C время запаздывания составляет 10 с, при 1000°C оно падает до 1 с и ниже.

Взрывы метана в шахтах всегда сопровождаются двумя ударными волнами — прямой и обратной. Прямая волна образуется под действием раскаленных продуктов взрыва, обладающих чрезвычайно высоким давлением. Обратная волна образуется в результате последующего понижения давления в месте взрыва, что объясняется остыванием продуктов химической реакции и конденсацией содержащихся в них паров воды. Сила обратного удара несколько меньше, чем прямого. Однако в связи с тем, что он следует по тому пути, на котором прямая волна уже оказала определенное разрушительное действие, механические эффекты, вызванные обратной волной, могут быть сильнее, чем прямой.

При концентрации метана свыше 9,5% после первичного пламени, распространяющегося с огромной скоростью и сжигающего весь кислород воздуха, может наблюдаться вторичное пламя, проходящее вследствии дожигания оставшегося метана притекающим извне кислородом воздуха. Вторичное пламя движется в направлении, обратном пути прохождения первичного пламени, и имеет меньшую скорость.

Выработка, в которой произошел взрыв, заполняется раскаленной смесью газов, полностью лишенной кислорода или содержащей его в весьма малых количествах. Эта смесь в основном содержит азот и углекислый газ, а во многих случаях — примесь оксида углерода. Оксид углерода в такой смеси содержится в больших количествах в тех случаях, когда взрыв газа происходит в присутствии угольной пыли. Причем большое количество пыли может быть вызвано при распространении ударных волн.

Газы, непригодные для дыхания, из выработки, в которой произошел взрыв, распространяются по вентиляционной сети и являются главной причиной опасности пребывания в это время людей в шахте. Расследование последствий взрывов показывает, что не менее двух третей пострадавших шахтеров бывают поражены в результате отравления оксидом углерода или кислородного голодания и накопления углекислого газа в организме.

Оксид углерода (СО)

Оксид углерода или угарный газ (СО) — газ без цвета и запаха, относительная плотность 0,97. Слабо растворимый в воде, горит и при содержании в воздухе от 13 до 75% образует взрывчатые смеси с температурой воспламенения 630-810°C (наибольшая сила взрыва при 30% СО).

Главные источники образования СО в шахтах — низкотемпературное окисление угля, пожары, взрывы метана и пыли, взрывные работы и двигатели внутреннего сгорания.

Оксид углерода или угарный газ (СО) ядовит.

Сероводород (H₂S)

Сероводород (h3S) — газ без цвета, с резким характерным запахом (тухлых яиц) и сладковатым вкусом, относительная плотность 1,17. Легко растворим в воде, образует с воздухом взрывчатую смесь, сильно ядовит.

Основными источниками сероводорода в шахтах являются гниение органических веществ, разложение водой серного колчедана, выделение из трещин и минеральных источников, эндогенные пожары, взрывные работы, взаимодействие сульфатных вод с метаном.

Кислород (О₂)

Кислород (О2) — газ без цвета, вкуса и запаха, слабо растворим в воде, относительная плотность 1,105. По правилам безопасности в шахтах содержание кислорода в воздухе должно быть не менее 20%. Известно, что при содержании кислорода 18% у человека наступает сонливость, при 17% начинаются отдышка и усиленное сердцебиение, а при 12% и менее — возникает смертельная опасность.

В шахту кислород поступает с атмосферным воздухом. Основными причинами уменьшения содеожания кислорода в рудничном воздухе являются выделение различных газов из окружающего массива горных пород, а также выбросы, взрывы и подземные пожары.

Горючие газы (CxHy)

Промышленные месторождения горючих природных газов встречаются в виде обособленных скоплений, не связанных с каким-либо др. полезным ископаемым; в виде газонефтяных месторождений, в которых газообразные углеводороды полностью или частично растворены в нефти или находятся в свободном состоянии и заполняют повышенную часть залежи (газовые шапки) или верхние части сообщающихся между собой горизонтов газонефтяной свиты; в виде газоконденсатных месторождений, в которых газ обогащен жидкими, преимущественно низкокипящими углеводородами.

Горючие природных газы состоят из метана, этана, пропана и бутана, иногда содержат примеси легкокипящих жидких углеводородов — пентана, гексана и др.; в них присутствуют также углекислый газ, азот, сероводород и инертные газы. Многие месторождения горючих газов, залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана с небольшими примесями его гомологов (этапа, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода; с глубиной содержание гомологов метана обычно растет. В газоконденсатных месторождениях содержание гомологов метана значительно выше, чем метана. Это же характерно для газов нефтяных попутных. В отдельных газовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа, сероводорода и азота.

Свойства метана | Sciencing

Обновлено 23 февраля 2020 г.

Лан Луо

Проверено: Lana Bandoim, B.S.

Метан (CH ₄ ) — бесцветный газ без запаха с тетраэдрической геометрией. Его химические свойства делают его полезным в качестве обычного источника топлива для производства газообразного водорода для удобрений и взрывчатых веществ, а также для синтеза ценных химикатов. Однако метан также является мощным парниковым газом.

Формула и структура метана

Метан имеет химическую формулу CH ₄ и молекулярную массу 16.043 г / моль. Молекула метана тетраэдрическая, с атомом углерода в центре и четырьмя атомами водорода по углам тетраэдра. Каждая связь C-H эквивалентна, и каждая связь разделена углом 109,5 °.

Физические свойства метана

Более легкий, чем воздух, метан имеет плотность 0,657 г / л при 25 ° C и давлении 1 атм. Он превращается в жидкость при температуре ниже -162 ° C и в твердое вещество при температуре ниже -182,5 ° C. Метан плохо растворяется в воде, его растворимость составляет 22.7 мг / л, но растворим в различных органических растворителях, таких как:

• этанол
• диэтиловый эфир
• ацетон
• бензол

Химические свойства

Некоторые из наиболее важных химических реакций с участием метана — горение и галогенирование.

При сжигании метана выделяется значительное количество тепла (891 кДж / моль). Это многоступенчатая реакция окисления, которую можно описать следующим уравнением:

Одна молекула газообразного метана реагирует с двумя молекулами газообразного кислорода в условиях горения с образованием одной молекулы газообразного диоксида углерода, двух молекул водяного пара и энергия.

Выбрасывая только углекислый газ и воду, метан является самым чистым горючим ископаемым топливом и составляет большую часть природного газа. Хотя метан относительно стабилен, он может быть взрывоопасным , когда его содержание в воздухе составляет от 5 до 14 процентов, и он был причиной многих аварий на шахтах.

Несмотря на то, что в промышленных масштабах это сложно, метан может быть частично окислен до метанола с помощью фермента метанмонооксигеназы. Интересно, что группа бактерий N-DAMO, как было обнаружено, применяла анаэробное окисление метана с нитритом в качестве окислителя.

Метан также может реагировать с галогеном в следующих радикальных условиях:

Радикал хлора сначала генерируется радикальным инициатором, таким как ультрафиолетовый свет . Этот радикал хлора отрывает атом водорода от метана с образованием хлороводорода и метильного радикала. Затем метильный радикал реагирует с молекулой хлора (Cl ₂ ), в результате чего образуется хлорметан и радикал хлора, который проходит через другой цикл реакции, если его не обрывает другой радикал.

Использование метана

Метан находит множество промышленных применений благодаря его разносторонним химическим свойствам. Это важный источник водорода и углерода для различных органических материалов.

Метан — основной компонент природного газа, который является обычным источником топлива. Он широко используется для питания домов, турбин, автомобилей и других вещей. Метан также можно сжижать для облегчения хранения или транспортировки. В сочетании с жидким кислородом очищенный жидкий метан может служить источником топлива для ракет.

Природный газ также используется для производства газообразного водорода в промышленных масштабах, поскольку метан может реагировать с водяным паром при высоких температурах (от 700 до 1100 ° C) с образованием моноксида углерода и газообразного водорода в присутствии катализатора. Затем водород используется для производства аммиака, который является прекурсором для удобрений и взрывчатых веществ. Как хороший источник углерода, метан также используется для синтеза хлороформа, четыреххлористого углерода, нитрометана и метанола. Технический углерод, образующийся при неполном сгорании метана, является армирующим агентом для резины в шинах.

Метан как парниковый газ

В устойчивой системе метан, выбрасываемый в атмосферу, поглощается естественными стоками метана, такими как почва и процесс окисления метана в тропосфере.

Однако увеличение выбросов метана в последние десятилетия способствовало возникновению парникового эффекта. Несмотря на свою небольшую концентрацию, метан нагревает планету в 86 раз больше, чем углекислый газ, еще один парниковый газ. Будем надеяться, что усилия по контролю за выбросами метана могут замедлить парниковый эффект, пока не стало слишком поздно.

Молекула метана

Простейший углеводород метан — это газ с химической формулой Ch5.

Просмотр молекулы метана в 3D — >> в 3D с Jmol

Химические и физические свойства метана

Атом углерода, центральный по отношению к молекуле метана, имеет 4 валентных электрона, поэтому для завершения своего октета требуется еще 4 электрона от четырех атомов водорода.Атомы водорода имеют валентный угол 109 градусов, что придает молекуле тетраэдрическую геометрию.

Метан является важным компонентом природного газа. При сжигании одной молекулы метана в присутствии кислорода высвобождается одна молекула CO2 [диоксида углерода) и две молекулы h3O (вода):

Ch5 + 2O2 —> CO2 + 2h3O
Прочность углеродно-водородной ковалентной связи в молекуле метана является одной из самых сильных среди всех углеводородов, поэтому его использование в качестве химического сырья ограничено.Поиск того, что может способствовать активации связи C-H в метане и других низших алканах, является областью исследований, имеющей большое промышленное значение.

Чистый метан не имеет запаха, но при использовании в качестве топлива он обычно смешивается с небольшими количествами сильно пахнущих соединений серы, таких как этилмеркаптан, для обнаружения утечек. Метан — это парниковый газ с потенциалом глобального потепления 22 (что означает, что его способность к потеплению в 22 раза выше, чем у двуокиси углерода).Метан образуется в результате разложения некоторых органических веществ в отсутствие кислорода. Поэтому он также классифицируется как биогаз.

Геологическая служба США подсчитала, что в Соединенных Штатах есть 320 000 триллионов кубических футов газовых гидратов, что примерно в 200 раз превышает традиционные ресурсы и запасы природного газа в стране. Если бы только 1 процент ресурсов гидрата метана можно было бы сделать извлекаемыми, Соединенные Штаты могли бы более чем удвоить свою внутреннюю ресурсную базу природного газа. Основными источниками метана являются: разложение органических отходов; природные источники (; болота): 23% извлечение ископаемого топлива: 20% извлечение метана из угольных пластов процессы пищеварения животных (крупного рогатого скота): 17% бактерий, обнаруженных на рисовых плантациях: 12% биомассы, анаэробное нагревание или сжигание 80% мировых выбросов имеют человеческое происхождение. В основном они возникают в результате сельскохозяйственной и другой деятельности человека. За последние 200 лет концентрация этого газа в атмосфере увеличилась вдвое, с 0,8 до 1,7 промилле.

Метан в качестве топлива

Метан важен для выработки электроэнергии, поскольку он сжигается в качестве топлива в газовой турбине или парогенераторе. По сравнению с другими видами углеводородного топлива при сжигании метана образуется меньше углекислого газа на каждую единицу выделяемого тепла. Приблизительно 891 кДж / моль, теплота сгорания метана ниже, чем у любого другого углеводорода, но отношение теплоты сгорания (891 кДж / моль) к молекулярной массе (16.0 г / моль, из которых 12,0 г / моль — углерод) показывает, что метан, будучи простейшим углеводородом, выделяет больше тепла на единицу массы (55,7 кДж / г), чем другие сложные углеводороды. Во многих городах метан подается по трубам в дома для отопления и приготовления пищи. В этом контексте он обычно известен как природный газ, который, как считается, имеет энергосодержание 39 мегаджоулей на кубический метр или 1000 БТЕ на стандартный кубический фут.

Метан в виде сжатого природного газа используется в качестве автомобильного топлива и считается более экологически чистым, чем другие ископаемые виды топлива, такие как бензин / бензин и дизельное топливо.Проведены исследования адсорбционных методов хранения метана для использования в качестве автомобильного топлива.
Сжиженный природный газ (СПГ) — это природный газ (преимущественно метан, Ch5), который был переведен в жидкую форму для облегчения хранения или транспортировки.

Сжиженный природный газ занимает примерно 1/600 объема природного газа в газообразном состоянии. Он не имеет запаха, цвета, не токсичен и не вызывает коррозии. Опасности включают воспламеняемость после испарения в газообразное состояние, замерзание и асфиксию.

Процесс сжижения включает удаление определенных компонентов, таких как пыль, кислые газы, гелий, вода и тяжелые углеводороды, которые могут вызвать затруднения на выходе. Затем природный газ конденсируется в жидкость при давлении, близком к атмосферному (максимальное давление транспортировки установлено на уровне примерно 25 кПа или 3,6 фунта на квадратный дюйм), путем охлаждения его примерно до –162 ° C (–260 ° F).

LNG обеспечивает более высокое уменьшение объема, чем сжатый природный газ (CNG), так что удельная энергия LNG составляет 2.В 4 раза больше, чем у КПГ или на 60% у дизельного топлива. Это делает СПГ рентабельным для транспортировки на большие расстояния, где нет трубопроводов. Для его перевозки используются специально разработанные криогенные морские суда (газовозы) или криогенные автоцистерны.

СПГ, когда он не подвергается высокой степени очистки для специальных целей, в основном используется для транспортировки природного газа на рынки, где он регазифицируется и распределяется как трубопроводный природный газ. Его также начинают использовать в дорожных транспортных средствах, работающих на СПГ.Например, грузовики, находящиеся в коммерческой эксплуатации, окупаются примерно за четыре года благодаря более высоким начальным инвестициям, необходимым для оборудования СПГ на грузовиках и инфраструктуры СПГ для поддержки заправки топливом. Однако все еще более распространено проектирование автомобилей, использующих сжатый природный газ. По состоянию на 2002 год относительно более высокая стоимость производства СПГ и необходимость хранения СПГ в более дорогих криогенных резервуарах замедлили широкое коммерческое использование.

Питание на газ

Power to gas — это технология преобразования электроэнергии в газовое топливо.Этот метод используется для преобразования углекислого газа и воды в метан (см. Природный газ) с использованием электролиза и реакции Сабатье. [Требуется пояснение] Избыточная мощность или внепиковая мощность, генерируемая ветряными генераторами или солнечными батареями, теоретически может использоваться для балансировки нагрузки в энергосистеме. [необходима ссылка]

Жидкое ракетное топливо метан

Жидкий метан в очень рафинированном виде используется в качестве ракетного топлива.

Хотя исследования использования метана проводились десятилетиями, ни один из серийных двигателей на метане еще не использовался в орбитальных космических полетах. Ситуация меняется, и недавно жидкий метан был выбран для активной разработки множества двухкомпонентных ракетных двигателей.

С 1990-х гг. В ряде российских ракет предлагалось использовать жидкий метан. Одним из предложений российского двигателя 1990-х годов был РД-192, вариант РД-191 на метане / LOX.

В 2005 году американские компании Orbitech и XCOR Aerospace разработали демонстрационный ракетный двигатель на жидком кислороде / жидком метане и более крупный тяговый двигатель на 7500 фунтов силы (33 кН) в 2007 году для потенциального использования в качестве двигателя возвращения на Луну CEV. Позднее программа CEV была отменена.

Совсем недавно американская частная космическая компания SpaceX объявила в 2012 году об инициативе по разработке ракетных двигателей на жидком метане, в том числе, поначалу, очень большого ракетного двигателя Raptor. Raptor разрабатывается для создания тяги в 4,4 меганьютона (1000000 фунтов-силы) с удельным импульсом вакуума (Isp) 363 секунды и Isp на уровне моря 321 секунда, и ожидается, что испытания на уровне компонентов начнутся в 2014 году. В феврале 2014 года Было обнаружено, что конструкция двигателя Raptor представляет собой высокоэффективный и теоретически более надежный полнопоточный ступенчатый цикл сгорания, когда оба потока топлива — окислитель и топливо — будут полностью находиться в газовой фазе, прежде чем попадут в камеру сгорания.До 2014 года только два полнопоточных ракетных двигателя были достаточно развиты, чтобы их можно было испытать на испытательных стендах, но ни один из двигателей не завершил разработку и не работал на летательном аппарате.

В октябре 2013 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и технологий, государственный подрядчик китайской космической программы, объявила о завершении первого испытания зажигания нового ракетного двигателя на метане LOX. Объем двигателя предоставлен не был.

В сентябре 2014 года другая американская частная космическая компания — Blue Origin — публично объявила о том, что у них третий год работы над большим ракетным двигателем на метане. Новый двигатель Blue Engine 4, или BE-4, был разработан для создания тяги 2400 килоньютон (550 000 фунтов силы). Первоначально планировалось использовать его исключительно на патентованной ракете-носителе Blue Origin, но теперь она будет использоваться на новом двигателе United Launch Alliance (ULA) на новой ракете-носителе, которая является преемником Atlas V. ULA указала в 2014 году, что они совершит первый полет новой ракеты-носителя не ранее 2019 года.

его много во многих частях Солнечной системы, и он потенциально может быть собран на поверхности другого тела солнечной системы (в частности, с использованием производства метана из местных материалов, найденных на Марсе или Титане), обеспечивая топливо для обратного пути.

К 2013 году в рамках проекта НАСА «Морфеус» был разработан небольшой перезапускаемый метановый ракетный двигатель LOX с тягой в 5000 фунтов силы (22 кН) и удельным импульсом 321 секунда, подходящей для космических приложений, включая посадочные модули. Также были разработаны малые метановые двигатели LOX с усилием 5–15 фунтов (22–67 Н), подходящие для использования в системе управления реакцией (RCS).

SpaceNews сообщает в начале 2015 года, что французское космическое агентство CNES работает с Германией и несколькими другими правительствами и к середине 2015 года предложит двигатель LOX / метан для многоразовой ракеты-носителя, а летные испытания маловероятны до примерно 2026 года.

См. Также:

Какова геометрия молекулы метана? Интерактивное занятие, включающее апплет метана jmol.

MethaneInfo.html

MethaneInfo.html

A. Внешний вид

Метан, Ch5, бесцветный, без запаха, легковоспламеняющийся
газ, который горит слабым синим пламенем. «Природный газ», используемый
Многие жители Северной Америки для отопления и приготовления пищи используют в основном метан (> 90%).
«Запах газа» исходит от добавленного вещества, так что утечки газа можно обнаружить.
Чистый метан не имеет запаха. Взрывоопасные смеси метана с воздухом
содержат от 5 до 14% метана. Смеси, содержащие более 14%
гореть без взрыва.

B. Физические свойства
Ч5

Молекулярная масса:
16,0429 г / моль

точка плавления
-182 ^o С

точка кипения
-164 ^o С

С.История

Метан был впервые получен в 1899 году Мэтьюзом методом, использованным в
в этой главе нагревание ацетата натрия с гидроксидом натрия (J. Amer. Chem.
Soc. 21, 647 (1899)):

NaOH (тв) + NaC2h4O2 (тв)
——> Ch5 (г) + Na2CO3 (т)

D. Естественное изобилие

Метан широко встречается в природе. Он называется «болотный газ» и
один из продуктов анаэробного разложения органических веществ.Метан — главный
составляющая атмосферы внешних планет.

E. Промышленное производство

Чистый метан можно получить из комбинации чистого углерода и водорода.
при температуре не ниже 1100 oC. Метан также производится из
природный газ (в Северной Америке природный газ обычно на 85% состоит из метана) и
от брожения сточных вод и других осадков.

F. Промышленное использование

Используется для обогрева, приготовления пищи и освещения.Также используется метан
в производстве водорода, который впоследствии используется в производстве
аммиака. Метан используется для производства формальдегида, цианистого водорода.
и многочисленные органические соединения.

г. Плотность газа Ч5

Плотность Ch5 составляет 0,6557 г / л при 25 ^o C.
и 1 атм. Это всего лишь 55% плотности воздуха.

H. Растворимость в газе Ch5

Метан плохо растворяется в воде (3.5 мл Ch5 на
100 мл воды при температуре 17 90–160 ° С 90–161 ° С и стандартном давлении). Метан
растворим в спирте, эфире и многих органических растворителях.

Возврат
к экспериментам

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
  Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
  браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
  Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Термодинамические свойства смесей CO2 + SO2 + Ch5 в широком диапазоне температуры и давления. Оценка совместного улавливания CO2 / SO2 в присутствии Ch5 для CCS

Основные моменты

•

Приведены термодинамические данные для двух смесей, обогащенных CO ₂ , содержащих SO ₂ и CH ₄ .

•

Проверка правильности двух широко используемых уравнений состояния исследуемых смесей.

•

Изучение влияния SO ₂ и CH ₄ на транспортировку, закачку и хранение CO ₂ .

•

4,72 моль% SO ₂ преодолевает негативное влияние 1,85 моль% CH ₄ на большинство аспектов.

Abstract

В данной работе измерения плотности, парожидкостного равновесия и скорости звука в смесях [CO ₂ +4.72 моль% SO ₂ + 1,85 моль% CH ₄ ] и [CO ₂ + 0,09 моль% SO ₂ + 1,54 моль% CH ₄ ] были выполнены в диапазоне температур 263–373K и при давлении до 30 МПа по плотности и до 190 МПа по скорости звука. Для измерения скорости звука смеси были легированы 0,8 моль% CH ₃ OH. Мы сравнили наши результаты со значениями, рассчитанными с использованием расширенной версии уравнения состояния дымовых газов (EOS-CG), которое включает бинарные модели для CO ₂ + SO ₂ и CO ₂ + CH ₄ подсистем, а также уравнение состояния теории статистической ассоциированной жидкости с возмущенной цепью (PC-SAFT), подтверждающее оба уравнения таким образом. По результатам наших экспериментов мы оценили влияние одновременного присутствия SO ₂ и CH ₄ в качестве примесей в антропогенном CO ₂ на выбранные параметры технологии улавливания и хранения углерода. Понимая, что химические эффекты не учитывались, мы пришли к выводу, что присутствие 4,72 моль% SO ₂ компенсирует отрицательное влияние 1,85 моль% CH ₄ на большинство изучаемых параметров, что приводит к созданию благоприятной жидкости для углерод, улавливание и хранение, в отличие от смеси с 0.09 моль% SO ₂ и 1,54 моль% CH ₄ .

Ключевые слова

CO ₂

SO ₂

CH ₄

Плотность

Скорость звука

VLE

Уравнение состояния

Статьи CCS

Солевой раствор (0)

Просмотреть полный текст

© 2019 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

(PDF) Поверхность межмолекулярной потенциальной энергии и теплофизические свойства системы Ch5 – N2

224301-10 Hellmann

et al.

J. Chem. Phys. 141, 224301 (2014)

28М. Мустафа, «Измерение и расчет транспортных свойств атомарных газов поли-

», канд. диссертация, Имперский колледж Лондона, Лондон, Великобритания, 1987.

29E. Л. Хек, А. С. Дикинсон, Comput. Phys. Commun. 95, 190 (1996).

30А. С. Дикинсон, Р. Хеллманн, Э. Бич, Э. Фогель, Phys. Chem. Chem.

Phys. 9, 2836 (2007).

31А. K. Dham, F. R. W. McCourt и A. S. Dickinson, J. Chem.Phys. 127,

054302 (2007).

32E. Бич, Дж. Б. Мель, Р. Хеллманн и В. Весович, в Experimental Ther-

modynamics Том IX: Достижения в транспортных свойствах жидкостей, под редакцией

, MJ Assael, ARH Goodwin, V. Vesovic и WA Wakeham (The

Королевское химическое общество, Кембридж, 2014 г.), гл. 7. С. 226–252.

33р. Хеллманн и Э. Бич, «Улучшенный подход кинетической теории для расчета

теплопроводности многоатомных газов», Молекуляр.Phys. (опубликовано

онлайн).

34 См. Дополнительные материалы на http://dx.doi.org/10.1063/1.4