Способ для утилизации углекислого газа Российский патент 2022 года по МПК B01D53/62 C25B1/00 

Описание патента на изобретение RU2773509C1

Изобретение относится к электрохимическим технологиям, а именно к способам утилизации углекислого газа и может найти применение для очистки воздуха рабочих помещений, сокращения газовых выбросов промышленных предприятий, охраны окружающей среды и уменьшения парникового эффекта.

Известен способ утилизации углекислого газа из дымового газа электростанций (патент РФ № 2600348, 2016 г.). Способ включает следующие стадии: 1) использование композитного водного абсорбента, состоящего из органического амина и функционализированной ионной жидкости, в качестве абсорбента CO2; 2) образование различных слоев жидкости с помощью отстаивания до прозрачности; 3) осуществление нагревания и разложения жидкости, полученной с помощью разделения и богатой A·CO2 и B·CO2, для рециркуляции, с получением высоко концентрированного газа CO2 и композитного водного абсорбента; 4) рециркуляцию композитного водного абсорбента, полученного на стадии 3); 5) охлаждение высококонцентрированного газа CO2 для конденсации в нем горячего водяного пара; 6) осуществление газожидкостной сепарации высококонцентрированного газа CO2, прошедшего охлаждение на стадии 5), с получением газа CO2 с чистотой ≥99%; 7) превращение высокочистого газа COв жидкость для получения продукта высококонцентрированного жидкого углекислого газа промышленного типа. Недостатками известного способа являются его высокая сложность, энергозатратность и трудоемкость.

Известен способ утилизации углекислого газа из дымовых газов промышленных предприятий (заявка на изобретение № 2010106954, 2011 г.), включающий поглощение диоксида углерода кальциевым поглотителем в области высоких температур, в виде 10%-ого структурированного водного раствор известкового «молока», которым орошают отходящие дымовые газы, а образовавшийся карбонат кальция сушат при температуре 110°С и подвергают термическому разложению при температуре 900°С на оксид кальция и диоксид углерода, который затем перерабатывают в товарный продукт. Недостатком известного способа его высокая энергозатратность и сложность.

Известен абсорбент для очистки промышленных газов от кислых компонентов (патент США № 4336233, 1982 г.), включающий водный раствор третичного алконоламинового компонента и активатора сорбции. Недостатком использования адсорбента является то, что его водные растворы содержат высокую долю воды и требуют затрат на их транспортировку к установке по обработке газа и обеспечение мер безопасности для персонала.

Известен комплексный способ удаления углекислого газа из низкотемпературных вод, содержащих гидрокарбонат-ионы (прототип, патент РФ № 2640524, 2018 г.), состоящий в безвозвратном удалении химическим переводом содержащихся в воде гидрокарбонат-ионов НСО3- в нерастворимые или малорастворимые карбонаты с последующим удалением растворенного углекислого газа аэрацией. Недостатком известного способа является его низкая эффективность работы. Это связано с тем, что он не удаляет углекислый газ в газообразном состоянии, а в растворенном в воде виде переводит в нерастворимые вещества только гидрокарбонат-ионы НСО3-, а другие формы растворенного углекислого газа, в частности, карбонат-ионы СО32- из воды не удаляет.

Задача, на решение которой направлено изобретение заключается в повышении эффективности работы способа для утилизации углекислого газа. Поставленная задача решается следующим образом. В прототипе аэрацию используют для удаления растворенного в воде углекислого газа после безвозвратного удаления химическим переводом содержащихся в воде гидрокарбонат-ионов НСО3- в нерастворимые или малорастворимые карбонаты. В предлагаемом способе наоборот воду с помощью аэрации насыщают углекислым газом, что позволяет его утилизировать в растворенном состоянии с помощью электролиза. При пропускании углекислого газа через воду он растворяется в ней в количестве, подчиняющемся закону Генри-Дальтона, частично преобразуется в нестабильную угольную кислоту (Н2СО3), и присутствует в воде в виде карбонат-ионов СО32-, гидрокарбонат-ионов НСО3- и катионов Н+. Применив электролиз, при котором в поле электрического тока положительно заряженные катионы движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы к аноду, где на поверхности электродов при воздействии электрического тока происходит их преобразование в химические элементы и соединения отличные от молекул углекислого газа, т.е. он утилизируется в другие вещества. В частности, карбонат-ионы СО32- переходят в нерастворимые и малорастворимые карбонаты, а гидрокарбонат-ионы НСО3- преобразуются в растворимые гидрокарбонаты. Проведение электролиза при охлаждении рабочего раствора предотвращает разложение карбонатов и гидрокарбонатов, которое происходит при их нагревании, что позволяет вывести их как продукты утилизации углекислого газа вместе с отработанной водой. Охлаждение воды в комбинации с избыточным давлением так же замедляет переход растворенного в ней углекислого газа в газообразное состояние, тем самым повышается эффективность его утилизации в процессе электролиза. Кроме того, прокачивании углекислого газа через воду повышает эффективность электролиза за счет перемешивания рабочего раствора и смывания с поверхностей электродов пузырьками газа образовавшиеся на них твердых веществ. В результате электролиза выделяются также газообразные продукты (кислород, водород) и не утилизированный углекислый газ. Полученную смесь газов отводят и выделяют из нее, например, с помощью, мембранных технологий не утилизированный углекислый газ, который направляют для повторной утилизации, что позволяет осуществить его полную утилизацию. Воду, с твердыми и растворенными продуктами электролиза отводят, очищают от твердых веществ, включая карбонаты, с применением известных физических способов (отстаивание, центрифугирование, фильтрование и др.), а растворенные в воде гидрокарбонаты удаляю известными химическими способами. После очистки воду направляют для повторного использования по циклической схеме. В случае необходимости добавляют небольшое количество воды, потерянной в процессе утилизации углекислого газа. Для утилизации углекислого газа можно использовать предварительно газированную воду. При рН меньше 4,5 гидрокарбонат-ионов НСО3- в воде нет, и вся угольная кислота находится в виде растворенного СО2 и карбонат-ионов СО32-. При рН=8,4 угольная кислота присутствует в воде только в виде гидрокарбонат-ионов НСО3-. При рН воды от 9 до 11 вся угольная кислота содержится в воде только в форме карбонат-ионов СО32- и гидрокарбонат-ионов НСО3-, что позволяет ее полностью утилизировать в процессе электролиза в виде карбонатов и гидрокарбонатов. Для завершения очистки воды после электролиза от растворенных в ней гидрокарбонатов используют химические способы их безвозвратного удаления, как в прототипе, в виде нерастворимых или малорастворимых карбонатов. Полученные в результате очистки воды газообразные и твердые вещества, а также аккумулированное тепло можно использовать на практические цели. По предложенному способу можно утилизировать углекислый газ, находящийся в смеси с другими газами, например, в воздухе, газовых выбросах промышленных предприятий путем пропускания газовой смеси через воду вместо чистого углекислого газа.

Технический результат, заключающийся в повышении эффективности утилизации углекислого газа и сокращении объема используемой при этом воды. Он достигается за счет того, что кроме гидрокарбонат-ионов НСО3- из воды удаляют карбонат-ионы СО32-, а перед их удалением производят аэрацию воды углекислым газом при избыточном давлении 0,3-0,7 МПа с предварительным ее умягчением и охлаждением до температуры 4-7ºС, при этом аэрацию проводят одновременно с электролизом и охлаждением рабочего раствора до температуры 4-7ºС; отводят газообразные продукты электролиза, выделяют из них неутилизированный углекислый газ, возвращают его для повторной утилизации; отводят отработанную воду с твердыми и растворенными продуктами электролиза, очищают ее от них и возвращают для повторного использования. Воду можно предварительно газировать, а затем проводят в ней электролиз. Для повышения эффективности способа в процессе электролиза можно устанавливать рН воды от 9 до 11. Для утилизации углекислого газа в воздухе или другой газовой смеси ее можно пропускать через воду вместо углекислого газа.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков является существенной и необходимой для достижения поставленной цели.

Сущность изобретения способа поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена схема предлагаемого способа. Способ работает следующим образом. Воду готовят (охлаждают, умягчают) для эффективного растворения в ней углекислого газа (этап 1), пропускают через нее углекислый газ при избыточном давлении, который в ней растворяется и одновременно проводят электролиз получаемого раствора с его охлаждением (этап 2), в результате чего растворенный в воде углекислый газ утилизируется переходя в карбонаты и гидрокарбонаты, газообразные продукты электролиза (кислород, водород) и не утилизированный углекислый газ собирают и направляют для выделения из смеси газов неутилизированный углекислый газ (этап 3), который направляют для повторной утилизации на этап 2, где добавляют новую порцию СО2, которая заменяет утилизированную часть углекислого газа. Воду с образовавшимися в ходе электролиза твердыми и растворенными веществами направляют для очистки (этап 4). Затем воду очищают (этап 5) и направляют для повторного использования на этап 1.

Пример. Водопроводную воду охлаждали до температуры 7-8ºС умягчали, пропускали через нее углекислый газ при избыточном давлении 0,5 МПа и одновременно проводили электролиз раствора с его охлаждением до температуры 7-8ºС. Электролиз проводили при постоянном электрическом токе напряжением 220 B. Газообразные продукты электролиза собирали и с помощью мембранной технологии из смеси газов выделяли углекислый газ, который направляли для повторной утилизации с добавлением новой порцию СО2, взамен утилизированной части углекислого газа. После электролиза водный раствор, не содержал углекислого газа. Его очищали от образовавшихся в процессе электролиза твердых и растворенных в воде веществ. Очищенную воду использовали для повторного растворения углекислого газа. Был проведен химический анализ отстоявшегося осадка с остатками отработанной воды после электролиза газированной и негазированной воды на наличие карбонатов и гидрокарбонатов. Результаты химического анализа показали, что после электролиза газированной воды осадок и отработанная вода содержит карбонаты и гидрокарбонаты, в количестве 9,3 г/л, тогда как в осадке и отработанной воде без ее газирования карбонатов и гидрокарбонатов не обнаружено. Это свидетельствует об утилизации растворенного в воде углекислого газа в виде этих соединений.

Таким образом, представленное изобретение позволяет повысить степень утилизации углекислого газа, снизить объем используемой при этом воды и тем самым повысить эффективность работы способа для утилизации углекислого газа.

Похожие патенты RU2773509C1

название год авторы номер документа
Устройство для утилизации углекислого газа 2021
  • Беднаржевский Сергей Станиславович
RU2771380C1
Комплексный способ удаления углекислого газа из низкотемпературных вод, содержащих гидрокарбонат-ион. 2017
  • Шефер Максим Павлович
RU2640524C1
Способ получения калибровочных образцов состава микропримесей этилового спирта 2023
  • Беднаржевский Сергей Станиславович
RU2800289C1
Способ получения моногидрата гидроксида лития высокой степени чистоты из материалов, содержащих соли лития 2021
  • Рябцев Александр Дмитриевич
  • Немков Николай Михайлович
  • Титаренко Валерий Иванович
  • Кураков Андрей Александрович
  • Летуев Александр Викторович
RU2769609C2
Способ производства сыра 2022
  • Беднаржевский Сергей Станиславович
RU2802062C1
Способ и устройство определения нефти, механических частиц и их среднего размера в подтоварной воде 2022
  • Беднаржевский Сергей Станиславович
RU2781503C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИРА, БЕЛКА В МОЛОКЕ И ЖИРА В СЫРЕ 2020
  • Беднаржевский Сергей Станиславович
RU2733691C1
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ СЕРОВОДОРОДА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В ГАЗАХ 2010
  • Кудрявцев Николай Николаевич
  • Костюченко Сергей Владимирович
  • Васильев Александр Иванович
  • Василяк Леонид Михайлович
RU2445255C2
Способ получения бромидных солей при комплексной переработке бромоносных поликомпонентных промысловых рассолов нефтегазодобывающих предприятий (варианты) 2021
  • Рябцев Александр Дмитриевич
  • Антонов Сергей Александрович
  • Гущина Елизавета Петровна
  • Безбородов Виктор Александрович
  • Кураков Андрей Александрович
  • Немков Николай Михайлович
  • Пивоварчук Алексей Олегович
  • Чертовских Евгений Олегович
RU2780216C2
ЭЛЕКТРОЛИЗНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА С ПРОТОНОДОНОРНЫМ БЛОКОМ И СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ 2016
  • Краузе, Ральф
  • Нойбауэр, Себастьян
  • Реллер, Кристиан
  • Шмид, Гюнтер
  • Волкова, Елена
RU2685421C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 773 509 C1

Реферат патента 2022 года Способ для утилизации углекислого газа

Изобретение относится к электрохимическим технологиям, а именно к способам утилизации углекислого газа, и может найти применение для сокращения газовых выбросов промышленных предприятий, охраны окружающей среды и уменьшения парникового эффекта. Представлен способ для утилизации углекислого газа, предусматривающий удаление из воды гидрокарбонат-ионов НСО3- и карбонат-ионов СО32- после аэрации ее углекислым газом при избыточном давлении 0,3-0,7 МПа с предварительным умягчением и охлаждением воды до температуры 4-7ºС. Аэрацию проводят одновременно с электролизом и охлаждением рабочего раствора до температуры 4-7ºС. Отводят газообразные продукты электролиза, выделяют из них неутилизированный углекислый газ. Возвращают его для повторной утилизации. Отводят отработанную воду с твердыми и растворенными продуктами электролиза. Очищают ее от них и возвращают для повторного использования. Воду можно предварительно газировать углекислым газом, а затем проводят в ней электролиз. Для повышения эффективности способа в процессе электролиза можно устанавливать рН воды от 9 до 11. Способ обеспечивает повышение эффективности утилизации углекислого газа. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 773 509 C1

1. Способ для утилизации углекислого газа, предусматривающий удаление из воды гидрокарбонат-ионов НСО3- и ее аэрацию, отличается тем, что кроме гидрокарбонат-ионов НСО3- из воды удаляют карбонат-ионы СО32-, а аэрацию производят углекислым газом перед их удалением при избыточном давлении 0,3-0,7 МПа с предварительным умягчением и охлаждением воды до температуры 4-7ºС, при этом аэрацию проводят одновременно с электролизом и охлаждением рабочего раствора до температуры 4-7ºС, отводят газообразные продукты электролиза, выделяют из них неутилизированный углекислый газ, возвращают его для повторной утилизации; отводят отработанную воду с твердыми и растворенными продуктами электролиза, очищают ее от них и возвращают для повторного использования.

2. Способ по п.1 отличается тем, что воду предварительно газируют углекислым газом, а затем проводят в ней электролиз.

3. Способ по пп.1, 2 отличается тем, что перед электролизом рН воды устанавливают в диапазоне от 9 до 11.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2773509C1

Комплексный способ удаления углекислого газа из низкотемпературных вод, содержащих гидрокарбонат-ион. 2017
  • Шефер Максим Павлович
RU2640524C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА 2001
  • Климова И.Г.
  • Иткин Г.Е.
  • Явтушинский Л.П.
RU2199610C2
0
  • Изобре Ени
  • П. С. Головченко, Л. М. Кривошеее, А. К. Еременко, В. А.
  • С. Г. Коровниц
SU197661A1
СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА ИЗ ДЫМОВОГО ГАЗА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Ван Чжилун
  • Чжан Яньфын
RU2600348C2
RU 2010106954 A, 10.09.2011
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 2009
  • Джанкарло Сьоли
RU2496918C2
УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ЖИВОТНОВОДЧЕСКОМ ПОМЕЩЕНИИ 2014
  • Лобанов Александр Юрьевич
  • Триандафилов Александр Фемистоклович
RU2567211C1
US 20120318680 A1, 20.12.2012
ШАХТНЫЙ ВОДОСБРОС 2007
  • Гурьев Алим Петрович
RU2341615C1
US 4336233 A1, 22.06.1982
JP 2016191141 A, 10.11.2016.

RU 2 773 509 C1

Авторы

Беднаржевский Сергей Станиславович

Даты

2022-06-06Публикация

2021-10-14Подача