Metán kinyerése a szén-dioxid egyenletből. Metán és származékai előállításának módszere

A hangyasav, amelynek képlete HCOOH, a legegyszerűbb monokarbonsav. Ahogy a nevéből is kiderül, kimutatásának forrása a vörös hangyák jellegzetes váladéka volt. A szóban forgó sav a csípős hangyák által kiválasztott mérgező anyag része. Égő folyadékot is tartalmaz, amelyet a szúró selyemhernyó hernyók termelnek.

A hangyasav oldatot először a híres angol tudós, John Ray kísérletei során nyerték. A tizenhetedik század végén vizet és vörös erdei hangyákat kevert össze egy edényben. Ezután az edényt felforraljuk, és forró gőzáramot engedünk át rajta. A kísérlet eredménye egy vizes oldat előállítása volt, amelynek jellegzetessége az erősen savas reakció volt.

Andreas Sigismund Marggraffnak sikerült tiszta hangyasavat előállítania a XVIII. század közepén. A vízmentes savat, amelyet Justus Liebig német kémikus kapott, a legegyszerűbb és legerősebb karbonsavnak tekintik. A modern nómenklatúra szerint metánsavnak nevezik, és rendkívül veszélyes vegyület.

Manapság a bemutatott sav előállítása többféle módon történik, köztük több egymást követő lépésben. De bebizonyosodott, hogy a hidrogén és a szén-dioxid hangyasavvá alakítható, és visszatérhet eredeti állapotába. Ennek az elméletnek a kidolgozását német tudósok végezték. A téma aktualitása a szén-dioxid légköri levegőbe jutásának minimalizálása volt. Ezt az eredményt a szerves anyagok szintézisének fő szénforrásaként való aktív felhasználásával lehet elérni.

Az innovatív technika, amelyen német szakemberek dolgoztak, a hangyasav képzésével végzett katalitikus hidrogénezést foglalja magában. Eszerint a szén-dioxid lesz a végtermék elválasztásának alapanyaga és oldószere is, mivel a reakció szuperkritikus CO2-ban megy végbe. Ennek az integrált megközelítésnek köszönhetően megvalósíthatóvá válik a metánsav egylépéses előállítása.

A szén-dioxid hidrogénezési folyamata metánsav képződésével jelenleg aktív kutatás tárgya. A tudósok fő célja kémiai vegyületek kinyerése a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során keletkező hulladékból. A hangyasav különféle iparágakban való széles körű felhasználása mellett meg kell jegyezni a hidrogéntárolásban való részvételét. Elképzelhető, hogy a napelemekkel felszerelt járművek üzemanyagának szerepét ez a sav tölti be, amelyből a katalitikus reakciók lehetővé teszik a hidrogén kinyerését.

A metánsav szén-dioxidból homogén katalízissel történő előállítása a huszadik század 70-es évei óta foglalkozik szakemberekkel. A fő nehézségnek az egyensúly eltolódását tekintik a kiindulási anyagok felé, ami az egyensúlyi reakció szakaszában figyelhető meg. A probléma megoldásához el kell távolítani a hangyasavat a reakcióelegyből. De jelenleg ez csak akkor érhető el, ha a metánsavat sóvá vagy más vegyületté alakítják. Következésképpen tiszta savat csak akkor lehet előállítani, ha van egy további szakasz, amely ennek az anyagnak a megsemmisítéséből áll, ami nem teszi lehetővé a hangyasav képződésének megszakítás nélküli folyamatának megszervezését.

A Walter Leitner csoport tudósai által kidolgozott egyedi koncepció azonban egyre népszerűbb. Azt sugallják, hogy a szén-dioxid-hidrogénezés és a termékizolálás szakaszainak egy berendezésen belüli megvalósítása lehetővé teszi a tiszta metánsav előállításának folyamatát megszakítás nélkül. Hogyan érték el a tudósok a maximális hatékonyságot? Ennek oka egy kétfázisú rendszer alkalmazása volt, amelyben a mozgó fázist szuperkritikus szén-dioxid, az állófázis ionos folyadék, folyékony só jelenti. Megjegyzendő, hogy az ionos folyadékot mind a katalizátor, mind a sav stabilizálására szolgáló bázis feloldására használták. A szén-dioxid áramlása olyan körülmények között, ahol a nyomás és a hőmérséklet meghaladja a kritikus értékeket, elősegíti a metánsav eltávolítását a reakcióelegyből. Fontos, hogy a szuperkritikus szén-dioxid jelenléte ne vezessen ionos folyadékok, katalizátorok vagy bázisok feloldódásához, biztosítva a keletkező anyag maximális tisztaságát.

A gazdálkodók évente szembesülnek a trágya elhelyezés problémájával. Az elszállításának és eltemetésének megszervezéséhez szükséges jelentős összegek kárba vesznek. De van egy módja annak, hogy ne csak pénzt takarítson meg, hanem azt is, hogy ez a természetes termék az Ön javára szolgáljon.

A takarékos tulajdonosok régóta alkalmazzák a gyakorlatban azt az ökotechnológiát, amely lehetővé teszi a trágyából biogáz előállítását és az eredmény üzemanyagként való felhasználását.

Ezért anyagunkban szó lesz a biogáz előállításának technológiájáról, és szó lesz arról is, hogyan építsünk bioenergia-erőművet.

A szükséges térfogat meghatározása

A reaktor térfogatát a telepen termelt napi trágyamennyiség alapján határozzák meg. Figyelembe kell venni a nyersanyag típusát, a hőmérsékletet és az erjesztési időt is. A berendezés teljes körű működéséhez a tartályt a térfogat 85-90%-áig meg kell tölteni, legalább 10%-nak szabadnak kell maradnia a gáz távozásához.

A szerves anyagok bomlásának folyamata egy mezofil berendezésben 35 fokos átlaghőmérsékleten 12 napig tart, ezt követően eltávolítják a fermentált maradékokat, és a reaktort megtöltik a szubsztrátum új részével. Mivel a hulladékot a reaktorba küldés előtt 90%-ig vízzel hígítják, a napi terhelés meghatározásakor a folyadék mennyiségét is figyelembe kell venni.

A megadott mutatók alapján a reaktor térfogata megegyezik az előkészített szubsztrát (trágya vízzel) napi mennyiségének 12-szeresével (a biomassza lebontásához szükséges idő) és 10%-kal növelve (a tartály szabad térfogata).

Földalatti építmény építése

Most beszéljünk a legegyszerűbb telepítésről, amely lehetővé teszi, hogy a legalacsonyabb áron szerezze be. Fontolja meg egy földalatti rendszer építését. Az elkészítéséhez gödröt kell ásni, az alapja és a falai megerősített duzzasztott agyagbetonnal vannak kitöltve.

A bemeneti és kimeneti nyílások a kamra ellentétes oldalán találhatók, ahol ferde csövek vannak felszerelve az aljzat betáplálására és a hulladéktömeg kiszivattyúzására.

A körülbelül 7 cm átmérőjű kimeneti csőnek szinte a bunker alján kell elhelyezkedni, másik vége egy téglalap alakú kiegyenlítő tartályba van szerelve, amelybe a hulladékot szivattyúzzák. Az aljzat szállítására szolgáló csővezeték az aljától kb. 50 cm-re található, átmérője 25-35 cm. A cső felső része belép a nyersanyagok fogadására szolgáló rekeszbe.

A reaktort teljesen le kell zárni. A levegő behatolásának kizárása érdekében a tartályt bitumen vízszigetelő réteggel kell lefedni

A bunker felső része egy gáztartó, amely kupola vagy kúp alakú. Fémlemezből vagy tetőfedő vasból készül. A szerkezetet téglafalazattal is kiegészítheti, amelyet ezután acélhálóval lefednek és vakolnak. Csinálnia kell egy lezárt nyílást a gáztartály tetején, távolítsa el a víztömítésen áthaladó gázcsövet, és szereljen be egy szelepet a gáznyomás enyhítésére.

Az aljzat keveréséhez a berendezést felszerelheti buborékosodás elvén működő vízelvezető rendszerrel. Ehhez függőlegesen rögzítse a műanyag csöveket a szerkezet belsejében úgy, hogy felső szélük az aljzatréteg felett legyen. Csinálj beléjük sok lyukat. A nyomás alatt lévő gáz leesik, felfelé haladva gázbuborékok keverik össze a biomasszát a tartályban.

Ha nem szeretne betonbunkert építeni, vásárolhat egy kész PVC-tartályt. A hő megőrzése érdekében hőszigetelő réteggel - polisztirol habbal - kell körülvenni. A gödör fenekét 10 cm-es vasbeton réteggel töltik ki Polivinil-kloridból készült tartályok akkor használhatók, ha a reaktor térfogata nem haladja meg a 3 m3-t.

Következtetések és hasznos videó a témában

Ha megnézi a videót, megtanulja, hogyan kell a legegyszerűbb telepítést elvégezni egy közönséges hordóból:

A legegyszerűbb reaktor néhány nap alatt elkészíthető saját kezűleg, a rendelkezésre álló anyagok felhasználásával. Ha a gazdaság nagy, akkor a legjobb, ha kész telepítést vásárol, vagy forduljon szakemberhez.

Felhasználás: szénhidrogének előállítása. Lényege: a H 6 sorozatú 2-18 heteropolisav 10-80%-os vizes oldatát 70-140 o C-ra melegítjük, majd ólom- vagy rézlemezt merítünk az oldatba, és 3-15 percet várunk. Megkezdődik a 6- anionos komplex redukciós folyamata, amely után 700-800 Hgmm nyomáson oldódik. legfeljebb 60 térfogatszázalék szén-dioxid-koncentrációjú és legalább 5 térfogatszázalék oxigénkoncentrációjú gázkeveréket kell átengedni. %, amíg a metánt vagy a telített szénhidrogének valamelyikét el nem kapjuk. Műszaki eredmény: metán előállítása szén-dioxidból ipari mennyiségben.

Leíró szöveg fax formában (lásd a grafikus részt).

Követelés

Eljárás metán és származékai előállítására, amelynek fő nyersanyaga a szén-dioxid, azzal jellemezve, hogy a H 6 sorozatú 2-18 heteropolisav 10-80%-os vizes oldatát 70-140 C-ra melegítjük, majd ólom- vagy rézlemezt merítünk az oldatba, és várjunk 3-15 percet, mielőtt a 6- anionos komplex redukciós folyamata megkezdődik, majd az oldatot 700-800 Hgmm nyomáson átengedjük az oldaton. legfeljebb 60 térfogatszázalék szén-dioxid-koncentrációjú és legalább 5 térfogatszázalék oxigénkoncentrációjú gázkeveréket engedünk át, amíg az egyik telített szénhidrogént meg nem kapjuk.

Hasonló szabadalmak:

A találmány petrolkémiára vonatkozik, különösen olaj, gázkondenzátum és kőolajtermékek, valamint víz-olaj emulziók tisztítására szolgáló eljárásokra hidrogén-szulfidból és/vagy kis molekulatömegű merkaptánokból, és felhasználható olajban, gázban, olajban és gázban. finomító, petrolkémiai és egyéb iparágak

A találmány C3-C5 összetételű telített szénhidrogének magas hőmérsékletű homogén pirolíziséből származó pirokondenzátum komplex feldolgozására vonatkozik.

A találmány folyékony szénhidrogén termékek gázokból, különösen szén-dioxidból történő előállítására szolgáló eljárásokra vonatkozik, és az olajfinomító és a petrolkémiai iparban alkalmazható.

A találmány tárgya eljárás metán előállítására légköri szén-dioxidból. Az eljárást hővel regenerált szorbens - szén-dioxid-abszorber - mechanikai keverékének alkalmazása jellemzi, amely kálium-karbonát, amely a titán-dioxid pórusaiban van rögzítve, és összetétele: tömeg%: K2CO3 - 1-40, TiO2 - a többi 100-ig, valamint fotokatalizátor a regenerációs folyamat során felszabaduló szén-dioxid összetétel metánosítási vagy redukciós folyamatához: tömeg%: Pt≈0,1-5 tömeg%, CdS≈5-20 tömeg%, TiO2 - a többi 100-ig, a fotokatalizátor tartalma a keverékben 10-50 tömeg%. Ez a módszer egy energiahatékony módszer metán előállítására a levegőben lévő szén-dioxidból, és alternatív megújuló energiát használ az üzemanyagok szintetizálására. 4 fizetés f-ly, 4 ave., 1 ill.

A találmány tárgya eljárás szénhidrogén termékek előállítására, amely a következő lépéseket tartalmazza: (a) hidrogént, szén-monoxidot és szén-dioxidot tartalmazó szintézisgázt állítunk elő; (b) a szintézisgázt metanolt és dimetil-étert tartalmazó oxigenát keverékké reagáltatjuk egy vagy több katalizátor jelenlétében, amelyek a hidrogént és szén-monoxidot oxigenátokká alakító reakciót kokatalizálják, legalább 4 MPa nyomáson; (c) a (b) lépésből kinyerünk egy mennyiségű metanolt, dimetil-étert, szén-dioxidot és vizet tartalmazó oxigenát keveréket el nem reagált szintézisgázzal együtt, és az oxigenát keverék teljes mennyiségét további feldolgozás nélkül bevezetjük az oxigenátok katalitikus átalakításának szakaszába. (d); (d) az oxigenát keveréket reagáltatjuk egy katalizátor jelenlétében, amely aktív az oxigenátokat magasabb szénhidrogénekké alakítva; (e) a (d) lépésből származó elfolyó áramot visszanyerjük, és az elfolyó áramot a (b) lépésben keletkezett szintézisgázból és szén-dioxidból származó szén-dioxidot tartalmazó véggázzá, a (d) lépésben kapottakat tartalmazó folyékony szénhidrogén fázisba választjuk. ) magasabb szénhidrogének és egy folyékony vizes fázis, ahol a (c)-(e) lépésekben alkalmazott nyomás lényegében megegyezik a (b) lépésben alkalmazott nyomással, és az (e) lépésben előállított véggáz egy része visszavezetjük a (d) lépésbe, és a maradék gázt eltávolítjuk. A jelen eljárás egy olyan eljárás, amelyben nem kerül sor az el nem reagált szintézisgáz visszavezetésére az oxigenátok szintézisének szakaszába, és a dimetil-étert magasabb szénhidrogénekké alakító reakció lehűtése nélkül. 1 n.p., 5 z.p. f-ly, 2 pr., 1 asztal., 2 ill.

A jelen találmány eljárást biztosít etilén-oxid előállítására, amely a következőket tartalmazza: a. az etántartalmú nyersanyagot krakkolási zónában krakkolási körülmények között krakkolni olefinek előállítására, beleértve legalább az etilént és a hidrogént; b. az oxigenát nyersanyagot egy oxigenátban olefin konverziós (OTO) zónává alakítjuk olefinek előállítására, beleértve legalább az etilént; c. az (a) és/vagy (b) lépésben előállított etilén legalább egy részét egy oxigént tartalmazó nyersanyaggal együtt etilén oxidációs zónába küldjük, és az etilént oxidáljuk legalább etilén-oxid és szén-dioxid előállítására; és ahol az oxigenát nyersanyag legalább egy részét úgy állítják elő, hogy a (c) lépésben előállított szén-dioxidot és a hidrogéntartalmú nyersanyagot egy oxigenát szintézis zónába küldik, és szintetizálják az oxigenátokat, ahol a hidrogéntartalmú nyersanyag az (a) lépésben előállított hidrogént tartalmazza. ). Egy másik szempont szerint a jelen találmány integrált rendszert biztosít etilén-oxid előállítására. A műszaki eredmény az etán-krakkolás és az OTO folyamatok integrálásával etilén-oxid és adott esetben monoetilén-oxid előállítására szolgáló eljárás kidolgozása, amely lehetővé teszi a szén-dioxid kibocsátás és az oxigenátok szintéziséhez szükséges szintézisgáz mennyiségének csökkentését. 2 n. és 13 fizetés f-ly, 1 ill., 6 asztal, 1 pr.

A találmány tárgya eljárás a kipufogógázban lévő szén-dioxid földgázzá történő átalakítására többletenergia felhasználásával. Ezen túlmenően a módszer olyan szakaszokat tartalmaz, amelyekben: 1) feszültségátalakítást hajtanak végre, és a megújuló energiaforrásból előállított, nehezen tárolható vagy energiahálózathoz csatlakoztatható többletenergiát egyenirányítják, a felesleges energiát elektrolitoldatba irányítják. a benne lévő víz H2-vé és O2-vé történő elektrolíziséhez, és eltávolítja a vizet a H2-ből; 2) tisztítsa meg az ipari hulladékgázt a CO2 elválasztása érdekében, és tisztítsa meg a belőle leválasztott CO2-t; 3) az 1) szakaszban keletkező H2 és a 2) szakaszban leválasztott CO2 betáplálása a szintézis berendezésbe, beleértve legalább két fix ágyas reaktort, így magas hőmérsékletű gázelegy keletkezik a fő komponensekkel CH4 és vízgőzzel. erősen exoterm metánképző reakciók H2 és CO2 között, az elsődleges rögzített ágyas reaktor bemeneti hőmérséklete 250-300 °C, reakciónyomás 3-4 MPa és kilépő hőmérséklet 600-700 °C; a másodlagos rögzített ágyas reaktort 250-300 °C bemeneti hőmérsékleten, 3-4 MPa reakciónyomáson és 350-500 °C kilépési hőmérsékleten tartjuk; ahol a primer állóágyas reaktorból származó magas hőmérsékletű gázkeverék egy részét megkerülik hűtés, víztelenítés, kompresszió és melegítés céljából, majd friss H2-vel és CO2-vel keverik, hogy a térfogati CO2 után a gázelegyet visszaszállítsák az elsődleges állóágyas reaktorba. tartalom benne 6-8%; 4) használja a 3) lépésben keletkezett magas hőmérsékletű gázkeveréket közvetett hőcserére technológiai vízzel túlhevített vízgőz előállítására; 5) a 4) lépésben kapott túlhevített vízgőzt a turbinához kell vezetni elektromos energia előállítására, és az elektromos energiát visszavezetni az 1) fokozatba feszültségátalakításhoz és áram-egyenirányításhoz, valamint vízelektrolízishez; és 6) a 4) lépésben hőcserével lehűtött gázelegy kondenzálása és szárítása, amíg a szabványnak megfelelő CH4-tartalmú földgázt nem kapunk. A találmány tárgya továbbá egy készülék. A jelen találmány alkalmazása lehetővé teszi a metángáz hozamának növelését. 2 n. és 9 fizetés f-ly, 2 ave., 2 ill.

A találmány tárgya eljárás metanol előállítására szén-dioxidban gazdag anyagáramból, mint első betáplálási áramból és szénhidrogénben gazdag anyagáramból, mint második betáplálási áramból, valamint egy berendezés ennek megvalósítására. Az eljárás a következő lépéseket tartalmazza: az első szén-dioxidban gazdag betáplálás legalább egy metánizálási lépéshez, és az első betáplált áram hidrogénnel történő átalakítása metánosítási körülmények között metánban gazdag árammá, a metánban gazdag áram betáplálása legalább egybe. szintézisgáz-lépés, és a második szénhidrogénben gazdag betáplálási árammal együtt szén- és hidrogén-oxidokat tartalmazó szintézisgázárammal történő átalakítása szintézisgáz előállítási körülményei között, a szintézisgáz-áramot a szintézisciklusba integrált metanol szintézis lépésbe juttatva, és metanol-tartalmú termékárammá alakítjuk metanol szintézis körülményei között, a metanolt elválasztjuk a metanolt tartalmazó termékáramtól, és adott esetben a metanolt megtisztítjuk egy végső metanol termékárammá, és elválasztjuk a szén- és hidrogén-oxidokat tartalmazó tisztítóáramot a metanol szintézis egység. A javasolt találmány lehetővé teszi az üvegházhatású gáz szén-dioxid felhasználását metanol előállítására egyszerű technológiával. 2 n. és 13 fizetés f-ly, 4 ill.

Metán és származékai előállításának módszere, metán előállítása, metán előállítása az iparban, metán előállítása szén-dioxidból, metán előállításának módszerei

Az iparban a szén-dioxid CO2 előállításának fő módszerei a metán CH4 hidrogén H2-vé alakításának melléktermékeként történő előállítása, a szénhidrogének égési reakciói (oxidációja), a mészkő CaCO3 mészvé, CaO-vá és vízzé történő bomlásának reakciója. H20.

CO2 a CH4 és más szénhidrogének hidrogénné H2-vé történő gőzreformálásának melléktermékeként

Hidrogén H2 szükséges az iparban, elsősorban az ammónia NH3 előállításához (Haber-eljárás, hidrogén és nitrogén katalitikus reakciója); Az ammónia szükséges az ásványi műtrágyák és a salétromsav előállításához. A hidrogént többféleképpen is elő lehet állítani, beleértve az ökológusok által kedvelt víz elektrolízisét is - azonban sajnos jelenleg a hidrogén előállításának minden módja, kivéve a szénhidrogének reformálását, gazdaságilag teljesen indokolatlan nagy léptékben. termelés – kivéve, ha a termelésben túl sok „szabad” anyag van. Ezért a hidrogén előállításának fő módja, amely során szén-dioxid is felszabadul, a metán gőzreformálása: kb. 700...1100°C hőmérsékleten és 3...25 bar nyomáson, katalizátor, a vízgőz H2O metánnal CH4 reakcióba lép, szintézisgáz felszabadulásával (a folyamat endoterm, azaz hőfelvétellel megy végbe):
CH4 + H2O (+ hő) → CO + 3H2

A propán hasonló módon gőzreformálható:
С3H8 + 3H2O (+ hő) → 2CO + 7H2

És etanol (etil-alkohol):
C2H5OH + H2O (+ hő) → 2CO + 4H2

Még a benzin is gőzreformálható. A benzin több mint 100 különböző kémiai vegyületet tartalmaz, az izooktán és a toluol gőzreformálási reakcióit az alábbiakban mutatjuk be:
C8H18 + 8H2O (+ hő) → 8CO + 17H2
C7H8 + 7H2O (+ hő) → 7CO + 11H2

Tehát az egyik vagy másik szénhidrogén tüzelőanyag gőzreformálása során hidrogént és szén-monoxid-CO-t (szén-monoxidot) kapnak. A hidrogén előállítási folyamat következő lépésében a szén-monoxid katalizátor jelenlétében olyan reakción megy keresztül, amikor egy oxigénatom O vízből gázba kerül = CO CO2-vé oxidálódik, és a hidrogén H2 szabad formában szabadul fel. A reakció exoterm, körülbelül 40,4 kJ/mol hő szabadul fel:
CO + H2O → CO2 + H2 (+ hő)

Ipari körülmények között a szénhidrogének gőzreformálása során felszabaduló szén-dioxid CO2 könnyen elkülöníthető és összegyűjthető. A CO2 azonban ebben az esetben nemkívánatos melléktermék, egyszerűen szabadon engedi a légkörbe, bár a CO2-tól való megszabadulás jelenleg uralkodó módja környezetvédelmi szempontból nem kívánatos, és egyes vállalkozások „fejlettebb” módszereket alkalmaznak. , mint például a CO2 szivattyúzása a hanyatló olajmezőkbe vagy az óceánba fecskendezve.

CO2 előállítása szénhidrogén üzemanyagok teljes elégetésével

Égéskor, azaz elegendő mennyiségű oxigénnel oxidálva szénhidrogének, például metán, propán, benzin, kerozin, dízel üzemanyag stb., szén-dioxid és általában víz képződik. Például a CH4-metán égési reakciója így néz ki:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

CO2, mint a H2-termelés mellékterméke az üzemanyag részleges oxidációjával

A világ iparilag megtermelt hidrogénjének mintegy 95%-át a szénhidrogén üzemanyagok, elsősorban a földgázban található CH4 metán gőzreformálásának fent leírt módszerével állítják elő. A szénhidrogén tüzelőanyagból a gőzreforming mellett meglehetősen nagy hatékonysággal állítható elő hidrogén részleges oxidációval, amikor a metán és más szénhidrogének olyan mennyiségű oxigénnel reagálnak, amely nem elegendő az üzemanyag teljes elégetéséhez (ne feledje, hogy a teljes égés folyamatában tüzelőanyag elégetése, amit fentebb röviden leírtunk, szén-dioxid keletkezik CO2 gáz és H20 víz). Ha a sztöchiometrikusnál kisebb mennyiségű oxigént adagolunk, a reakciótermékek túlnyomórészt hidrogén H2 és szén-monoxid, más néven szén-monoxid CO; szén-dioxid CO2 és néhány más anyag kis mennyiségben keletkezik. Mivel a gyakorlatban ezt a folyamatot általában nem tisztított oxigénnel, hanem levegővel hajtják végre, a folyamat bemenetén és kimenetén is van nitrogén, amely nem vesz részt a reakcióban.

A részleges oxidáció exoterm folyamat, ami azt jelenti, hogy a reakció hőt termel. A részleges oxidáció általában sokkal gyorsabban megy végbe, mint a gőzreformálás, és kisebb reaktortérfogatot igényel. Amint az alábbi reakciókból látható, a részleges oxidáció kezdetben kevesebb hidrogént termel üzemanyagegységenként, mint amennyi a gőzreformálási eljárás során keletkezik.

Metán CH4 részleges oxidációjának reakciója:
CH 4 + ½O 2 → CO + H 2 (+ hő)

Propán C3H8:
C 3 H 8 + 1½O 2 → 3CO + 4H 2 (+ hő)

Etil-alkohol C2H5OH:
C 2 H 5 OH + ½O 2 → 2CO + 3H 2 (+ hő)

A benzin részleges oxidációja izooktán és toluol példájával, több mint száz, a benzinben jelenlévő kémiai vegyületből:
C 8 H 18 + 4O 2 → 8CO + 9H 2 (+ hő)
C 7 H 18 + 3½O 2 → 7CO + 4H 2 (+ hő)

A CO szén-dioxiddá alakításához és további hidrogén előállításához a gőzreformálási eljárás leírásában már említett, a víz-gáz oxigéneltolódási reakciót alkalmazzák:
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (+ kis mennyiségű hő)

A cukor fermentációjából származó CO2

Az élesztőtésztából készült alkoholos italok és pékáruk előállítása során a cukrok fermentációs folyamatát alkalmazzák - glükóz, fruktóz, szacharóz stb., C2H5OH etil-alkohol és szén-dioxid CO2 képződésével. Például a glükóz C6H12O6 fermentációs reakciója:
C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH + 2CO 2

És a fruktóz C12H22O11 fermentációja így néz ki:
C 12 H 22 O 11 + H 2 O → 4C 2 H 5 OH + 4CO 2

A Wittemann által gyártott CO2-előállító berendezések

Az alkoholos italok előállítása során a keletkező alkohol kívánatos, sőt, mondhatni szükséges terméke az erjesztési reakciónak. A szén-dioxid néha a légkörbe kerül, néha pedig az italban marad, hogy elkarbonizálja. Kenyérsütésnél ennek az ellenkezője történik: CO2 szükséges a tészta megemelését okozó buborékok kialakulásához, az etil-alkohol pedig sütés közben szinte teljesen elpárolog.

Számos olyan vállalkozás, elsősorban szeszfőzdék, amelyek számára a CO 2 teljesen felesleges melléktermék, kialakította begyűjtését és értékesítését. A fermentációs tartályokból a gázt alkoholcsapdákon keresztül juttatják a szén-dioxid-üzembe, ahol a CO2-t megtisztítják, cseppfolyósítják és palackozzák. Valójában a lepárlóüzemek a fő szén-dioxid-szállítók sok régióban – és sokuk számára a szén-dioxid értékesítése korántsem az utolsó bevételi forrás.

A sörfőzdékben és alkoholgyárakban (Huppmann/GEA Brewery, Wittemann stb.) a tiszta szén-dioxid leválasztására szolgáló berendezések gyártásában, valamint szénhidrogén üzemanyagokból történő közvetlen előállításában egy egész iparág létezik. A gázszolgáltatók, mint például az Air Products és az Air Liquide, szintén állomásokat telepítenek a CO2 leválasztására, majd tisztítására és cseppfolyósítására, mielőtt palackokba töltenék.

CO2 égetett mész CaO CaCO3-ból történő előállításában

A széles körben használt égetett mész, a CaO előállításának folyamatában szén-dioxid is keletkezik a reakció melléktermékeként. A mészkő CaCO3 bomlási reakciója endoterm, körülbelül +850°C hőmérsékletet igényel, és így néz ki:
CaCO3 → CaO + CO2

Ha a mészkő (vagy más fém-karbonát) savval reagál, a reakciótermékek egyikeként H2CO3 szén-dioxid szabadul fel. Például a sósav HCl a következőképpen reagál a mészkő (kalcium-karbonát) CaCO3-mal:
2HCl + CaCO 3 → CaCl 2 + H 2 CO 3

A szénsav nagyon instabil, és légköri körülmények között gyorsan lebomlik CO2-ra és vízre, H2O-ra.

A vegyészek kifejlesztettek egy réz-oxid és cink-oxid alapú fotokatalizátort, amely lehetővé teszi a szén-dioxid metánná történő átalakulását napfény hatására, és egy ilyen katalizátor használata teljesen elkerüli a melléktermékek képződését. A tanulmány ben jelent meg Nature Communications.

A légkörben lévő szén-dioxid növekedését a globális felmelegedés egyik lehetséges okának nevezik. A szén-dioxid szintjének valamilyen csökkentése érdekében a tudósok azt javasolják, hogy vegyi forrásként használják fel más széntartalmú anyagokká történő átalakítás során. Például a közelmúltban a légköri szén-dioxidot metanollá redukálták. Számos kísérlet történt arra, hogy hatékony módszereket fejlesszenek ki a szén-dioxid szénhidrogén üzemanyagokká történő átalakítására. Jellemzően titán(IV)-oxid alapú katalizátorokat használnak erre, de használatuk nagyszámú melléktermék, különösen hidrogén képződéséhez vezet.

A koreai vegyészek új munkájukban egy cink-oxidból és réz(I)-oxidból álló fotokatalizátor új konfigurációját javasolták, amely nagy hatékonysággal teszi lehetővé a légköri szén-dioxid metánná történő redukálását. A katalizátor előállításához a vegyészek kétlépcsős szintézist alkalmaztak réz- és cink-acetil-acetonátokból. Ennek eredményeként kis köbös réz(I)-oxid nanokristályokkal bevont gömb alakú cink-oxid nanorészecskéket lehetett előállítani.

Katalizátor nanorészecskék szintézisének sémája

K.-L. Bae et al./Nature Communications, 2017

Kiderült, hogy az ilyen nanorészecskék fotokatalizátorok a szén-dioxid metánná történő átalakítására. A reakció szobahőmérsékleten megy végbe, amikor vizes környezetben fénnyel besugározzuk a látható és az ultraibolya tartományban. Vagyis szén-dioxidot tartalmaz, amelyet korábban vízben oldottak. A katalizátor aktivitása 1080 mikromol/óra/1 gramm katalizátor volt. A keletkező gázelegyben a metán koncentrációja meghaladta a 99 százalékot. A katalizátor ilyen magas hatásfokának oka a réz- és cink-oxidok sávközi energiáinak aránya, ami a komponensek közötti hatékonyabb töltésátvitelhez vezet.

Az anyagok koncentrációjának megváltoztatása a szén-dioxid metánná történő átalakítása során a javasolt katalizátor segítségével

K.-L. Bae et al./Nature Communications, 2017

Ezenkívül a tudósok összehasonlították a javasolt katalizátor tulajdonságait a korábban szén-dioxid-átalakításhoz használt leghatékonyabb katalizátorral. Kiderült, hogy egy azonos tömegű katalizátor azonos idő alatt körülbelül 15-ször kevesebb metán előállítását teszi lehetővé, mint egy új katalizátor. Ezenkívül a kapott keverék hidrogéntartalma körülbelül 4-szer nagyobb, mint a metántartalom.

A tudósok szerint az általuk javasolt katalizátor nemcsak a szén-dioxid hatékony metánná alakítására használható, hanem információforrásként szolgál az ilyen reakciók mechanizmusairól is, fotokatalizátorok közreműködésével.

Más módszereket is alkalmaznak a légkör szén-dioxid mennyiségének csökkentésére. Például nemrégiben az egyik izlandi erőműben volt egy modul, amely megköti a légköri szén-dioxidot.

Sándor Dubov