Способ и устройство для производства углеводородов



Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов
Способ и устройство для производства углеводородов

 

C25B3/04 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2555841:

ЭФ-ЭФ-ДЖ-ЭФ ЛИМИТЕД (VG)

Изобретение относится к способу производства углеводородов из диоксида углерода и воды, в котором обеспечивают первый реакционный сосуд, содержащий положительный электрод и жидкую электролитическую среду, включающую воду и ионизирующий материал; обеспечивают второй реакционный сосуд, содержащий отрицательный электрод и жидкую электролитическую среду, включающую смесь воды и диоксида углерода; соединяют первый и второй реакционные сосуды средством связи в виде жидкой электролитической среды; прилагают постоянный электрический ток к положительному электроду и отрицательному электроду, обеспечивая образование углеводородов на отрицательном электроде в реакционном сосуде и кислорода на положительном электроде в реакционном сосуде, причем реакционные сосуды работают при давлении более 5,1 атм и при разных температурах. Также изобретение относится к устройству для осуществления способа. Изобретение позволяет эффективно производить углеводороды из воды и диокида углерода. 2 н. и 31 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 1 пр.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к производству углеводородов из диоксида углерода и воды.

Уровень техники

Планета Земля в настоящее время находится под угрозой двух главных проблем, имеющих на нее и ее жителей большое влияние, а именно:

глобального потепления из-за избыточной выработки диоксида углерода; и

избыточно высоких цен на сырую нефть и, следовательно, высоких цен на бензин и дизельное топливо.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение влияния этих проблем и таким образом улучшение будущего мира.

Рост производства двигателей, работающих на ископаемом топливе, привел к избыточному спросу на сырую нефть и в свою очередь к избыточно высоким ценам. Потребление этих топлив увеличило количество вырабатываемого диоксида углерода, что привело к глобальному потеплению. Поглощение диоксида углерода деревьями и следующее за этим выделение кислорода было ослаблено вырубкой обширных лесных территорий. Этот дисбаланс отбросил назад и продолжает в совокупности отбрасывать назад мировую экологию из состояния равновесия.

Попытки улучшения КПД двигателей и снижения потерь ископаемых топлив не могут значительно улучшить ситуацию из-за роста населения в геометрической прогрессии и его притязаний. Ведется активный поиск других технологий.

Пути решения вышеупомянутых проблем включают в себя:

снижение содержания диоксида углерода в атмосфере;

снижение "углеродных следов" (использования углеродных продуктов); и

уменьшение спроса на сырую нефть и другие ископаемые топлива (что приведет к снижению цен на них в результате нахождения заменителей).

Целью настоящего изобретения является предложить способ и устройство, которые способствуют вышеупомянутым снижениям и дополнительно обеспечивают химический сырьевой исходный материал для производства углеводородов, включая топлива.

Раскрытие изобретения

Способ производства углеводородов из диоксида углерода и воды включает следующие стадии:

(а) обеспечение первым реакционным сосудом (емкостью), содержащим положительный электрод и жидкую электролитическую среду, включающую воду и ионизирующий материал;

(б) обеспечение вторым реакционным сосудом, содержащим отрицательный электрод и жидкую электролитическую среду, включающую смесь воды и диоксида углерода;

(в) соединение первого и второго реакционных сосудов средством связи (соединительным средством) в виде жидкой электролитической среды;

(г) приложение постоянного тока к положительному электроду и отрицательному электроду для образования углеводородов на отрицательном электроде во втором реакционном сосуде и кислорода на положительном электроде в первом реакционном сосуде,

причем реакционные сосуды работают при давлении более 5,1 атм и при разных температурах.

Углеводороды (как правило, метан) извлекают из второго реакционного сосуда.

Кислород извлекают из первого реакционного сосуда.

Реакционные сосуды работают при одном и том же внутреннем давлении и при разных температурах.

Средство связи может включать мембрану, которая обеспечивает прохождение через нее электронов и, возможно, некоторых ионов, но не молекул.

Средство связи может также включать одну или несколько трубок, таких как капиллярная трубка(и).

Предпочтительно, средство связи обеспечивают запорными механизмами, такими как клапан или клапаны.

Соотношение внутреннего диаметра к длине каждой трубки составляет от 0,00001:1 до 0,1:1, предпочтительно от 0,00001:1 до 0,001:1.

Положительный электрод в первом реакционном сосуде (14) имеет вид полого микропористого цилиндра, изготовленного из Pt, который закрыт с одного конца.

Отрицательный электрод во втором реакционном сосуде (12) имеет вид полого микропористого цилиндра, закрытого с одного конца, который изготовлен из амальгамы CuPt или Pt.

Жидкое состояние электролитических сред в первом и втором реакционных сосудах достигается работой сосудов при соответствующем высоком давлении и соответствующей температуре.

Например, первый и второй реакционные сосуды могут работать при давлении от 5,1 до 1000 атм, обычно от 10 до 400 атм, предпочтительно от 10 до 200 атм.

Реакционные сосуды работают при разных температурах, например первый реакционный сосуд работает при температуре от 20°С до 200°С, обычно от 20°С до 30°С, и второй реакционный сосуд работает при температуре от -50°С до 200°С, обычно от -10°С до 70°С.

Как правило, первый реакционный сосуд работает при температуре окружающей среды (от 20°С до 30°С), температуру второго реакционного сосуда регулируют до требуемой температуры, например, охлаждением от температуры 50°С до 10°С, или нагревом от 50°С до 200°С.

Напряжение, приложенное к положительному и отрицательному электродам, составляет от -0,5 В до -20 В, от 0,5 В до -10 В, от -0,5 В до -6 В или от -0,5 В до -3 В.

Постоянный ток, приложенный к положительному и отрицательному электродам, составляет от 50 до 500 мА, обычно от 100 до 200 мА.

Постоянный ток, приложенный к положительному и отрицательному электродам, в том случае, если сетка (решетка) блока электродов соединена проволокой параллельно, составляет от 0,1 до 10 А или выше.

Диоксид углерода и воду во втором реакционном сосуде смешивают в объемном соотношении от 1:1 до 1:2, или в стехиометрических (или выше) соотношениях, согласно реакции:

CO2+2H2O → СН4+2O2.

Диоксид углерода, воду и монооксид углерода, отделенные от электролитической среды второго реакционного сосуда, можно рециркулировать во второй реакционный сосуд.

Воду, отделенную от электролитической среды первого реакционного сосуда, можно рециркулировать во второй реакционный сосуд.

Предложенный в изобретении способ выполняют в условиях, при которых смесь воды и диоксида углерода в реакционной камере представляет собой текучие среды в сверхкритическом состоянии.

Предлагаемое изобретение также относится к устройству для производства углеводородов из диоксида углерода и воды, которое включает:

первый реакционный сосуд, содержащий воду в жидкой фазе, приспособленный работать при высоком давлении более 5,1 атм;

второй реакционный сосуд, содержащий смесь диоксида углерода и воды в жидкой фазе, приспособленный работать при высоком давлении более 5,1 атм;

положительный электрод, расположенный в первом реакционном сосуде;

отрицательный электрод, расположенный во втором реакционном сосуде; и

средство связи, образованное одной или несколькими трубками для жидкой электролитической среды, соединяющее электролитические среды в первом и втором реакционных сосудах.

Средство связи может включать мембрану, обеспечивающую проход через нее электронов и, возможно, некоторых ионов, но не атомов.

Предпочтительно, средство связи обеспечивают запорными механизмами, такими как клапан или клапаны.

Предпочтительно, устройство включает в себя усилитель высокого давления для выравнивания давлений в обоих реакционных сосудах.

Усилитель высокого давления, предпочтительно с наддувом СО2, повышает давление во втором реакционном сосуде непосредственно посредством СО2; для повышения давления в первом реакционном сосуде посредством Н2О предусмотрен аккумулятор высокого давления.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема реактора в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 показана диаграмма состояний для диоксида углерода;

на фиг. 3 показан профиль плотность-давление для диоксида углерода;

на фиг. 4 показана хроматограмма, полученная газовой хроматографией.

Подробное описание осуществления изобретения

Международная патентная заявка РСТ/IB2009|053136 (содержание которой введено в настоящий документ в виде ссылки) раскрывает способ производства водорода, кислорода и углеводородов из диоксида углерода и воды, включающий следующие стадии:

(а) смешение диоксида углерода в жидкой фазе с водой в жидкой фазе для создания жидкой электролитической среды в сосуде, который способен выдерживать высокие давления и температуры, содержащем положительный и отрицательный электроды;

(б) приложение постоянного электрического тока к положительному и отрицательному электродам для обеспечения ионизации водорода, углерода и кислорода и получения положительно заряженных ионов водорода и углерода и отрицательно заряженных ионов кислорода;

(в) отделение ионов водорода и углерода от ионов кислорода, что легко достигается миграцией ионов кислорода к положительному электроду и миграцией ионов водорода и углерода к отрицательному электроду;

(г) образование водорода, возможно, углерода и углеводородов (обычно метана) из ионов углерода и водорода, и образование молекул кислорода из ионов кислорода; и

(д) накопление водородных, углеводородных и кислородных продуктов в отдельных сосудах (возможно, углерода).

Прямая реакция:

С+O2CO 2

предпочтительно протекает в обратном направлении на основании законов термодинамики.

Подобным образом, реакция:

2О+CO2 → СН4+2O2

имеет общие термодинамические требования, которые являются более трудновыполнимыми, чем при обратной реакции.

Одна из сложностей при получении метана (и других углеводородов) в последнем процессе заключается в таком отделении образовавшихся продуктов, чтобы они не могли рекомбинировать в ходе обратной реакции.

Задачей настоящего изобретения является предложить улучшенные способы получения продуктов второй (последней) реакции путем разделения компонентов продуктов в ходе процесса способом, который исключает их рекомбинацию, так как их получают в разных реакционных сосудах.

Как показано на фиг. 1, реакторная система (обозначенная в целом номером 10) снабжена двумя отдельными реакционными сосудами (емкостями) 12 и 14, которые соединены тонкой капиллярной трубкой 16 (внутренний диаметр от 1,2 до 1,5 мм и длина около 2 м, таким образом отношение внутреннего диаметра к длине трубки составляет от 0,00001:1 до 0,1:1), включающей селективные мембраны в точках соединения 18 и/или 20, которые обеспечивают проход электронов, но непроницаемы для переноса СО2 и кислорода. Капиллярная трубка 16 имеет малые размеры, которые ограничивают теплопроводность материалов внутри нее, так что в отдельных реакционных сосудах 12 и 14 можно поддерживать разные температурные условия. Капиллярная трубка 16 снабжена клапаном 22. В капиллярной трубке 16 имеет место поток электронов или электрический ток переноса с физическим переносом ионов. Можно использовать ряд капиллярных трубок с параллельным расположением.

В реакционный сосуд 12 подают жидкий СО2 24, жидкую Н2О 26 и, возможно, небольшое количество диоксида серы или хлорида натрия для снижения температуры замерзания воды и в качестве дополнительного ионизирующего материала для создания электролитической среды 28, содержащей смесь СО2 и Н2О.

В реакционный сосуд 14 подают Н2О в жидком состоянии, небольшое количество ионизирующего материала, такого как кислота, и в качестве катализатора для создания жидкой электролитической среды 30, содержащей Н2О, можно добавить небольшое количество диоксида серы, хлорида натрия или электролит, такой как MaKHCO3 или KHCO3 (0,1-0,5М).

Капиллярная трубка 16 содержит жидкую электролитическую среду 28 или 30, смесь обеих или токопроводящий гель.

Реакционный сосуд 12 приспособлен для работы при высоком давлении, выше чем 5,1 атм, как правило, от 5,1 до 1000 атм, и при низкой температуре -50°С вплоть до высокой температуры 200°С. Низкая температура достигается помещением реакционного сосуда 12 в холодильник, тогда как высокая температура достигается использованием нагревающих элементов, расположенных в реакционном сосуде 12. В реакционном сосуде 12 размещают отрицательный электрод 32. Отрицательный электрод 32 имеет форму полого микропористого цилиндра, который закрыт с одного конца и изготовлен из 66%/34% CuPt амальгамы или Pt.

Реакционный сосуд 14 приспособлен к работе при высоком давлении, от более 5,1 атм до 1000 атм и при температуре окружающей среды (от 20°С до 30°С, обычно 25°С). Внутри реакционного сосуда 14 расположен положительный электрод 34, изготовленный из Pt. Положительный электрод 34 имеет форму полого микропористого цилиндра, закрытого с одного конца.

Ниже представлено средство для регулирования давления в реакционном сосуде 14 и/или уравнивания его внутреннего давления с давлением внутри реакционного сосуда 12:

усилитель 36 высокого давления с наддувом CO2, соединенный непосредственно с реакционным сосудом 12, повышает давление в реакционном сосуде 12 посредством СО2 24. Усилитель 36 высокого давления соединен с реакционным сосудом 14 посредством аккумулятора 42 высокого давления, который препятствует реакции СО2 с содержимым реакционного сосуда 14. Аккумулятор 42 высокого давления с наддувом диоксида углерода 44 из усилителя 36 высокого давления повышает давление в реакционном сосуде 14 посредством воды 46. Эта система в равной степени повышает давление в реакционных сосудах 12 и 14 для предотвращения перехода электролита между реакционными сосудами 12 и 14 через капиллярный соединитель. Повышение давления можно стабилизировать первоначально до инициирования реакции электролиза посредством закрытия клапана 22 между двумя реакционными сосудами 12 и 14. Аккумулятор 42 высокого давления действует как промежуточный сепаратор для предотвращения входа диоксида углерода в камеру второго реактора 12 и одновременно обеспечивает уравнивание давлений в обоих реакторах 12 и 14.

В рабочем положении клапан 22 закрыт, и CO2 24 в жидкой фазе (из усилителя 36 высокого давления с наддувом СО2) и Н2О 26 в жидкой фазе переносятся в реакционный сосуд 12 и Н2О 26 переносится в реакционный сосуд 14 для создания электролитических текучих сред 28 и 30 в реакционных сосудах 12 и 14 соответственно. Усилитель высокого давления 36 используют для создания и поддержания высокого и равного давления в реакторах 12 и 14 и жидкофазных условий в реакционных сосудах. Как только давления в сосудах 12 и 14 сравняются, клапан 22 открывают, и между реакторами 12 и 14 устанавливается минимальный поток текучей среды. Жидкое состояние электролитических текучих сред 28 и 30 поддерживают обеспечением соответствующих условий давления и температуры в реакционных сосудах 12 и 14. Предпочтительно, давление в реакционных сосудах 12 и 14 поддерживают на уровне от 5,1 до 1000 атм, от 10 до 400 атм, предпочтительно от 10 до 200 атм.

Реакционный сосуд 14 поддерживают при температуре окружающей среды (от 20°С до 30°С, обычно, 25°С).

Реакцию электролиза инициируют приложением напряжения постоянного тока от -0,5 до -10 В и электрического тока от 50 до 500 мА к положительному электроду 34 и отрицательному электроду 32 в электрической цепи 35. Приложенный заряд ионизирует атомы в электролитических средах 28 и 30. Электроны (е-) движутся от одного иона к соседнему иону между электродами 34 и 32 и таким образом через капиллярную трубку 16. Без учета теоретических обоснований полагают, что ионы Н+, (ОН)-, О2- образуются в реакционном сосуде 14 и ионы Н+, С4+, (СО)2- образуются в реакционном сосуде 12. В реакционном сосуде 12 ионы углерода и водорода соединяются с образованием углеводородов, в частности метана, и других углеводородов. Инициирование процесса электролиза вызывает образование возникающих (ионизированных) ионов водорода из Н2О, присутствующей в электролите 30, и отрыв ионов углерода от СО2 в электролите 28. Таким образом, СО2 восстанавливается в реакционном сосуде 12. В реакционном сосуде 14 поток электронов вызывает притяжение отрицательно заряженных ионов кислорода к положительно заряженному электроду 34 с выделением таким образом молекул кислорода у электрода. В реакционном сосуде 14 может также образоваться Н2.

Капиллярная трубка 16, которая имеет свойства однонаправленного потока кислорода, необходима для обеспечения переноса электронов и поддержания выделенного кислорода в реакционном сосуде 14 на расстоянии от реакционного сосуда 12, чтобы избежать в нем рекомбинации с углеродом и/или водородом. Ограниченный размер капиллярной трубки 16 также способствует уменьшению теплопередачи, с тем чтобы в реакционных сосудах 12 и 14 можно было поддерживать разные температурные условия для интенсификации и облегчения протекания в них разных реакций, а также экономии энергозатрат. Будучи отделенными при образовании (ионизированными) путем капиллярного разделения двух реакционных сосудов, положительно заряженные ионы (углерод и водород) способны взаимодействовать сами с собой/друг с другом с образованием таким образом требуемых продуктов (углеводородов) в реакционном сосуде 12.

Высокое давление (выше 5,1 атм), кроме того, поддерживает реагенты в жидкофазном состоянии и таким образом увеличивает концентрацию полученных ионов, так что для получения большего количества продукта, чем это возможно в газообразной фазе, можно использовать меньшее по размеру оборудование.

Капиллярная трубка 16 необходима для обеспечения переноса электронов, которые ионизируют атомы компонентов, так что они способны взаимодействовать с образованием новых требуемых продуктов. Будучи отделенными при образовании (ионизированными) положительно заряженные ионы (углерод и водород) способны взаимодействовать лишь сами с собой с образованием таким образом требуемых продуктов (углеводородов), тогда как отрицательные ионы (кислород) отделены от них и могут лишь соединяться друг с другом с образованием молекул кислорода. Эти молекулы могут лишь выделиться у электродов, где завершается конечный перенос электронов.

В результате перепада давления электролитическая жидкость из реакционного сосуда 12 поступает в расширительный сосуд 48. Расширительный сосуд 48 приспособлен для разделения углеводородов 50 (обычно метана, образовавшегося в реакционном сосуде 12), углерода 52 и потока 54, содержащего СО2, Н2О и СО. Можно использовать несколько способов разделения, однако наиболее предпочтительным и возможным будет сжижение или газификация при разных температурах и давлениях для каждого продукта. Поток 54, содержащий СО2, Н2О и СО, рециркулируют в реакционный сосуд 12, содержащий отрицательный электрод 32, для увеличения выхода процесса.

В результате перепада давления электролитическая жидкость из реакционного сосуда 14 поступает в сосуд 56. Сосуд 56 приспособлен для разделения кислорода 58 и потока 60, содержащего Н2О и, возможно, Н2. Это разделение выполняют при использовании центрифуги или изменении параметров дифференциальной фазы. Поток 60, содержащий Н2О и, возможно, Н2, рециркулируют в реакционный сосуд 12, содержащий отрицательный электрод 32, для увеличения выхода процесса.

1 атм = 1,01325 бар

1 атм = 101,325 кПа

Изобретение не ограничено вариантами(ом) осуществления изобретения, иллюстрированными на чертежах. Соответственно следует понять, что поскольку за отличительными чертами, упомянутыми в приложенной формуле изобретения, следуют ссылочные признаки, подобные признаки включены исключительно с целью увеличения доступности для понимания формулы изобретения и никоим образом не ограничивают объем формулы изобретения.

Далее предлагаемое изобретение раскрывается более подробно со ссылкой на следующие неограничивающие примеры.

Пример 1

1. Расчеты

1.1. Электрохимия

Реакции восстановления (СО2 → CH4)

Электродная реакция общего восстановления

Электродная реакция окисления

Общая окислительно-восстановительная реакция

В соответствии с этими реакциями разность потенциалов, необходимая для получения метана из диоксида углерода при нормальных условиях (комнатная температура, атмосферное давление), составляет 1,77 В. В изученных условиях электрохимическое поведение было не совсем понятно, частично из-за ограниченного исследования при этих условиях. Для улучшения планирования эксперимента необходимо дальнейшее изучение.

1.2. Стехиометрические количества

Стехиометрические количества каждого реагента рассчитали, принимая во внимание плотность каждого реагента в конкретных условиях. Для всех экспериментов использовали дистиллированную воду.

Плотность воды рассчитали, используя уравнения (1) и (2), по которым рассчитывают плотность с учетом изменений температуры и давления соответственно

где β является коэффициентом объемного теплового расширения (м33, °С), Т является температурой в °С и ρ - плотность в кг/м3.

где Р - давление в Н/м2 (Па), Е - объемный модуль упругости жидкой среды (Н/м) и ρ - плотность в кг/м.

Молярные плотности рассчитали по уравнению (3)

где ν - молярная плотность в см3/мол, ρ - плотность в кг/м и М - молярная масса в г/мол.

Количества каждого реагента приведены наряду с рабочими условиями в соответствующих разделах.

1.3 Сверхкритическая точка

Для стехиометрической смеси воды и диоксида углерода критическую точку смеси можно рассчитать по уравнениям (4) и (5). Эти расчеты суммированы в таблице 1.

1,4 Диоксид углерода

На фиг. 2 и 3 показаны равновесные условия, при которых проводили эксперименты.

На фиг. 2 "А" показывает сверхкритические условия, "В" показывает условия для примера 1А и "С" показывает условия для примеров 1А.

Примеры 1А. Двухкамерное испытание с капиллярной трубкой

Была установлена двухкамерная реакторная система, соединенная капиллярной трубкой, как показано на чертеже, которая работала при электрическом напряжении -6 В и электрическом токе примерно 120 мА в течение 440 минут. В нижеследующей таблице показаны условия испытаний для примера 1А. Оба реактора 12 и 14 работали при температуре окружающей среды (25°С).

В реакторе 12 были получены обнаруживаемые количества метана. На фиг. 4 показана хроматограмма, полученная газовой хроматографией.

На хроматограмме показаны следующие компоненты:

Воздух: время удерживания 2,27, ширина пика 7,20, площадь 8354522,0, результат 20,9

Метан: время удерживания 4,76, ширина пика 9,60, площадь 116449,8, результат 0,3

СО2: время удерживания 7,43, ширина пика 24,00, площадь 31502188,0, результат 78,8.

Эти результаты не следует интерпретировать в количественном выражении из-за малого объема анализируемой пробы. Некоторыми результатами реакции были отложение углерода, наблюдаемое на катоде, и окрашивание электролита у катода. Анод оставался неизменным, однако также было заметно легкое окрашивание электролита.

В нижеследующей таблице 2 представлены условия испытаний для примеров 1В-1I. Во всех случаях реактор 14 работал при температуре окружающей среды (22°С). Температуры, представленные в таблице 2, являются температурой в реакторе 12.

Для обнаружения метана в газообразных пробах были использованы следующие условия:

Газовый хроматограф: HP 589DA

Колонка: 60/80 Carboxen-1000, 15′×1/8″SS (2/1 mm внутренний диаметр)′

Температура термостата от 45°С (5,5 мин) до 200°С при 10°С/мин

Температура устройства ввода 80°С

Детектор TCD

Температура детектора 250°С

Объем пробы 0,3-1,0 мл

Времена удерживания:

1. Кислород: 5,00 мин

2. Азот: 5,49 мин

3. Монооксид углерода: 7,37 мин

4. Метан: 13,27 мин

5. Диоксид углерода: 17,47 мин

Метан был получен при следующих условиях.

Пример 1J

Испытания в условиях низких температур

При сравнительно низких температурах использовали ту же установку системы, как в примере 1А, при охлаждении реактора 12 примерно до 7°С. Реактор 14 работал при температуре окружающей среды (22°С). Условия испытаний суммированы в нижеследующей таблице 3.

При 140 бар и 7°С метан не был получен в обнаруживаемых количествах, однако некоторое количество метана можно было обнаружить при более низких давлениях (65 бар) при этой температуре. После обследования было установлено, что оба электрода были чистыми и электролит из обоих реакторов также был чистым.

Заключения

Из полученных результатов были сделаны нижеследующие заключения.

Обнаруживаемые количества метана можно получить при использовании двухкамерной конфигурации, соединенной капиллярной трубкой.

Обнаруживаемые количества метана можно получить при работе реакторов 12 и 14 при одном и том же внутреннем давлении и разных температурах.

1. Способ производства углеводородов из диоксида углерода и воды, в котором:
обеспечивают первый реакционный сосуд (14), содержащий положительный электрод и жидкую электролитическую среду, включающую воду и ионизирующий материал;
обеспечивают второй реакционный сосуд (12), содержащий отрицательный электрод и жидкую электролитическую среду, включающую смесь воды и диоксида углерода;
соединяют первый и второй реакционные сосуды средством связи в виде жидкой электролитической среды;
прилагают постоянный электрический ток к положительному электроду и отрицательному электроду, обеспечивая образование углеводородов на отрицательном электроде в реакционном сосуде (12) и кислорода на положительном электроде в реакционном сосуде (14),
причем реакционные сосуды (12) и (14) работают при давлении более 5,1 атм и при разных температурах.

2. Способ по п. 1, в котором углеводороды включают метан.

3. Способ по п. 1, в котором углеводороды извлекают из второго реакционного сосуда (12).

4. Способ по п. 1, в котором кислород извлекают из первого реакционного сосуда (14).

5. Способ по п. 1, в котором реакционные сосуды (12 и 14) работают при одном и том же внутреннем давлении.

6. Способ по п. 1, в котором средство связи включает мембрану, обеспечивающую проход через нее электронов и, возможно, некоторых ионов, но не молекул.

7. Способ по п. 1, в котором средство связи образуют посредством одной или несколький трубок.

8. Способ по п. 7, в котором трубка(и) представляет(ют) собой капиллярную трубку(и).

9. Способ по п. 1, в котором средство связи снабжено запорным средством.

10. Способ по п. 9, в котором запорное средство представляет собой клапан или клапаны.

11. Способ по п. 1, в котором электролитические среды в первом (14) и втором (12) реакционных сосудах поддерживают в жидком состоянии работой сосудов (12 и 14) при соответствующих условиях давления и температуры.

12. Способ по п. 1, в котором первый (14) и второй (12) реакционные сосуды работают при давлении от более 5,1 до 1000 атм.

13. Способ по п. 12, в котором первый (14) и второй (12) реакционные сосуды работают при давлении от 10 до 400 атм.

14. Способ по п. 13, в котором первый (14) и второй (12) реакционные сосуды работают при давлении от 10 до 200 атм.

15. Способ по п. 1, в котором первый реакционный сосуд (14) работает при температуре от 10°C до 30°C, а второй реакционный сосуд (12) регулируют до требуемой температуры.

16. Способ по п. 15, в котором требуемая температура составляет от -50°C до 10°C.

17. Способ по п. 16, в котором требуемая температура составляет от 10°C до 200°C.

18. Способ по п. 1, в котором напряжение, приложенное к положительному электроду и отрицательному электроду, составляет от -0,5 В до -20 В.

19. Способ по п. 18, в котором напряжение, приложенное к положительному электроду и отрицательному электроду, составляет от -0,5 В до -10 В.

20. Способ по п. 19, в котором напряжение, приложенное к положительному электроду и отрицательному электроду, составляет от -0,5 В до -6 В.

21. Способ по п. 20, в котором напряжение, приложенное к положительному электроду и отрицательному электроду, составляет от -0,5 В до -ЗВ.

22. Способ по п. 1, в котором постоянный ток, приложенный к положительному электроду и отрицательному электроду, составляет от 50 до 500 мА.

23. Способ по п. 22, в котором постоянный ток, приложенный к положительному электроду и отрицательному электроду, составляет от 100 до 200 мА.

24. Способ по п. 1, в котором положительный электрод и отрицательный электрод представляют собой сетку из множества электродов, скрепленных параллельно проволокой, а постоянный ток, приложенный к электродам, составляет от 0,1 до 10 А.

25. Способ по п. 1, в котором диоксид углерода и воду во втором реакционном сосуде (12) смешивают при объемном соотношении от 1:1 до 1:2 в стехиометрических (или больших) пропорциях в соответствии с формулой:
CO2+2H2O→СН4+2O2

26. Способ по п. 1, в котором диоксид углерода, воду и монооксид углерода отделяют от электролитической среды второго реакционного сосуда (12) и рециркулируют во второй реакционный сосуд (12).

27. Способ по п. 1, в котором воду отделяют от электролитической среды первого реакционного сосуда (14) и рециркулируют во второй реакционный сосуд (12).

28. Устройство для производства углеводородов из диоксида углерода и воды, включающее:
первый реакционный сосуд (14) для содержания воды в жидкой фазе, приспособленный работать при высоком давлении более 5,1 атм;
второй реакционный сосуд (12) для содержания смеси диоксида углерода и воды в жидкой фазе, приспособленный работать при высоком давлении более 5,1 атм;
положительный электрод, расположенный в первом реакционном сосуде (14);
отрицательный электрод, расположенный во втором реакционном сосуде, (12); и
средство связи, образованное одной или несколькими трубками для жидкой электролитической среды, соединяющее электролитические среды в первом (14) и втором (14) реакционных сосудах.

29. Устройство по п. 28, в котором средство связи включает мембрану, выполненную с возможностью обеспечения прохода через нее электронов и, возможно, некоторых ионов, но не молекул.

30. Устройство по п. 28 или 29, в котором средство связи обеспечено запорным средством.

31. Устройство по п. 30, в котором запорное средство представляет собой клапан или клапаны.

32. Устройство по п. 28, включающее усилитель высокого давления для уравнивания давлений в обоих реакционных сосудах (12 и 14).

33. Устройство по п. 32, в котором усилитель высокого давления выполнен с наддувом CO2 и возможностью повышения давления во втором реакционном сосуде (12) непосредственно посредством СО2, и имеется аккумулятор высокого давления, выполненный с возможностью повышения давления в первом реакционном сосуде (14) посредством Н2О.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения серосодержащих органических соединений, в частности к синтезу метансульфокислоты. Метансульфокислота используется в качестве катализатора реакций нитрования, ацилирования, этерификации и полимеризации олефинов.

Изобретение относится к способу эксплуатации твердополимерного электролизера, включающему подачу в него постоянного напряжения питания и воды, нагрев твердополимерного электролизера и воды до температуры, обеспечивающей заданную производительность и соответствующее значение тока электролиза, контроль текущих значений температуры, давления, тока электролиза, производительности в процессе нагрева твердополимерного электролизера, фиксирование рабочего давления и рабочей температуры, последующую работу электролизера в стационарном режиме при фиксированной рабочей температуре с заданной производительностью и давлением.

Изобретение может быть использовано в производстве магнитных порошков, постоянных магнитов, магнитопластов, магнитных жидкостей, а также устройств магнитной записи высокой плотности.

Изобретение относится к области наноструктурированных биосовместимых материалов, в частности к пористому кремниевому наноносителю. Способ включает следующие этапы - получение пор под действием электролиза в пластине толщиной 700-730 мкм и площадью до 32 см2 монокристаллического кремния, являющейся анодом, p-типа проводимости, легированной бором с концентрацией около 10-19 см-3, с удельным сопротивлением 3-7·10-3 Ом·см, поверхности которой ориентированы параллельно кристаллографическим плоскостям в стеклоуглеродном стакане, являющемся катодом.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к катодным материалам на основе нанокристаллических частиц Fe-Ni. Катод для электрохимического получения водорода выполнен в виде стальной подложки с нанесенным на ее поверхность нанокомпозитным покрытием железо-никель.

Изобретение относится к катодному материалу для твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ) на основе никельсодержащих перовскитоподобных слоистых оксидов. При этом в качестве перовскитоподобного оксида взято соединение с общей формулой Pr2-xSrxNi1-yCoyO4-z, где 0.0<x<1.0; 0.0<y<1.0; -0.25≤z≤0.25.

Изобретение относится к способу получения водорода низкого давления для последующего сжигания и получения водяного пара с помощью низковольтного электролиза щелочного электролита раствора солей галогенводородных кислот и их смесей постоянным током, с помощью алюминиевых электродов, с дальнейшим извлечением кислорода в отдельный накопитель из образовавшихся алюминиевых комплексов, с поддержанием состава электролита и контролем температуры и давления в электрохимической ячейке.

Изобретение относится к проницаемому для ионов армированному сепаратору. При этом сепаратор содержит по меньшей мере один сепарационный элемент и по существу полый обходной канал, прилегающий к указанному по меньшей мере одному сепарационному элементу, причем указанный по меньшей мере один сепарационный элемент содержит связующее и оксид или гидроксид металла, диспергированный в нем, и указанный сепарационный элемент характеризуется давлением выдавливания первого пузырька по меньшей мере 1 бар и сопротивлением при обратной промывке по меньшей мере 1 бар, причем давление выдавливания первого пузырька определяется с помощью ASTM E128 и ISO 4003.

Изобретение может быть использовано в газо- и нефтедобывающей промышленности для попутного извлечения йод-сырца из бедных по его содержанию подземных напорных вод.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения циклогексантиола в органических растворителях. Способ включает взаимодействие циклогексена с сероводородом при атмосферном давлении, причем одностадийную реакцию циклогексена с сероводородом проводят в условиях электролиза при потенциале окисления сероводорода в органическом растворителе, в который помещают фоновый электролит, без использования катализатора или специфического реагента при температуре процесса 20-25°С.

Изобретение относится к электролизно-водному генератору для получения смеси водорода и кислорода электролизом воды при газопламенной обработке материалов, биполярный или монополярно-биполярный, содержащий корпус с электролитом, погруженный в электролит блок дистанцированных друг от друга электродов с отверстиями для прохода водородно-кислородной смеси и электролита и проводники для подвода тока к электродам. При этом упомянутый блок электродов помещен в трубу из диэлектрического материала, охватывающую электроды без зазоров по периметру, один провод, подводящий ток, подключен к электроду в центре блока, другой - к обоим концевым электродам. Использование настоящего изобретения позволяет стабилизировать состав электролита в блоке, ликвидировать противоток «газ-жидкость» в блоке электродов, решает проблему трещин из-за трехосного расширения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к электрохимическому способу получения ацетиленидов меди. При этом ацетилениды общей формулы R-C≡C-Cu, где R-алкил (C6-C8), арил получают путем электролиза раствора, состоящего из алкина общей формулы R-C≡CH, где R-алкил (C6-C8), арил, безводной соли щелочноземельного металла общей формулы MX2, где M=Mg, Ca; X=Cl, Br, J и биполярного апротонного растворителя (N, N-диметилформамид, Н, N-диметилацетамид) в мольном отношении алкин : MX2 : растворитель - 1:3:15 на медных электродах и контролируемом потенциале Е=2,4 В. Использование настоящего способа позволяет исключить ядовитые и дорогие реагенты, расширить сырьевую базу, упростить технологию. 1 пр.

Изобретение относится к способу эксплуатации твердополимерного электролизера воды, включающему подачу в него постоянного напряжения питания и реакционной воды, нагрев твердополимерного электролизера и реакционной воды до рабочей температуры, соответствующей заданному значению тока электролиза с контролем текущих значений тока электролиза и температуры, фиксацию рабочей температуры твердополимерного электролизера воды, обеспечивающей заданное значение тока электролиза, и последующее разложение воды при данной температуре и токе электролиза на водород и кислород. Способ характеризуется тем, что фиксацию рабочей температуры твердополимерного электролизера воды осуществляют после того, как ток электролиза в процессе нагрева достигнет своего максимального значения и начнет падать, достигнув заданного значения. Использование настоящего изобретения позволяет обеспечить быстродействующую тепловую стабилизацию электролизной ячейки. 1 ил.

Изобретение относится к батарее твердооксидных электролитических элементов (SOEC), изготовляемой способом, который включает следующие стадии: (a) формирование первого блока батареи элементов путем чередования по меньшей мере одной соединительной пластины и по меньшей мере одного узла элемента, причем каждый узел элемента содержит первый электрод, второй электрод и электролит, расположенный между этими электродами, а также обеспечение стеклянного уплотнителя между соединительной пластиной и каждым узлом элемента, причем стеклянный уплотнитель имеет следующий состав: от 50 до 70 мас.% SiO2, от 0 до 20 мас.% Аl2О3, от 10 до 50 мас.% СаО, от 0 до 10 мас.% МgО, от 0 до 2 мас.% (Na2O+K2O), от 0 до 10 мас.% В2O3 и от 0 до 5 мас.% функциональных элементов, выбранных из TiO2, ZrO2, F2, P2O5, МоО3, Fе2O3, MnO2, La-Sr-Mn-O перовскита (LSM) и их комбинаций; (b) превращение указанного первого блока батареи элементов во второй блок со стеклянным уплотнителем толщиной от 5 до 100 мкм путем нагревания указанного первого блока до температуры 500°C или выше и воздействия на батарею элементов давлением нагрузки от 2 до 20 кг/см2; (c) превращение указанного второго блока в конечный блок батареи твердооксидных электролитических элементов путем охлаждения второго блока батареи, полученного на стадии (b), до температуры ниже, чем на стадии (b), при этом стеклянный уплотнитель на стадии (a) представляет собой лист стекловолокон. Также изобретение относится к применению Е-стекла в качестве стеклянного уплотнителя в батареях твердооксидных электролитических элементов. Предлагаемые батареи демонстрируют малую степень ухудшения свойств в процессе эксплуатации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к аноду для выделения хлора при электролизе из водного раствора. Анод имеет сформированный на проводящей подложке каталитический слой, содержащий аморфный оксид рутения и аморфный оксид тантала. Обеспечивается снижение напряжения электролиза и удельное потребление электроэнергии. 14 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл., 6 пр.
Изобретение относится к способу изготовления электродно-диафрагменного блока для щелочного электролизера воды, включающему приготовление формующего раствора диафрагмы, нанесение формующего раствора на подложку, изготовление диафрагмы методом фазовой инверсии и формирование электродно-диафрагменного блока прижатием электродов с двух сторон диафрагмы. Способ характеризуется тем, что пористые электроды предварительно вдавливают в формующий раствор диафрагмы, нанесенный на сетчатую подложку, используя текучесть формующего раствора диафрагмы, и затем погружают полученный элемент в воду для проведения фазовой инверсии, приводящей к формированию пористого диафрагменного материала и фиксации электродов материалом диафрагмы и к формированию электродно-диафрагменного блока, в котором электроды и диафрагма представляют собой единый рабочий элемент. Использование настоящего изобретения позволяет упростить процесс сборки ячеек и батарей щелочного электролизера и снизить его энергопотребление. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии получения йодата калия и найдет применение в химической, фармацевтической и пищевой промышленности при изготовлении йодсодержащих соединений. Способ получения йодата калия включает непрерывное электрохимическое окисление йодида калия до йодата калия с массовой концентрацией йодида калия 55-85 кг/м3 и йодата калия 70-170 кг/м3 в присутствии бихромата калия с массовой концентрацией до 2 кг/м3 на окислительном рутениево-титановом аноде при анодной плотности тока не более 2000 А/м2 в растворе при температуре 60-80°C, кристаллизацию йодата калия путем непрерывного отбора части электролита, его охлаждение до температуры окружающей среды и отделение кристаллов йодата калия от маточного раствора, отделенный от кристаллов маточный раствор укрепляется по йодиду калия и возвращается в электролизер.
Изобретение относится к технологии изготовления нетканых диафрагменных материалов на основе волокон полимера с внедренными по поверхности частицами гидрофильного наполнителя для электролизеров воды с щелочным электролитом. Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды с щелочным электролитом, при котором электроформование волокон полимера происходит одновременно с обработкой их поверхности раствором прекурсора гидрофильного наполнителя и последующим гидролизом прекурсора, сопровождающимся образованием частиц гидрофильного наполнителя, удерживаемых поверхностью волокон. Электроформование волокон производится в атмосфере герметичного бокса с остаточной влажностью 0.01 ppm и оптимальным содержанием паров растворителя, коррелирующим с составом раствора полимера. Изобретение позволяет создать нетканые диафрагменные материалы на основе полимерных волокон, характеризующиеся высокой удельной электропроводностью, оптимальной пористостью, высокой химической и механической устойчивостью в условиях щелочного электролиза, и обеспечивает высокую чистоту генерируемых газов. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.Использование новых диафрагменных материалов позволяет повысить рабочую температуру электролиза (для систем, работающих под давлением вплоть до 140°C), снизить энергопотребление электролизера на 10-15% и значительно повысить ресурс работы. 1 н., 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу получения дезинфицирующего средства из водного раствора NaCl с использованием диафрагменного электролизера. Способ характеризуется тем, что поток пресной воды в количестве 0,4%-0,8% от количества получаемого дезинфицирующего средства в пересчете на концентрацию 500 мг в литре соединений активного хлора направляют в катодную камеру, поток пресной воды в количестве 16%-20% от количества получаемого дезинфицирующего средства в пересчете на концентрацию 500 мг в литре соединений активного хлора направляют на смешение с NaCl и затем в анодную камеру, оставшийся поток пресной воды направляют внутрь трубчатого катода, поток пресной воды из внутренней полости катода направляют в продолжение анодной камеры в крышке-смесителе электролизера, поток из катодной камеры направляют на утилизацию, поток из анодной камеры в виде анолита направляют в продолжение анодной камеры этого же электролизера, концентрацию активного хлора в анолите понижают поступившей пресной водой до норм дезинфицирующего средства, и дезинфицирующее средство выводят из электролизера, водород из катодной камеры направляют на вытяжку. Также изобретение относится к электролизеру. Использование настоящего изобретения позволяет упростить способ получения дезинфицирующего средства и повысить производительность эффективной работы одного электролизера. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к способу получения вторичного энергоносителя - водорода посредством преобразования энергии ветра. Способ получения вторичного энергоносителя - водорода посредством преобразования энергии ветра включает преобразование посредством парусного движителя кинетической энергии ветра в кинетическую энергию движения судна, движущегося в районах открытого океана с мощными воздушными потоками, и затем посредством гидравлической турбины и электрогенератора в электрическую энергию, которую используют для разложения воды на водород и кислород с ожижением и накоплением водорода в криогенных резервуарах. В качестве плавающего судна используют катамаран с парусным движителем, работающим по физическому принципу подъемной силы крыла. Гидротурбину и электрогенератор используют одновременно в качестве балласта, перемещая их по вертикали, обеспечивая и требуемую остойчивость катамарана при сильных порывах ветра. Изобретение направлено на повышение коэффициента использования энергии ветра и мощности парусного движителя. 2 ил.
Наверх