Karbonat angidrid tenglamasidan metan olish. Metan va uning hosilalarini olish usuli

Formulasi HCOOH bo'lgan chumoli kislotasi eng oddiy monokarboksilik kislotadir. Uning nomidan aniq bo'lganidek, uni aniqlash manbai qizil chumolilarning xarakterli sekretsiyasi edi. Ko'rib chiqilayotgan kislota chumolilar tomonidan chiqariladigan zaharli moddaning bir qismidir. Shuningdek, uning tarkibida ipak qurti tırtıllarının chaqishi natijasida hosil bo'ladigan yonayotgan suyuqlik mavjud.

Chumoli kislota eritmasi birinchi marta mashhur ingliz olimi Jon Reyning tajribalari davomida olingan. XVII asrning oxirida u suv va qizil o'rmon chumolilarini idishda aralashtirdi. Keyinchalik, idish qaynaguncha qizdirildi va undan issiq bug 'oqimi o'tkazildi. Tajriba natijasi suvli eritma ishlab chiqarish bo'lib, uning o'ziga xos xususiyati kuchli kislotali reaktsiya edi.

Andreas Sigismund Marggraff XVIII asr o'rtalarida sof formik kislota olishga muvaffaq bo'ldi. Nemis kimyogari Yustus Libig tomonidan olingan suvsiz kislota bir vaqtning o'zida eng oddiy va eng kuchli karboksilik kislota hisoblanadi. Zamonaviy nomenklaturaga ko'ra, u metanoik kislota deb ataladi va o'ta xavfli birikma hisoblanadi.

Bugungi kunda taqdim etilgan kislota ishlab chiqarish bir necha usul bilan amalga oshiriladi, shu jumladan bir qator ketma-ket bosqichlar. Ammo vodorod va karbonat angidrid chumoli kislotasiga aylanishi va asl holatiga qaytishi mumkinligi isbotlangan. Bu nazariyani ishlab chiqish nemis olimlari tomonidan amalga oshirildi. Mavzuning dolzarbligi karbonat angidridning atmosfera havosiga kirishini minimallashtirish edi. Bu natijaga organik moddalar sintezi uchun uglerodning asosiy manbai sifatida faol foydalanish orqali erishish mumkin.

Nemis mutaxassislari ustida ishlagan innovatsion texnika chumoli kislota hosil bo'lishi bilan katalitik gidrogenatsiyani o'z ichiga oladi. Unga ko'ra, karbonat angidrid ham asosiy material, ham yakuniy mahsulotni ajratish uchun hal qiluvchi bo'ladi, chunki reaktsiya o'ta kritik CO2 da amalga oshiriladi. Ushbu integratsiyalashgan yondashuv tufayli metanoik kislotani bir bosqichda ishlab chiqarish mumkin bo'ladi.

Metan kislotasi hosil bo'lishi bilan karbonat angidridni gidrogenlash jarayoni hozirda faol tadqiqot ob'ekti hisoblanadi. Olimlarning asosiy maqsadi qazib olinadigan yoqilg'ilarning yonishi natijasida hosil bo'ladigan chiqindilardan kimyoviy birikmalar olishdir. Chumoli kislotaning turli sohalarda keng qo'llanilishidan tashqari, uning vodorodni saqlashdagi ishtirokini ham ta'kidlash kerak. Ehtimol, quyosh batareyalari bilan jihozlangan transport vositalari uchun yoqilg'i rolini katalitik reaktsiyalar vodorodni olish imkonini beradigan ushbu kislota o'ynashi mumkin.

Bir hil kataliz orqali karbonat angidriddan metan kislotasi hosil boʻlishi XX asrning 70-yillaridan boshlab mutaxassislarning oʻrganish mavzusi boʻlib kelgan. Muvozanat reaktsiyasi bosqichida kuzatiladigan muvozanatning boshlang'ich moddalar tomon siljishi asosiy qiyinchilik hisoblanadi. Muammoni hal qilish uchun reaktsiya aralashmasidan chumoli kislotasini olib tashlash kerak. Ammo hozirgi vaqtda bu metanoik kislota tuz yoki boshqa birikmaga aylantirilsagina erishish mumkin. Binobarin, sof kislotani faqat ushbu moddani yo'q qilishdan iborat bo'lgan qo'shimcha bosqich mavjud bo'lganda olish mumkin, bu esa formik kislota hosil bo'lishining uzluksiz jarayonini tashkil etishga imkon bermaydi.

Biroq, Valter Leitner guruhi olimlari tomonidan ishlab chiqilgan noyob kontseptsiya tobora ommalashib bormoqda. Ularning ta'kidlashicha, karbonat angidridni gidrogenatsiyalash va mahsulotni izolyatsiyalash bosqichlarini ularni bitta apparatda amalga oshirish bilan birlashtirish sof metanoik kislota olish jarayonini uzluksiz qilish imkonini beradi. Qanday qilib olimlar maksimal samaradorlikka erishdilar? Buning sababi ikki fazali tizimdan foydalanish edi, unda mobil faza o'ta kritik karbonat angidrid bilan ifodalanadi, statsionar faza ionli suyuqlik, suyuq tuzdir. Shuni ta'kidlash kerakki, ionli suyuqlik ham katalizatorni, ham kislotani barqarorlashtirish uchun asosni eritish uchun ishlatilgan. Bosim va harorat kritik qiymatlardan oshib ketgan sharoitlarda karbonat angidrid oqimi reaktsiya aralashmasidan metanoik kislotani olib tashlashga yordam beradi. Superkritik karbonat angidridning mavjudligi ionli suyuqliklar, katalizatorlar yoki asoslarning erishiga olib kelmasligi, natijada olingan moddaning maksimal tozaligini ta'minlashi muhimdir.

Fermerlar har yili go'ngni yo'q qilish muammosiga duch kelishadi. Uni olib ketish va dafn qilishni tashkil etish uchun zarur bo'lgan katta mablag'lar isrof qilinmoqda. Ammo pulingizni tejashga emas, balki ushbu tabiiy mahsulotni o'zingizning manfaatingiz uchun xizmat qilishiga imkon beradigan usul mavjud.

Tejamkor egalar uzoq vaqtdan beri go'ngdan biogaz olish va uning natijasini yoqilg'i sifatida ishlatish imkonini beruvchi ekotexnologiyani amaliyotga tatbiq etishmoqda.

Shuning uchun, bizning materialimizda biz biogaz ishlab chiqarish texnologiyasi haqida gapiramiz, shuningdek, bioenergetika zavodini qanday qurish haqida gapiramiz.

Kerakli hajmni aniqlash

Reaktorning hajmi fermada ishlab chiqarilgan go'ngning kunlik miqdoridan kelib chiqqan holda aniqlanadi. Bundan tashqari, xom ashyo turini, haroratni va fermentatsiya vaqtini hisobga olish kerak. O'rnatish to'liq ishlashi uchun idish 85-90% hajmgacha to'ldiriladi, gaz chiqishi uchun kamida 10% bo'sh qolishi kerak.

O'rtacha 35 daraja haroratda mezofil o'rnatishda organik moddalarning parchalanish jarayoni 12 kundan boshlab davom etadi, undan keyin fermentlangan qoldiqlar chiqariladi va reaktor substratning yangi qismi bilan to'ldiriladi. Chiqindilarni reaktorga yuborishdan oldin 90% gacha suv bilan suyultirilganligi sababli, kunlik yukni aniqlashda suyuqlik miqdori ham hisobga olinishi kerak.

Berilgan ko'rsatkichlarga asoslanib, reaktorning hajmi tayyorlangan substratning kunlik miqdori (suv bilan go'ng) 12 ga ko'paytiriladi (biomassaning parchalanishi uchun zarur bo'lgan vaqt) va 10% ga (idishning erkin hajmi) ko'paytiriladi.

Er osti inshootini qurish

Keling, uni eng past narxda olish imkonini beruvchi eng oddiy o'rnatish haqida gapiraylik. Er osti tizimini qurish haqida o'ylab ko'ring. Uni amalga oshirish uchun siz teshik qazishingiz kerak, uning poydevori va devorlari temir-beton bilan to'ldirilgan.

Kirish va chiqish teshiklari kameraning qarama-qarshi tomonlarida joylashgan bo'lib, u erda substratni etkazib berish va chiqindi massasini chiqarish uchun eğimli quvurlar o'rnatiladi.

Taxminan 7 sm diametrli chiqish trubkasi deyarli bunkerning eng pastki qismida joylashgan bo'lishi kerak, uning boshqa uchi chiqindilar pompalanadigan to'rtburchaklar kompensatsiya tankiga o'rnatiladi. Substratni etkazib berish uchun quvur liniyasi pastki qismdan taxminan 50 sm masofada joylashgan va diametri 25-35 sm. Quvurning yuqori qismi xom ashyoni qabul qilish uchun bo'linmaga kiradi.

Reaktor to'liq muhrlangan bo'lishi kerak. Havoning kirib borishini istisno qilish uchun idishni bitum gidroizolyatsiya qatlami bilan qoplash kerak.

Bunkerning yuqori qismi gumbaz yoki konus shakliga ega bo'lgan gaz ushlagichidir. U metall plitalar yoki tom yopish temiridan qilingan. Bundan tashqari, strukturani g'isht bilan to'ldirishingiz mumkin, keyinchalik u po'latdan yasalgan to'r bilan qoplangan va shuvalgan. Gaz idishining tepasida muhrlangan lyuk yasashingiz, suv muhridan o'tadigan gaz quvurini olib tashlashingiz va gaz bosimini tushirish uchun valfni o'rnatishingiz kerak.

Substratni aralashtirish uchun siz o'rnatishni qabariq printsipi asosida ishlaydigan drenaj tizimi bilan jihozlashingiz mumkin. Buning uchun strukturaning ichidagi plastik quvurlarni vertikal ravishda mahkamlang, shunda ularning yuqori qirrasi substrat qatlamidan yuqori bo'ladi. Ularda ko'plab teshiklar qiling. Bosim ostidagi gaz pastga tushadi va yuqoriga ko'tarilgan gaz pufakchalari konteynerdagi biomassani aralashtiradi.

Agar siz beton bunker qurishni xohlamasangiz, tayyor PVX idishni sotib olishingiz mumkin. Issiqlikni saqlab qolish uchun uni issiqlik izolyatsiyasi qatlami - ko'pikli polistirol bilan o'rab olish kerak. Chuqurning pastki qismi 10 sm temir-beton qatlami bilan to'ldiriladi Polivinilxloriddan tayyorlangan tanklar reaktor hajmi 3 m3 dan oshmasa ishlatilishi mumkin.

Mavzu bo'yicha xulosalar va foydali video

Agar siz videoni tomosha qilsangiz, oddiy barreldan eng oddiy o'rnatishni qanday qilishni o'rganasiz:

Eng oddiy reaktor bir necha kun ichida mavjud materiallardan foydalangan holda o'z qo'llaringiz bilan amalga oshirilishi mumkin. Agar ferma katta bo'lsa, unda tayyor o'rnatishni sotib olish yoki mutaxassislarga murojaat qilish yaxshidir.

Foydalanish: uglevodorodlar ishlab chiqarish. Essensiya: H 6 seriyali 2-18 geteropolikislotasining 10-80% suvli eritmasi 70-140 o S haroratgacha isitiladi, so'ngra qo'rg'oshin yoki mis plastinka eritmaga botiriladi va 3-15 daqiqa kutiladi. anion kompleksining qisqarish jarayoni 6- boshlanadi, shundan so'ng 700-800 mm Hg bosimdagi eritma. karbonat angidrid konsentratsiyasi 60 vol.% dan ko'p bo'lmagan va kislorod konsentratsiyasi kamida 5 volt bo'lgan gaz aralashmasini o'tkazish. metan yoki to'yingan uglevodorodlardan biri olinmaguncha %. Texnik natija: sanoat miqdorida karbonat angidriddan metan ishlab chiqarish.

Faks shaklida tavsif matni (grafik qismga qarang).

Talab

Asosiy xom ashyosi karbonat angidrid bo'lgan metan va uning hosilalarini olish usuli, H 6 seriyali 2-18 geteropoliatsidning 10-80% suvli eritmasi 70-140C haroratgacha qizdirilishi bilan tavsiflanadi. qo'rg'oshin yoki mis plastinka eritmaga botiriladi va anion kompleksining 6- qaytarilish jarayoni boshlanishidan oldin 3-15 daqiqa kutiladi, shundan so'ng eritma eritmadan 700-800 mm Hg bosim ostida o'tkaziladi. karbonat angidrid konsentratsiyasi 60 vol.% dan ko'p bo'lmagan va kislorod konsentratsiyasi kamida 5 vol.% bo'lgan gaz aralashmasini to'yingan uglevodorodlardan biri olinmaguncha o'tkazish.

Shunga o'xshash patentlar:

Ixtiro neft kimyosiga, xususan neft, gaz kondensati va neft mahsulotlarini, shuningdek vodorod sulfidi va/yoki past molekulyar og‘irlikdagi merkaptanlardan suv-neft emulsiyalarini tozalash usullariga tegishli bo‘lib, neft, gaz, neft va gaz ishlab chiqarishda qo‘llanilishi mumkin. qayta ishlash, neft-kimyo va boshqa tarmoqlar

Ixtiro C3-C5 tarkibidagi to'yingan uglevodorodlarning yuqori haroratli bir hil pirolizidan pirokondensatni kompleks qayta ishlashga tegishli.

Ixtiro gazlardan, xususan, karbonat angidriddan suyuq uglevodorod mahsulotlarini ishlab chiqarish usullariga tegishli bo'lib, neftni qayta ishlash va neft-kimyo sanoatida qo'llanilishi mumkin.

Ixtiro atmosferadagi karbonat angidriddan metan ishlab chiqarish usuliga tegishli. Usul termal qayta tiklanadigan sorbentning mexanik aralashmasidan foydalanish bilan tavsiflanadi - titan dioksidining teshiklarida o'rnatilgan kaliy karbonat bo'lgan karbonat angidrid absorber va tarkibi: og'irligi%: K2CO3 - 1-40, TiO2 - qolgani 100 ga qadar va regeneratsiya jarayonida ajralib chiqadigan karbonat angidrid tarkibini metanatsiyalash yoki kamaytirish jarayoni uchun fotokatalizator: og'irligi%: Pt≈0,1-5 m.%, CdS≈5-20 og'.%, TiO2 - qolganlari 100 gacha, aralashmadagi fotokatalizatorning miqdori 10-50 m.% ni tashkil qiladi. Bu usul havodagi karbonat angidriddan metan ishlab chiqarishning energiya tejamkor usuli hisoblanadi va yoqilg‘ini sintez qilish uchun muqobil qayta tiklanadigan energiyadan foydalanadi. 4 ish haqi f-ly, 4 prospekt, 1 kasal.

Ixtiro uglevodorod mahsulotlarini ishlab chiqarish usuliga tegishli bo'lib, quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi: (a) vodorod, karbon monoksit va karbonat angidridni o'z ichiga olgan sintez gazini ta'minlash; (b) kamida 4 MPa bosimda vodorod va uglerod oksidini oksigenatlarga aylantiruvchi reaksiyani birgalikda katalizlovchi bir yoki bir nechta katalizatorlar ishtirokida sintez gazini metanol va dimetil efirni o'z ichiga olgan kislorodli aralashmaga reaksiyaga kiritish; (c) (b) bosqichda metanol, dimetil efir, karbonat angidrid va suv miqdori bilan birga reaksiyaga kirishmagan sintez gazini o'z ichiga olgan kislorodli aralashmani olish va kislorodli aralashmaning to'liq miqdorini qo'shimcha qayta ishlamasdan kislorodatlarning katalitik konversiyasi bosqichiga kiritish. (d); d) kislorodli aralashmani oksigenatlarni yuqori uglevodorodlarga aylantirishda faol bo‘lgan katalizator ishtirokida reaksiyaga kirishish; (e) (d) bosqichdagi oqava suvni qayta tiklash va oqava suvni (b) bosqichda hosil bo'lgan sintez gazi va karbonat angidriddan, (d) bosqichda olinganlarni o'z ichiga olgan suyuq uglevodorod fazasidan kelib chiqadigan karbonat angidridni o'z ichiga olgan dum gaziga ajratish. ) yuqori uglevodorodlar va suyuq suvli faza, bunda (c)-(e) bosqichlarda qo'llaniladigan bosim (b) bosqichda qo'llaniladigan bosim bilan deyarli bir xil bo'ladi va (e) bosqichda hosil bo'lgan dum gazining bir qismi (d) bosqichiga qayta ishlanadi va dum gazining qolgan qismi chiqariladi. Ushbu usul reaksiyaga kirishmagan sintez gazining kislorodli sintez bosqichiga qaytarilmasligi va dimetil efirni yuqori uglevodorodlarga aylantirish reaktsiyasini sovutmasdan amalga oshiriladigan usuldir. 1 n.p., 5 z.p. f-ly, 2 pr., 1 stol., 2 kasal.

Ushbu ixtiro etilen oksidini ishlab chiqarish usulini taqdim etadi, u quyidagilarni o'z ichiga oladi: a. olefinlarni, shu jumladan kamida etilen va vodorodni olish uchun kreking sharoitida kreking zonasida etan o'z ichiga olgan xom ashyoni yorilish; b. olefinlarni, shu jumladan, kamida etilenni ishlab chiqarish uchun oksigenatdagi oksigenat xom ashyosini olefin konversiyasi (OTO) zonasiga aylantirish; c. (a) va/yoki (b) bosqichda ishlab chiqarilgan etilenning kamida bir qismini kislorodli xom ashyo bilan birga etilen oksidlanish zonasiga yuborish va kamida etilen oksidi va karbonat angidrid hosil qilish uchun etilenni oksidlash; va kislorodli xom ashyoning kamida bir qismi (c) bosqichda ishlab chiqarilgan karbonat angidridni va vodorodni o'z ichiga olgan xom ashyoni kislorod sintezi zonasiga yuborish va oksigenatlarni sintez qilish yo'li bilan ishlab chiqariladi, bunda vodorod o'z ichiga olgan xom ashyo bosqichda ishlab chiqarilgan vodorodni o'z ichiga oladi (a. ). Boshqa tomondan, ushbu ixtiro etilen oksidini ishlab chiqarish uchun integratsiyalashgan tizimni taqdim etadi. Texnik natija - etan krekingi va OTO jarayonlarini birlashtirish orqali etilen oksidi va ixtiyoriy ravishda monoetilen oksidi ishlab chiqarish jarayonini ishlab chiqish, bu karbonat angidrid chiqindilarini va oksigenatlarni sintez qilish uchun zarur bo'lgan sintez gazi miqdorini kamaytirish imkonini beradi. 2 n. va 13 ish haqi f-ly, 1 ill., 6 stol, 1 pr.

Ixtiro ortiqcha energiyadan foydalangan holda chiqindi gaz tarkibidagi karbonat angidridni tabiiy gazga aylantirish usuliga tegishli. Bundan tashqari, usul quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi: 1) qayta tiklanadigan energiya manbasidan ishlab chiqariladigan va energiya tarmoqlariga saqlash yoki ulash qiyin bo'lgan kuchlanish transformatsiyasi amalga oshiriladi va ortiqcha energiya to'g'rilanadi; ortiqcha energiya elektrolit eritmasiga yo'naltiriladi. undagi suvni H2 va O2 ga elektroliz qilish va H2 dan suvni olib tashlash uchun; 2) sanoat chiqindi gazini undan CO2 ni ajratish uchun tozalash va undan ajratilgan CO2 ni tozalash; 3) 1) bosqichda hosil bo'lgan H2 va 2) bosqichda ajratilgan CO2 ni sintez uskunasiga, shu jumladan kamida ikkita statsionar reaktorga yuboring, natijada CH4 va suv bug'ining asosiy komponentlari bilan yuqori haroratli gaz aralashmasi olinadi. H2 va CO2 o'rtasidagi yuqori ekzotermik metanatsiya reaktsiyalari, birlamchi qattiq qatlamli reaktor kirish harorati 250-300 ° C, reaksiya bosimi 3-4 MPa va chiqish harorati 600-700 ° S da saqlanadi; ikkilamchi qattiq yotoqli reaktor 250-300 ° S kirish haroratida, 3-4 MPa reaktsiya bosimida va 350-500 ° S chiqish haroratida saqlanadi; bunda birlamchi qattiq qatlamli reaktordan yuqori haroratli gaz aralashmasining bir qismi sovutish, suvsizlantirish, siqish va isitish uchun chetlab o'tiladi va keyin gaz aralashmasini hajmli CO2 dan keyin birlamchi qattiq qatlamli reaktorga qaytarish uchun yangi H2 va CO2 bilan aralashtiriladi. undagi tarkib 6-8% ni tashkil qiladi; 4) 3) bosqichda hosil bo'lgan yuqori haroratli gaz aralashmasidan o'ta qizib ketgan suv bug'ini hosil qilish uchun texnologik suv bilan bilvosita issiqlik almashinuvini amalga oshirish uchun foydalaning; 5) 4) bosqichda olingan o'ta qizib ketgan suv bug'ini elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun turbinaga etkazib berish va elektr energiyasini kuchlanishni o'zgartirish va tokni to'g'rilash va suv elektrolizi uchun 1) bosqichga qaytarish; va 6) issiqlik almashinuvi yo'li bilan sovutilgan gaz aralashmasini 4-bosqichda kondensatsiyalash va quritish, CH4 miqdori standartgacha bo'lgan tabiiy gaz olinmaguncha. Ixtiro qurilmaga ham tegishli. Ushbu ixtirodan foydalanish metan gazining rentabelligini oshirish imkonini beradi. 2 n. va 9 ish haqi f-ly, 2 prospekt, 2 kasal.

Ixtiro karbonat angidridga boy oqimdan birinchi ozuqa oqimi sifatida va uglevodorodga boy oqimdan ikkinchi ozuqa oqimi sifatida metanol ishlab chiqarish usuli, shuningdek uni amalga oshirish uchun zavodga tegishli. Usul quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi: kamida bitta metanizatsiya bosqichiga birinchi karbonat angidridga boy ozuqa oqimini etkazib berish va metanizatsiya sharoitida vodorod bilan birinchi ozuqa oqimini metanga boy oqimga aylantirish, metanga boy oqimni kamida bitta metanizatsiya bosqichiga o'tkazish. sintez gazining bosqichi va uni ikkinchi uglevodorodga boy ozuqa oqimi bilan birgalikda sintez gazini ishlab chiqarish sharoitida uglerod va vodorod oksidlarini o'z ichiga olgan sintez gazi oqimiga aylantirish, sintez gazi oqimini sintez aylanishiga kiritilgan metanol sintez bosqichiga etkazib berish, va uni metanol sintezi sharoitida metanol o'z ichiga olgan mahsulot oqimiga aylantirish, metanolni metanol o'z ichiga olgan mahsulot oqimidan ajratish va ixtiyoriy ravishda, metanolni oxirgi metanol mahsuloti oqimiga tozalash va uglerod va vodorod oksidlarini o'z ichiga olgan tozalash oqimini metanoldan ajratish. metanol sintez birligi. Taklif etilayotgan ixtiro oddiy texnologiya yordamida metanol ishlab chiqarish uchun issiqxona gazidan karbonat angidriddan foydalanish imkonini beradi. 2 n. va 13 ish haqi f-ly, 4 kasal.

Metan va uning hosilalarini olish usuli, metan olish, sanoatda metan ishlab chiqarish, karbonat angidriddan metan olish, metan olish usullari

Sanoatda karbonat angidrid CO2 ni ishlab chiqarishning asosiy usullari metan CH4 ni vodorod H2 ga aylantirish reaktsiyasining qo'shimcha mahsuloti sifatida ishlab chiqarish, uglevodorodlarning yonish reaktsiyalari (oksidlanish), ohaktosh CaCO3 ning ohak CaO va suvga parchalanishi reaktsiyasi. H20.

CO2 CH4 va boshqa uglevodorodlarni vodorod H2 ga bug 'reformatsiyasining qo'shimcha mahsuloti sifatida

Vodorod H2 sanoat tomonidan, birinchi navbatda, ammiak NH3 (Haber jarayoni, vodorod va azotning katalitik reaktsiyasi) ishlab chiqarish jarayonida foydalanish uchun talab qilinadi; Ammiak mineral o'g'itlar va nitrat kislota ishlab chiqarish uchun kerak. Vodorodni turli yo'llar bilan ishlab chiqarish mumkin, shu jumladan ekologlar tomonidan yaxshi ko'rilgan suvning elektrolizi - ammo, afsuski, hozirgi vaqtda vodorodni ishlab chiqarishning barcha usullari, uglevodorodlarni isloh qilishdan tashqari, keng miqyosda iqtisodiy jihatdan mutlaqo asossizdir. ishlab chiqarish - agar ishlab chiqarishda "erkin" materiallar ortiqcha bo'lmasa, elektr energiyasi. Shuning uchun karbonat angidrid ham ajralib chiqadigan vodorodni olishning asosiy usuli metanning bug 'riformatsiyasidir: taxminan 700...1100°S haroratda va 3...25 bar bosimda, borligida. katalizator, suv bug'i H2O metan CH4 bilan sintez gazining chiqishi bilan reaksiyaga kirishadi (jarayon endotermik, ya'ni issiqlikni yutish bilan sodir bo'ladi):
CH4 + H2O (+ issiqlik) → CO + 3H2

Propan xuddi shunday tarzda bug'lanishi mumkin:
S3H8 + 3H2O (+ issiqlik) → 2CO + 7H2

Shuningdek, etanol (etil spirti):
C2H5OH + H2O (+ issiqlik) → 2CO + 4H2

Hatto benzin ham bug 'islohoti mumkin. Benzin tarkibida 100 dan ortiq turli xil kimyoviy birikmalar mavjud bo'lib, izooktan va toluolning bug'ni isloh qilish reaksiyalari quyida ko'rsatilgan:
C8H18 + 8H2O (+ issiqlik) → 8CO + 17H2
C7H8 + 7H2O (+ issiqlik) → 7CO + 11H2

Shunday qilib, u yoki bu uglevodorod yoqilg'isining bug 'reformatsiyasi jarayonida vodorod va karbon monoksit CO (uglerod oksidi) olinadi. Vodorod ishlab chiqarish jarayonining keyingi bosqichida uglerod oksidi, katalizator ishtirokida, kislorod atomi O ni suvdan gazga ko'chirish reaktsiyasini boshdan kechiradi = CO CO2 ga oksidlanadi va vodorod H2 erkin holda chiqariladi. Reaksiya ekzotermik bo'lib, taxminan 40,4 kJ/mol issiqlik chiqaradi:
CO + H2O → CO2 + H2 (+ issiqlik)

Sanoat sharoitida uglevodorodlarni bug 'reformatsiyasi paytida chiqarilgan karbonat angidrid CO2 osongina ajratilishi va to'planishi mumkin. Biroq, bu holda CO2 istalmagan qo'shimcha mahsulot bo'lib, uni shunchaki atmosferaga erkin chiqaradi, garchi hozirgi vaqtda CO2 dan qutulishning asosiy usuli ekologik nuqtai nazardan istalmagan bo'lsa va ba'zi korxonalar ko'proq "ilg'or" usullarni qo'llaydilar. , masalan, CO2 ni kamayib borayotgan neft konlariga quyish yoki okeanga quyish kabi.

Uglevodorod yoqilg'ilarining to'liq yonishi natijasida CO2 ishlab chiqarish

Yonganda, ya'ni etarli miqdorda kislorod bilan oksidlanganda, metan, propan, benzin, kerosin, dizel yoqilg'isi va boshqalar kabi uglevodorodlar karbonat angidrid va odatda suv hosil bo'ladi. Masalan, CH4 metanning yonish reaktsiyasi quyidagicha ko'rinadi:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

CO2 yoqilg'ining qisman oksidlanishi bilan H2 ishlab chiqarishning qo'shimcha mahsuloti sifatida

Dunyoda sanoatda ishlab chiqarilgan vodorodning qariyb 95% yuqorida tavsiflangan uglevodorod yoqilg'ilarini, birinchi navbatda, tabiiy gaz tarkibidagi CH4 metanini bug'ni qayta ishlash usuli bilan ishlab chiqariladi. Metan va boshqa uglevodorodlar yoqilg'ining to'liq yonishi uchun etarli bo'lmagan kislorod miqdori bilan reaksiyaga kirishganda, uglevodorod yoqilg'isidan bug'ni qayta ishlashdan tashqari, vodorodni qisman oksidlanish usuli bilan ancha yuqori samaradorlik bilan olish mumkin (esda tutingki, to'liq yonish jarayonida yoqilg'ining yonishi, yuqorida qisqacha tavsiflangan, karbonat angidrid CO2 gazi va H20 suvi olinadi). Kislorodning stoxiometrik miqdoridan kichikroq miqdorda etkazib berilganda, reaktsiya mahsulotlari asosan vodorod H2 va uglerod oksidi CO sifatida ham tanilgan uglerod oksidi; karbonat angidrid CO2 va boshqa ba'zi moddalar oz miqdorda ishlab chiqariladi. Odatda, amalda bu jarayon tozalangan kislorod bilan emas, balki havo bilan amalga oshirilganligi sababli, jarayonning kirishida ham, chiqishida ham azot mavjud bo'lib, u reaktsiyada ishtirok etmaydi.

Qisman oksidlanish ekzotermik jarayondir, ya'ni reaktsiya issiqlik hosil qiladi. Qisman oksidlanish odatda bug 'reformatsiyasiga qaraganda ancha tez davom etadi va kichikroq reaktor hajmini talab qiladi. Quyidagi reaktsiyalardan ko'rinib turibdiki, qisman oksidlanish dastlab yoqilg'i birligiga bug'ni qayta ishlash jarayonida hosil bo'lganidan kamroq vodorod hosil qiladi.

Metan CH4 ning qisman oksidlanish reaktsiyasi:
CH 4 + ½O 2 → CO + H 2 (+ issiqlik)

Propan C3H8:
C 3 H 8 + 1½O 2 → 3CO + 4H 2 (+ issiqlik)

Etil spirti C2H5OH:
C 2 H 5 OH + ½O 2 → 2CO + 3H 2 (+ issiqlik)

Benzinda mavjud bo'lgan yuzdan ortiq kimyoviy birikmalardan izooktan va toluol misolida benzinning qisman oksidlanishi:
C 8 H 18 + 4O 2 → 8CO + 9H 2 (+ issiqlik)
C 7 H 18 + 3½O 2 → 7CO + 4H 2 (+ issiqlik)

CO ni karbonat angidridga aylantirish va qo'shimcha vodorod ishlab chiqarish uchun bug'ni qayta ishlash jarayonining tavsifida aytib o'tilgan kislorod almashinuvi reaktsiyasi suv → gaz ishlatiladi:
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (+ oz miqdorda issiqlik)

Shakar fermentatsiyasidan CO2

Xamirturushli xamirdan alkogolli ichimliklar va pishirilgan mahsulotlar ishlab chiqarishda etil spirti C2H5OH va karbonat angidrid CO2 hosil bo'lgan shakarlarni - glyukoza, fruktoza, saxaroza va boshqalarni fermentatsiyalash jarayoni qo'llaniladi. Masalan, glyukoza C6H12O6 ning fermentatsiya reaktsiyasi:
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2

Va fruktoza C12H22O11 fermentatsiyasi quyidagicha ko'rinadi:
C 12 H 22 O 11 + H 2 O → 4C 2 H 5 OH + 4CO 2

Wittemann tomonidan ishlab chiqarilgan CO2 ishlab chiqarish uchun uskunalar

Spirtli ichimliklar ishlab chiqarishda hosil bo'lgan spirt fermentatsiya reaktsiyasining kerakli va hatto zaruriy mahsulotidir. Karbonat angidrid ba'zan atmosferaga chiqariladi, ba'zan esa uni gazlash uchun ichimlikda qoldiriladi. Non pishirishda buning aksi sodir bo'ladi: CO2 xamirning ko'tarilishiga olib keladigan pufakchalar hosil qilish uchun kerak bo'ladi va pishirish vaqtida etil spirti deyarli butunlay bug'lanadi.

Ko'pgina korxonalar, birinchi navbatda, CO 2 mutlaqo keraksiz qo'shimcha mahsulot bo'lgan distillash zavodlari uni yig'ish va sotishni yo'lga qo'ydi. Fermentatsiya tanklaridan gaz spirtli tuzoqlar orqali karbonat angidrid do'koniga etkazib beriladi, u erda CO2 tozalanadi, suyultiriladi va shishaga solinadi. Aslida, ko'plab mintaqalarda karbonat angidridning asosiy etkazib beruvchilari - bu spirtli ichimliklar ishlab chiqarish zavodlari va ularning ko'pchiligi uchun karbonat angidridni sotish oxirgi daromad manbai emas.

Pivo va alkogol zavodlarida (Huppmann/GEA Brewery, Wittemann va boshqalar) sof karbonat angidridni ajratish uchun asbob-uskunalar ishlab chiqarish, shuningdek, uni uglevodorod yoqilg'isidan bevosita ishlab chiqarishda butun sanoat mavjud. Air Products va Air Liquide kabi gaz etkazib beruvchilar CO2 ni ajratish uchun stantsiyalarni o'rnatadilar va keyin uni tozalaydilar va silindrlarga to'ldirishdan oldin suyultiradilar.

CaCO3 dan so'nmagan ohak CaO ishlab chiqarishda CO2

Keng qo'llaniladigan ohak, CaO ni ishlab chiqarish jarayoni, shuningdek, reaktsiyaning yon mahsuloti sifatida karbonat angidridga ega. Ohaktosh CaCO3 ning parchalanish reaktsiyasi endotermik bo'lib, taxminan +850 ° C haroratni talab qiladi va quyidagicha ko'rinadi:
CaCO3 → CaO + CO2

Agar ohaktosh (yoki boshqa metall karbonat) kislota bilan reaksiyaga kirishsa, reaktsiya mahsulotlaridan biri sifatida karbonat angidrid H2CO3 ajralib chiqadi. Masalan, xlorid kislota HCl ohaktosh (kaltsiy karbonat) CaCO3 bilan quyidagicha reaksiyaga kirishadi:
2HCl + CaCO 3 → CaCl 2 + H 2 CO 3

Karbon kislotasi juda beqaror va atmosfera sharoitida u tezda CO2 va suv H2O ga parchalanadi.

Kimyogarlar mis oksidi va rux oksidi asosida quyosh nuri ta'sirida karbonat angidridni metanga aylantirish imkonini beruvchi fotokatalizatorni ishlab chiqdilar va bunday katalizatordan foydalanish qo'shimcha mahsulotlar hosil bo'lishidan butunlay qochadi. Tadqiqot nashr etilgan Tabiat bilan aloqa.

Atmosferada karbonat angidridning ko'payishi global isishning mumkin bo'lgan sabablaridan biri deb ataladi. Karbonat angidrid miqdorini qandaydir tarzda kamaytirish uchun olimlar uni boshqa uglerod o'z ichiga olgan moddalarga aylantirish paytida kimyoviy manba sifatida foydalanishni taklif qilishadi. Masalan, yaqinda atmosferadagi karbonat angidridning metanolga kamayishi kuzatildi. Karbonat angidridni uglevodorod yoqilg'isiga aylantirishning samarali usullarini ishlab chiqish uchun ko'plab urinishlar qilindi. Odatda, buning uchun titan (IV) oksidiga asoslangan katalizatorlar qo'llaniladi, ammo ulardan foydalanish ko'p miqdordagi yon mahsulotlarni, xususan, vodorodni ishlab chiqarishga olib keladi.

Koreyalik kimyogarlar o‘zlarining yangi ishlarida rux oksidi va mis (I) oksididan tashkil topgan fotokatalizatorning yangi konfiguratsiyasini taklif qilishdi, bu esa atmosferadagi karbonat angidridni yuqori samaradorlik bilan metanga qaytarish imkonini beradi. Katalizatorni olish uchun kimyogarlar mis va sink atsetilasetonatlaridan ikki bosqichli sintezdan foydalanganlar. Natijada kichik kubik mis (I) oksidi nanokristallari bilan qoplangan sferik sink oksidi nanozarrachalarini olish mumkin bo'ldi.

Katalizator nanozarrachalarini sintez qilish sxemasi

K.-L. Bae va boshqalar/Nature Communications, 2017

Ma'lum bo'lishicha, bunday nanozarralar karbonat angidridni metanga aylantirish uchun fotokatalizator hisoblanadi. Suvli muhitda ko'rinadigan va ultrabinafsha hududlarda yorug'lik bilan nurlantirilganda, reaktsiya xona haroratida sodir bo'ladi. Ya'ni, u ilgari suvda erigan karbonat angidridni o'z ichiga oladi. Katalizatorning faolligi 1 gramm katalizator uchun soatiga 1080 mikromolni tashkil etdi. Olingan gazlar aralashmasidagi metan kontsentratsiyasi 99 foizdan oshdi. Katalizatorning bunday yuqori samaradorligining sababi mis va sink oksidlaridagi tarmoqli bo'shliq energiyalarining nisbati bo'lib, bu komponentlar o'rtasida yanada samarali zaryad o'tkazilishiga olib keladi.

Tavsiya etilgan katalizator yordamida karbonat angidridni metanga aylantirish jarayonida moddalar kontsentratsiyasini o'zgartirish

K.-L. Bae va boshqalar/Nature Communications, 2017

Bundan tashqari, olimlar taklif qilinayotgan katalizatorning xususiyatlarini ilgari karbonat angidridni aylantirish uchun ishlatilgan eng samarali katalizator bilan solishtirishdi. Ma'lum bo'lishicha, bir xil massali katalizator bir vaqtning o'zida yangisiga qaraganda taxminan 15 baravar kam metan ishlab chiqarishga imkon beradi. Bundan tashqari, hosil bo'lgan aralashmadagi vodorod miqdori metan tarkibidan taxminan 4 baravar yuqori.

Olimlarning fikricha, ular taklif qilgan katalizator nafaqat karbonat angidridni metanga samarali aylantirish uchun ishlatilishi mumkin, balki fotokatalizatorlar ishtirokidagi bunday reaksiyalarning mexanizmlari haqida ham ma’lumot manbai hisoblanadi.

Atmosferadagi karbonat angidrid miqdorini kamaytirish uchun boshqa usullar ham qo'llaniladi. Misol uchun, yaqinda Islandiyadagi elektr stantsiyalaridan birida atmosferadagi karbonat angidridni ushlaydigan modul mavjud edi.

Aleksandr Dubov