Оказание первой помощи при отравлении нефтепродуктами

Свойства метана

Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м 3 . С воздухом образует взрывоопасные смеси. Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне. Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O₂).

Взрывное горение распространяется со скоростью 500—700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м 2 . После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.

При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до муравьиной кислоты.

Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

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 140оС и под давлением.  Атом водорода в метане замещается на нитрогруппу NO₂.

Источники и получение метана

Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула — CH₄. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ).

На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений. Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.

Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10—57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24—34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.

В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой

Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен

Общая информация

Историческая справка

Начиная с середины XX века, все большее распространение в двигательных системах тяжелого и легкового транспорта начинают получать установки, работающие на углеводородных газах. К концу столетия и в начале XXI века такие установки становятся почти повсеместными и начинают активно внедряться на производстве крупными заводами не только для автобусов и грузовых автомобилей, но также и собственных линеек легковых авто, особенно внедорожников и минивенов, а также различных малогабаритных гибридных моделей. Причина использования природного газа достаточно проста – он более экологичен и более дешев в использовании в сравнении с бензином. Изначально основанием для использования газовых установок была именно защита экологии, с увеличением стоимости нефти и сообразного роста цен на бензин, более остро встал и финансовый фактор использования газовых ГБО.

Выбор газа как такового понятен, но возникает вопрос, что лучше – пропан или метан. Дать однозначный ответ – погрешить против истины, но для осознанного решения необходимо знать полезные характеристики обоих «претендентов».

Пропан

Пропан относится к классу алканов и является органическим веществом, которое выделяется при крекинге (процессе переработки) нефтепродуктов, также он может выделяться из природного газа. Для целей создания топливной смеси пропан смешивается с этаном и бутаном, в сжиженном состоянии он помещается в баллоны под давлением в 10-15 атмосфер. Пропан – углеводородный газ, он тяжелее воздуха и взрывоопасен при содержании в окружающей среде в количестве 2,1 и выше процентов.

Пропан представляет собой, в промышленном отношении продукт разделения нефтяного или «жирного» природного газа – то есть обладает достаточно высоким содержанием примесей, масел, сопутствующих веществ, нуждается в качественной очистке и фильтрации. Кроме того, согласно известным исследованиям при достаточной концентрации пропан может оказывать наркотическое воздействие на человеческий организм. Увидеть пропан в быту можно в обычной газовой зажигалке.

Метан

Метан относится к категории простейших углеводородов, он существенно легче воздуха и почти не растворяется в воде. Метан находится в обширных подземных месторождениях, где добывается фактически в чистом виде, а затем проходит процедуру фильтрации, дополнения одорантами для запаха. Для использования в качестве топлива метан сжимается до 200-250 атмосфер, содержится в баллоне повышенной прочности и обычно достаточно высокого веса. Взрывоопасность метана наступает при концентрации выше 4,4 процентов в воздухе, при этом он легко уносится воздушными потоками и может накапливаться только в замкнутых помещениях.

Основное удобство метана – его невысокая цена. Кроме того метан является самым чистым газом из всех, доступных для использования в топливных целях, он почти не содержит примесей и нуждается лишь в самой примитивной очистке. При этом для метана, с учетом специфики его использования, требуется достаточно дорогая установка. Данный газ, как и пропан, обладает наркотическим влиянием на человеческий организм, но незначительным, ввиду разреженного нахождения в воздухе. Увидеть метан в быту можно при использовании любой бытовой газовой плиты.

Действие метана на организм при отравлении

Отравление метаном – не такая уж редкость, несмотря на то, что его считают безвредным для организма. Действительно, его токсическое воздействие выражено слабо, но лишь до поры, пока содержание в воздухе не превышает допустимую норму.

Отравление компонентами природного газа, в частности, метаном, может быть очень серьезным при нарушении правил пользования газом, а применяется он повсеместно, как удобное и очень дешевое топливо в быту и на производстве. Чем опасен метан, каковы симптомы отравления этим газом и как правильно оказать первую помощь – вы узнаете в этой статье.

Действие метана на организм человека

Метан – горючий газ, относящийся к простым углеводородам, он не имеет цвета и запаха, легче воздуха. Образуется в природе в результате химических процессов в земной коре, а также жизнедеятельности различных микроорганизмов, в том числе обитателей кишечника человека и животных. Например, в зоне открытых рудников или шахт, в заболоченной местности концентрация газа в воздухе может быть высокой и вызвать отравление. Его называют «болотный газ», который легко обнаружить, когда болото «булькает».

Распознать метан в природе легко по гнилостному запаху из-за органических примесей и других газов. В чистом виде этот газ определить невозможно, поэтому в топливный газ добавляют пахучие примеси, чтобы можно было ощутить утечку.

Разовая ПДК метана в воздухе (предельно допустимая концентрация) составляет не более 50 мг/м 3 . Попадая в организм, метан вытесняет кислород, в результате развивается гипоксия (кислородное голодание) всех тканей, и в наибольшей степени страдает центральная нервная система.

Как можно отравиться метаном?

Отравление метаном может быть острое, когда человек надышался газом в результате аварии или неправильного обращения с газовыми приборами, а также во время длительного пребывания на заболоченной местности, в шахте.

Другой путь отравления метаном — длительное регулярное вдыхание небольших доз метана. Это бывает, как правило, у людей, работающих на химическом производстве, на рудниках, в шахте.

Третий путь хронической интоксикации – повышенное образование метана в кишечнике при различных его заболеваниях (хроническом энтероколите, дисбактериозе). Такой эндогенный метан хоть и не приводит к тяжелой интоксикации, но способен вызывать различные функциональные нарушения в организме, желудочно-кишечный дискомфорт, плохое самочувствие.

Симптомы отравления газом

Если случилось острое отравление таким компонентом природного газа, как метан, то симптомы будут следующие:

• Головокружение, шум в ушах, сонливость, общая слабость;
• Состояние, подобное опьянению (потеря координации, нарушение речи);
• Резь в глазах, слезотечение;
• Удушье, нехватка воздуха;
• Усиленное сердцебиение;
• Понижение артериального давления;
• Тошнота, приступообразная рвота;
• Цианоз (синюшность) кожи, слизистых оболочек;
• В тяжелых случаях – потеря сознания, судороги, коматозное состояние, остановка дыхания и сердца.

Хроническая интоксикация метаном проявляется частыми головными болями, гипотонией, бледностью, вялостью, общим недомоганием, снижением работоспособности, упадком сил. Нередки обморочные состояния на фоне гипотонии. Могут появиться признаки истощения нервной системы – повышенная раздражительность, нервозность, плохой сон, снижение когнитивных функций (памяти, мышления, ориентации).

Первая помощь и восстановление организма

Надышавшемуся газом нужно немедленно вызвать скорую помощь и, пока она в пути, принять срочные меры к возможно максимальному удалению метана из организма. Для этого необходимо:

• Вынести пострадавшего на улицу, балкон, террасу;
• Расстегнуть ворот, одежду на груди, пояс;
• Приподнять ножной конец тела, чтобы голова находилась ниже уровня ног, это необходимо для предупреждения гипоксии мозга;
• На лоб положить холод (смоченную водой ткань, пузырь со льдом);
• Дать обильное питье (минеральную или очищенную воду, теплый чай);
• Голову повернуть набок (на случай рвоты).

Если остановилось дыхание, а пульс на сонной артерии не определяется, нужно выполнить закрытый массаж сердца и искусственное дыхание. При наличии возможности нужно дать подышать пострадавшему кислородом (баллончик или кислородная подушка из аптеки).

Лечение отравления метаном в стационаре зависит от его степени и особенностей клиники. Проводятся ингаляции кислородом, внутривенное вливание детоксицирующих жидкостей, сердечных и мочегонных препаратов, дыхательных стимуляторов, назначается витаминотерапия, антигистаминные средства.

Месторождения природного газа

В природе газ может находиться в следующих формах:

• Газовые залежи в пластах некоторых горных пород. Залежи газообразных углеводородов как правило сосредоточены на глубине от 1000 м. Вопреки распространенному мнению, газ в таких залежах находится не в объемных пустотах, а преимущественно в мелких трещинах, микроскопических порах и каналах горных пород, например, песчаника. В составе такого газа преобладают низшие алканы: метан и этан. Крупнейшие запасы природного газа сосредоточены в России (Уренгойское месторождение), большинстве стран Персидского залива, США и Канаде.
• Газовые шапки над нефтью и растворенный в нефти газ. Такие газообразные скопления называют Попутный нефтяной газ (ПНГ). В отличие «традиционного» природного газа, ПНГ в своем составе помимо метана и этана содержит значительное количество пропана, бутана и других более тяжелых углеводородов.
• Газогидратные залежи. Газовые гидраты – это кристаллические соединения, которые образованы путем растворения газообразных углевоородов в пластовой воде при определенных термодинамических условиях – высоких давлениях и относительно низких температурах. 1 объем воды при переходе в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа. Такая форма накопления природного газа была открыта во второй половине 20-го века. Газогидратные залежи находятся преимущественно в районах распространения многолетней мерзлоты, а также на относительно небольшой глубине под океанических дном.

Доказано, что большое количество углеводородов находится в мантии Земли, но в настоящее время, ввиду технической недоступности, они не представляют практического интереса.

Помимо залежей газа в недрах планеты, необходимо упомянуть, что углеводороды встречаются и в космосе. В частности, метан является третьим по распространенности газом во Вселенной после водорода и гелия. В форме метанового льда он входит в структуру планет и других космических тел. Однако такие образования не относят к залежам природного газа и при настоящем уровне развития технологий не могут быть извлечены.

[править] Распространение в природе

Метан является основным компонентом:

• природных горючих газов (до 99,5 %),
• попутных нефтяных газов (39-91 %),
• болотных (99 %) и рудничных (34-48 %) газов;
• присутствует в газах грязевых вулканов (более 95 %),
• спорадически встречается в вулканических газах и в газах магматических и метаморфических пород.

Большое количество метана растворено в водах океанов, морей, озер. Среднее содержание метана в водах Мирового океана составляет около 10−2 см3 / л, общее количество — 14 · 1012 м3. Количество метана, растворенного в пластовых водах, на несколько порядков выше его промышленных запасов.

Метан присутствует также в атмосферах Земли, Юпитера, Сатурна, Урана; в газах поверхностного грунта Луны. Основная масса метана лито- и гидросферы Земли образовалась при биохимической и термокаталитической деструкции рассеянного органического вещества, угля и нефтей. Метан образуется при анаэробном разложении органических веществ, в частности целлюлозы (метановое брожение).

В природе Земли метан достаточно распространен. Горючие природные газы состоят на 90-97 % из метана. Он образует ряд месторождений, из которых добывается и по газопроводам подается к месту использования. На дне болот и прудов метан образуется в результате разложения остатков растений без доступа воздуха. Поэтому его называют еще болотным газом. Под названием «рудничный газ» метан накапливается в угольных шахтах, в результате выделения из пластов угля и сопутствующих пород, в которых находится в свободном и связанном виде. На действующих шахтах наблюдается выделение метана из угольных пластов в объеме до 70-80 м3/т с. б. м. (т с. б. м. — тонна сухой беззольной массы), что делает экономически целесообразным его самостоятельное или сопутствующее (дегазация) извлечения из угольных месторождений.

Рудничный газ очень опасен, так как с воздухом может образовывать взрывчатую смесь. Наиболее взрывоопасные концентрации метана в воздухе — 9-14 %.

Основной компонент природных (77-99 %), попутных нефтяных (31-90 %), рудничного и болотного газов.

При низких температурах метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

Газовые гидраты — твердые кристаллические вещества плотностью 880—890 кг/м3, похожие на снег или лед. Гидратообразования происходят в пористой среде осадочного чехла с формированием газогидратных залежей.

Добыча природного газа:

Залежи природного газа находятся глубоко в земле, на глубине от одного до нескольких километров. Поэтому, чтобы добыть его необходимо пробурить скважину. Самая глубокая скважина имеет глубину более 6 километров.

В недрах Земли газ находится микроскопических пустотах  – порах, которыми обладают некоторые горные породы. Поры соединены между собой микроскопическими каналами – трещинами. В порах и трещинах газ находится под высоким давлением, которое намного превышает атмосферное. Природный газ движется в порах и трещинах, поступая из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением.

При бурении скважины газ вследствие действия физических законов полностью поступает в скважину, стремясь в зону низкого давления. Таким образом, разность давления в месторождении и на поверхности Земли является естественной движущей силой, которая выталкивает газ из недр.

Газ добывают из недр земли с помощью не одной, а нескольких и более скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи.

Так как добытый газ содержит множество примесей, то его сразу же после добычи очищают на специальном оборудовании, после чего транспортируют потребителю.

При какой температуре горит метан?

Сжигание метана используется для получения тепловой энергии. Данное химическое соединение является взрывоопасным. При попадании в зону открытого пламени оно взрывается, но в условиях обычной температуры даже при достаточной концентрации газа в воздухе горение не происходит. Температура горения метана составляет 537 ⁰С при самовоспламенении, 187 ⁰С – при вспышке. Воспламенение с взрывом возможно, если его концентрация достигает не менее 5 %. Горение метана происходит при концентрации его от 14 %, взрыв не происходит. Температура плавления данного химического соединения составляет 182 ⁰С.

Интересный факт! Ученые выявили наличие залежей гидрата метана на океаническом шельфе Карского моря в местах вечной мерзлоты. Это вещество внешне похоже на утрамбованный снег. Оно представляет собой соединение воды с метаном. Гидрат метана абсолютно инертен при постоянной температуре, но способен воспламеняться при ее повышении. При изменении давления химическое соединение распадается на воду и метан. Из 1 см3 гидрата метана образуется 180 см3 чистого газа.

Физические свойства природного газа

Вследствие своего состава природный газ горюч. Чистый газ горит голубым пламенем, поэтому его иногда называют «голубым топливом». Примеси же могут окрашивать пламя в различные цвета. Также пламя начинает желтить при недостатке кислорода, что приводит к неполному сгоранию газа и образованию копоти и угарного газа.

Смесь с воздухом в диапазоне концентраций от 4,4 до 17% взрывоопасна

Поэтому важно контролировать содержание газа в окружающей атмосфере, а также вовремя принимать соответствующие меры в случае его утечки

Природный газ бесцветен и не имеет запаха, за исключением случаев повышенного содержания в его составе сероводорода. В связи с этим, для облегчения обнаружения утечек газа, к нему в небольших концентрациях добавляют специальные одоранты – вещества с резким неприятным запахом. В качестве одорантов преимущественно используются серосодержащие соединения, например, тиолы (меркаптаны). Стандартная концентрация таких добавок составляет 16 г на 1000 м3. Однако человек способен уловить присутствие одного из самых распространенных одорантов – этилмеркаптана, даже при его концентрации в воздухе 2*10-6 % по объему.

Физические свойства природного газа зависят от его компонентного состава, однако в большинстве случаев основные параметры укладываются в диапазоны, приведенные в таблице ниже.

Химические свойства

В химии формула метана — CH4. Соединение плохо вступает в химические связи.

В обычных условиях оно не реагирует со следующими веществами:

• концентрированные кислоты;
• расплавленные и концентрированные щелочи;
• щелочные металлические реагенты;
• галогены;
• перманганат калия;
• дихромат калия в кислой среде.

По своим химическим свойствам метан схож с другими реагентами, относящимися к алканам. А потому он вступает в такие химические реакции, как:

• Конверсия в синтез-газ. Синтез-газ, который образуется в результате указанной реакции, используется для получения метанола, углеводородов и так далее.
• Галогенирование. Такая реакция является цепной. При ней молекула брома или йода подвергается воздействию света и распадается на радикалы, которое затем атакуют молекулы метана. В результате от соединения отрывается атом водорода, а газ становится свободным метилом CH3. Получившееся вещество сталкивается с молекулами брома или йода, которые разрушаются, образуя новые радикалы этих реагентов.
• Нитрование.
• Окисление или горение. Эта реакция происходит при избытке кислорода и описывается следующим уравнением: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. В этом случае пламя имеет голубой цвет. Если кислорода недостаточно, то результатом реакции становится выработка не углекислого газа, а оксида углерода. Если же кислорода ещё меньше, то взаимодействие веществ приведёт к выделению мелкодисперсного углерода.
• Сульфохлорирование.
• Сульфоокисление.
• Разложение.
• Дегидрирование.
• Каталитическое окисление. В подобных реакциях из болотного газа образуются карбоновые кислоты, спирты, альдегиды.

Сравнение метана и пропана

Общие преимущества газов в топливе

Оба газа имеют общие преимущества относительно бензина, что позволяет год от года расширять их применение в двигательных установках.

• Более низкая цена относительно бензина;
• Экологическая безопасность, меньшее влияние на здоровье человека;
• Увеличение срока езды без заправки за счет большего объема топлива, которое можно запасти;
• В комплексе замедление износа деталей автомобиля, особенно при использовании изначально приспособленного двигателя.

Общие недостатки газов в топливе

Существует также несколько оснований, по которым бензин все еще сохраняет лидирующее положение как автомобильное топливо.

• Меньшая доступность газов для потребителя (количество заправок, а также центров обслуживания автомобилей с газовыми установками);
• Падение мощности автомобиля при использовании газового топлива;
• Повышенный износ некоторых особо чувствительных участков двигателя (например, клапанов) с учетом специфики «сухого горения» газового топлива.

Основные различия метана и пропана

Метан и пропан существенно отличаются друг от друга как по специфике хранения, так и по специфике использования в качестве топлива, каждый имеет свои преимущества и недостатки.

• По ГБО – дополнение двигателя автомобиля пропановой установкой существенно (до 70%) дешевле, чем установка метанового ГБО;
• По стоимости – в перспективе, после того, как окупится установка ГБО, метан дает высокую экономию средств на топливо относительно пропана;
• Снижение мощности – пропан, относительно бензина, дает незначительное снижение мощности до 3-5% двигателя, и то при развитии скорости выше 140 километров в час. Метан «ослабляет машину» до 20%. Но стоит учитывать, что данное обстоятельство было почти нивелировано в современных специализированных установках;
• Экологическая чистота – пропан имеет примеси и не считается полностью безопасным для человека и экологии. Метан – самое чистое топливо на планете, по своей безопасности превосходящий электрические двигатели и солнечные батареи, находящийся на одном уровне со спиртовыми установками;
• Вес баллонов и объем топлива – пропан, сжимаемый под невысоким давлением вместе со своим резервуаром, весит в несколько раз легче, чем баллон сжатого метана. При этом пропана можно запасти на путь втрое более долгий, чем метана;
• Взрывоопасность – метан вдвое менее взрывоопасен, чем пропан, а с учетом рассеивания считается максимально безопасным относительно почти всех других видов топлива. Стоит также отметить, что баллоны метана при аварии повреждаются и деформируются существенно меньше, чем баллоны пропана. Таким образом, доставка пропана становится в перспективе более опасной;
• Доступность заправок – метановые заправки являются редкостью, их приходится специально искать, заправки с пропаном почти также часты, как бензиновые. При этом оборудование для сжимания, очистки и заправки метана существенно менее сложное, чем пропановое.

Этимология

Этимологически слово « метан » образовано от химического суффикса « -ан », который обозначает вещества, принадлежащие к семейству алканов; и слово « метил », которое происходит от немецкого « метил » (1840 г.) или непосредственно от французского « méthyle », которое является обратным образованием от французского « méthylène » (соответствует английскому «метилен»), корень которого был придуман Жан-Батистом Дюма и Эженом Пелиго в 1834 году от греческого « мети » (вино) (родственный английскому «медовуха») и « хиле » (что означает «дерево»). Радикал назван в честь этого, потому что он был впервые обнаружен в метаноле , спирте, впервые выделенном путем перегонки древесины. Химический суффикс « -ane » происходит от координирующего химического суффикса « -ine », который происходит от латинского суффикса женского рода « -ina », который применяется для обозначения абстрактов. Согласование «-ane», «-ene», «-one» и т. Д. Было предложено в 1866 году немецким химиком Августом Вильгельмом фон Хофманном (1818–1892).

Сокращения

Аббревиатура CH ₄ -C может означать массу углерода, содержащегося в массе метана, а масса метана всегда в 1,33 раза больше массы CH ₄ -C. CH ₄ -C также может означать отношение метан-углерод, которое составляет 1,33 по массе. Метан в масштабах атмосферы обычно измеряется в тераграммах (Tg CH ₄ ) или миллионах метрических тонн (MMT CH ₄ ), что означает одно и то же. Также используются другие стандартные единицы измерения, такие как наномоль (нмоль, одна миллиардная моля), моль (моль), килограмм и грамм .