СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА Российский патент 2012 года по МПК C01B31/20 B01D53/14 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам утилизации диоксида углерода.

Для поддержания экологического равновесия необходимо, чтобы лимитирующей стадией глобального процесса кругооборота углекислого газа было его образование, а не потребление. Однако повседневная индустриальная и бытовая деятельность человека, особенно в последние несколько десятилетий, привели к тому, что медленной стадией является потребление, а не образование СО₂. Одним из способов решения задачи быстрой утилизации лишнего СO₂ является его использование в качестве строительного блока для синтеза различных органических соединений.

Известен способ использования диоксида углерода в процессе получения органического синтеза из диоксида углерода и воды (RU 2396204).

Недостаток этого способа заключается в сложности технологии процесса.

Известны способ создания водородного энергохимического комплекса и устройство для его реализации (RU 2385836, 2010), в котором описывается способ утилизации диоксида углерода. В результате реакции диоксида углерода СО₂ с парами воды Н₂О на катализаторе из металлов никеля, кобальта или рутения образуются метан и две молекулы кислорода: CO₂+2H₂O^→CH₄+2O₂.

Недостатком этого метода является использование дорогостоящих катализаторов и высоких температур.

Известен способ промышленного получения мочевины, согласно которому мочевину получают из аммиака и диоксида углерода (RU 2036900). Реакцию в основном реакторе с высокой степенью выхода мочевины между хорошо очищенными реагентами ведут при высоком давлении 300-400 кг/см² с наличием флеш-стадии при давлении ниже, по крайней мере, на 40% давления в основном реакторе, предпочтительно при 200 кг/см².

Недостатком этого способа утилизации является сложность его технологии.

Более близким к изобретению является способ разложения кислородсодержащих газов NO_x и СО₂, который используют для утилизации диоксида углерода в замкнутых системах и в промышленности (RU 93042476, 1993). Способ заключается в том, что через вещество, отвечающее эмпирической формуле (а·СаО)·(b·V₂O₅)·(с·М₂O)·(d·МО)·(е·М₂О₃)·(f·MO₂)·(g·M₂O₅), где М - металл; а, b, с, d, e, f, g - мольные доли, причем а относится к b, как (2-4):1,

и активированное излучением с длиной волны меньше 370 нм пропускают газ или смесь газов при 250-800°С.

Полнота реакции разложения составляет 98-100%. Однако указанный способ не является достаточно эффективным вследствие использования сложной системы утилизации диоксида углерода, включающей использование излучения и высоких температурных режимов.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности способа утилизации диоксида углерода.

Поставленная задача достигается описываемым способом утилизации диоксида углерода, включающим подачу потока диоксида углерода через, по меньшей мере, одну емкость, заполненную трифторуксусной кислотой, насыщенной кислородом, отделение образовавшихся продуктов с последующей регенерацией отработанной кислоты путем ее насыщения кислородом и рециркуляцией насыщенной кислоты в процесс. Предпочтительно подачу диоксида углерода осуществляют при температуре 10-25°С и атмосферном давлении.

Технический результат заключается в создании способа, позволяющего проводить процесс утилизации при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Поток диоксида углерода при температуре 10-25°С и атмосферном давлении прокачивают через емкость, заполненную трифторуксусной кислотой (далее - ТФК), насыщенной кислородом (далее - ТФК-О₂).

В результате насыщения ТФК кислородом образуется сильный окислитель. Вследствие этого при прокачивании через ТФК-О₂ диоксида углерода последний превращается в смолообразную массу - смесь углеводов состава (С₄Н₇O₉)_n, где n имеет значение от 2 до 9.

Момент фиксирования проскока диоксида углерода является сигналом к прекращению подачи диоксида углерода в данную емкость и переводу тока газа во вторую емкость, заполненную новой порцией ТФК-О₂. Отработанную ТФК направляют на регенерацию, заключающуюся в насыщении ТФК новой порцией кислорода. После регенерации полученную ТФК-O₂ рециркулируют в процесс утилизации.

Образующиеся продукты утилизации - углеводы, оседающие в виде смолообразной массы, отделяют. Продукт утилизации - смесь углеводов возможно, в частности, использовать в качестве октаноповышающей добавки к моторному топливу. Так, указанная добавка в количестве, например, 1-2 мас.%. от базового бензина позволяет повысить его октановое число (по исследовательскому методу) на 10-12 единиц и, таким образом, избежать необходимость использования соединений свинца, ферроцена, ароматических аминов, амидов.

Данная добавка обеспечивает также фазовую и химическую стабильность топлива, сокращает его потери при хранении и транспортировке за счет снижения испарения. Кроме того, добавка способствует удалению отложений во впускной системе двигателя и снижает содержание токсичных составляющих в отработанных газах.

Насыщение ТФК кислородом осуществляют прокачкой через ее объем воздуха или газообразного кислорода. Мольные отношения ТФК:O₂ насыщения лежат в интервале, равном 1:15÷1:5.

Степень утилизации диоксида углерода составляет величину, близкую к 100%.

Приведенный пример иллюстрирует, но не ограничивает описываемый способ.

Пример

Диоксид углерода получают на аппарате Киппа и со скоростью 20 мл/мин пропускают через ТФК, насыщенную кислородом.

Эксперимент по окислению диоксида углерода проводят в лабораторных условиях при температуре 20°С и атмосферном давлении. ТФК насыщают кислородом воздуха в течение 30 мин. Объем кислоты составляет 30 мл. Газ из аппарата Киппа барботируют через ТФК-O₂ в течение 30 мин. Диоксид углерода обнаруживают на выходе из реакционной емкости на 25-й минуте проведения процесса. При фиксировании проскока подачу диоксида углерода переключают на вторую емкость. ТФК первой емкости подвергают насыщению кислородом воздуха в течение часа до достижения максимального содержания кислорода в реакционной жидкости. Образовавшиеся продукты окисления после пропускания диоксида углерода через реактор - смесь углеводов состава (С₄Н₇O₉)_n, где n имеет значение от 2 до 9, отделяют в виде отстоя. Насыщенную кислоту рециркулируют в процесс утилизации. При этом объем трифторуксусной кислоты не меняется.

Добавление продуктов окисления к прямогонному бензину в количестве 1,0 мас.% приводит к повышению октанового числа с 56 до 67 ед. (моторный метод).

Таким образом, описываемый способ утилизации диоксида углерода позволяет проводить процесс в условиях низкой температуры и атмосферного давления с получением продукта утилизации, используемого в качестве октаноповышающей добавки к топливам. Степень утилизации составляет практически 100% отн.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ утилизации диоксида углерода включает подачу диоксида углерода через, по меньшей мере, одну емкость, заполненную трифторуксусной кислотой, насыщенной кислородом. Образовавшиеся продукты отделяют, отработанную кислоту регенерируют путем ее насыщения кислородом и рециркулируют насыщенную кислоту в процесс. Предпочтительно подачу диоксида углерода осуществляют при температуре 10-25°С и атмосферном давлении. Способ позволяет повысить эффективность утилизации диоксида углерода, проводить процесс утилизации при комнатной температуре и атмосферном давлении, а продукт утилизации использовать в качестве октаноповышающей добавки к моторному топливу. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ утилизации диоксида углерода, включающий подачу диоксида углерода через, по меньшей мере, одну емкость, заполненную трифторуксусной кислотой, насыщенной кислородом, отделение образовавшихся продуктов, последующую регенерацию отработанной кислоты путем ее насыщения кислородом и рециркуляцию насыщенной кислоты в процесс.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу диоксида углерода осуществляют при температуре 10-25°С и атмосферном давлении.