天然气和合成氨-化学：通用基础模块

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我们在生活中常用的燃料都有哪些？它们的主要成分分别是什么？为了安全使用这些燃料，可以采取什么措施？

1.传统能源——天然气

天然气（natural gas）是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称，与空气的相对密度约0.65，比空气的密度小，无色、无味、无毒。天然气的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷等其他气体。天然气是一种重要的清洁能源和化工原料。

天然气作为日常生活用气，在送到最终用户之前，为了有助于泄漏的检测，还要用硫醇、四氢噻吩等来给天然气添加气味。为了使用安全，要注意对使用环境进行通风，或者安装气体泄漏报警器。

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目前，30多个国家和地区已经进行“可燃冰”的研究与调查勘探，2017年5月，中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。你知道什么是可燃冰吗？它的主要成分是什么？它和天然气有什么关系？

图6-28　海域可燃冰

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可燃冰

天然气水合物（Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下（0℃和30个大气压）形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”“固体瓦斯”或“气冰”。可燃冰可用分子式CH4·nH2O表示。

天然气水合物中甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1 000年，因而被各国视为未来石油、天然气的替代能源。

2.天然气合成氨

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天然气除了用作燃料外，还可以有哪些应用呢？

天然气除了用作燃料，还可制造炭黑、化学药品和液化石油气，由天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料。

天然气化工是化学工业分支之一，是以天然气为原料生产化工产品的工业，一般包括天然气的净化分离、化学加工等，主要产品方向有合成氨、尿素、甲醇、甲醛和乙烯。

天然气合成尿素［CO（NH2）2］，主要是利用甲烷在水蒸气的作用下，产出含有CO和H2的合成气，向经过处理后的合成气中通入N2，在一定条件下合成氨，进一步生产出尿素。(www.xing528.com)

图6-29　天然气合成氨示意图

制得合成气的主要反应：

另外，在高温下进行天然气热裂解，可以生产乙炔和炭黑；天然气经过氯化、硫化、硝化、氨化、氧化可制得甲烷的各种衍生物；湿性天然气中的乙烷、丙烷、丁烷和天然气凝析液等，经蒸汽裂解或热裂解可生产乙烯、丙烯、丁二烯等。

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沼气的产生

沼气是有机物质在厌氧的环境中，经沼气微生物分解而产生的一种可燃气体。其主要成分是甲烷，占总体积的60%～70%；其次是二氧化碳，占总体积的25%～35%；此外还有少量的氢气、一氧化碳、硫化氢等。沼气在自然界分布很广，凡是有水和有机物质同时存在的地方几乎都有沼气的产生。

农村制备沼气是由作物秸秆、人畜粪便、垃圾污泥等有机物质在一定温度、水分和隔绝空气条件下，经过微生物的发酵作用而产生的。沼气发酵是一个极其复杂的生化过程。需要经过水解、产酸、产甲烷三个阶段。

沼气的事故

据《云南法制报》报道，2008年3月5日，禄丰县一村民黄某由于从进料池加不进粪，就到出料池打开盖子检查，黄某打开盖子后探头往里看，人一下子就掉了进去。在一旁帮忙的黄妻急忙过去拉他，可还没等拉出池子，黄某就顺着池壁软软地滑到池底不会动了。邻居姬某听到呼救立即赶来救助黄某，可不到几分钟，下到池底的姬某也不会动了。听到哭喊声的村民周某跑过来看到池里晕了两个人，就下去救人，下到池里才两分钟，他就觉得头部刺痛，胸口则像压了重物喘不过气来。意识到危险的周某立即爬出池口。闻讯赶来的村民七手八脚把已经昏迷的黄某、姬某拉了上来。

沼气的应用

1.生活用。以沼气用作生活燃料，大大减少了生活用柴用煤，保护了森林资源，节省了秸秆和煤炭，生态环境逐步得到改善。

2.沼气贮粮。利用沼气贮存粮食，可有效抑制微生物生长繁殖，杀死粮食中的害虫，保持粮食品质，避免粮食贮存中的药剂污染。

3.沼气贮果。利用沼气中甲烷和二氧化碳含量高，含氧量极低及甲烷无毒的特性贮藏水果，贮存期长，好果率高，而且成本低，无药害，外观、硬度、甜度等基本保持鲜果风味，并在一定程度上减轻了由于贮存、保鲜、运输等环节滞后给果农带来的积压，提高了经济价值。

4.沼液可以用来喂猪、养鱼、浸种、施肥，减少污染，降低成本，增加了效益。

5.沼渣是优质有机肥料，符合生态农业的要求。另外，沼渣可用于栽培蘑菇，作育苗、育秧的营养土。