СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ПАРНИКОВОГО ГАЗА Российский патент 2022 года по МПК B01D53/86 

Изобретение относится к области экологии.

В настоящее время подтверждается отрицательное влияние вредных, антропогенных выбросов в атмосферу Земли, что ухудшает ее климат (см. «Негативы природных и антропогенных газов», Толмачев В.М. и др., Журнал «Новации. Нефть. Газ.», №8, 2015 г., стр. 58-66). Поэтому их утилизация, в частности, диоксида углерода - СO₂, приобретает стратегическое значение.

Известны способы утилизация диоксида углерода – CO₂, различного агрегатного состояния - твердого и сжиженного, используемого, например, в пищевой промышленности для охлаждения продуктов и приготовления газированных напитков (см, «Большая Российская Энциклопедия», М., Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия, 2016, том 32, стр. 663), взятые за аналоги.

Известен способ утилизации диоксида углерода - CO₂, по патенту RU №2473379, по которому из антропогенных выбросов CO₂,соответствующим образом, получают карбонаты кальция.

Недостатком указанного способа является получение карбоната кальция – менее ценного продукта утилизации CO₂, по сравнению с углеводородом.

Известен способ очистки газа по патенту RU №2620061, по которому при подаче газа, содержащего CO₂,в зону кавитации воды, из CO₂ и веществ диссоциации воды, при её кавитации в проточном, гидродинамическом, кавитационном устройстве, получают – метанол, одноатомный спирт, взятый за аналог.

Недостатком указанного способа является получение метанола, имеющего меньшую теплотворную способность, по сравнению с высшим углеводородом, а, значит, меньшую ценность для применения, например, в качестве топлива.

Известен способ нагрева воды по патенту RU №2262046, включающий подачу в кавитирующую воду метана, с прохождением экзотермических, химических реакций, сопровождающихся нагревом воды, а также получением синтетических, высших углеводородов.

В процессе кавитации вода диссоциирует с образованием H₂ - водорода и О₂ - кислорода (см. формулу 1 описания патента).

При контакте кислорода с метаном, образуется окись углерода СО (см. формулы 4, 5 описания патента), а затем, из окиси углерода – СО, образуется диоксид углерода СO₂ (см. формулу 6 описания патента).

Из водорода H₂ и диоксида углерода СO₂ образуется CH₃OH - метанол (см. формулу 8 описания патента).

Из метанола образуются синтетические, высшие углеводороды (см. формулу 14 описания патента), которые используют (утилизируют), в качестве топлива (см.стр.8, абзац 50 описания патента). Однако, их получение не является задачей изобретения, а является побочным результатом способа нагрева воды.

Указанный способ взят за прототип

Недостатком прототипа является то, что получение синтетических, высших углеводородов обосновано перечисленными выше химическими формулами, но не подтверждено Примером реализации способа (см. раздел описания - Пример, стр. 8 описания патента).

Другим недостатком прототипа является то, что в указанном способе отсутствует ограничение повышения температуры реакционной смеси CO₂ и кавитирующей воды величиной, меньшей температуры кипения метанола, равной +64,7°С. А, так кК, в указанном выше способе, метанол является промежуточным продуктом, при образовании синтетического, высшего углеводорода, то это снижает выход синтетического, высшего углеводорода.

Задача изобретения - утилизация диоксида углерода - СO₂, с получением тепловой энергии и синтетического, высшего углеводорода, используемого, как жидкое топливо.

Эта задача решается тем, что в способе, в котором газообразный диоксид углерода - СO₂ вводят в зону кавитации воды, циркулирующей через проточное, гидродинамическое, кавитационное устройство, температуру реакционной смеси СO₂ и кавитирющей воды ограничивают значением +64°С, путем отвода тепловой энергии из реакционной смеси.

При непрерывной схеме утилизации диоксида углерода - СO_2, воду, расходуемую на образование, при кавитации водорода и кислорода, и обеспечивающую получение синтетического, высшего углеводорода, компенсируют её подачей от внешнего источника

Проточное, гидродинамическое, кавитационное устройство выполнено в виде насоса-кавитатора, включающего набор центробежных турбин, работающих в режиме кавитации воды, с электродвигателем, имеющим регулируемую, либо нерегулируемую частоту вращения.

На фиг. 1 изображена структурная схема непрерывного способа утилизации антропогенного выброса газообразной двуокиси углерода (СO₂), включающая: проточное гидродинамическое кавитационное устройство 1, выполненное в виде насоса-кавитатора, с зоной кавитации воды 2; смесители 3а и 3б; линию рециркуляции смеси СO₂ и воды 4а; линию рециркуляции непрореагировавшей СO₂ 4б; гравитационный разделитель (центрифугу) 5; линию подачи воды от внешнего источника 6; теплообменник 7.

На фиг. 2 изображена схема работы насоса-кавитатора 1.

На фиг. 3 изображено сечение А фиг. 2.

На фиг .4 изображено сечение Б фиг. 2.

Насос-кавитатор 1 включает: корпус 8, набор центробежных турбин 9, 10, 11, 12, 13, неподвижные направляющие аппараты 14, 15, 16, 17, 18, расположенные перед турбинами, вал 19 привода турбин, соединенный муфтой 20 с электродвигателем 21, имеющим регулируемую либо нерегулируемую частоту вращения, входной 22 и выходной 23 фланцы.

Насос-кавитатор 1 работает следующим образом.

После заполнения водой насоса-кавитатора 1 и подачи напряжения на электродвигатель 21, начинает вращаться вал 19 и турбины 9, 10, 11, 12, 13, а поток 24 смеси СO₂ и воды ускоряется в ступенях 25, 26, 27, 28, 29 до критической скорости, при которой наступает гидродинамическая кавитация воды.

При подаче диоксида углерода - СO₂ в зону кавитации воды происходит экзотермическая, химическая реакция образования синтетического, высшего углеводорода и выделение тепловой энергии, сопровождающееся повышением температуры реакционной смеси СO₂ и кавитирующей воды.

При этом необходимо ограничивать повышение температуры реакционной смеси значением +64°С, путем отвода тепловой энергии реакционной смеси с помощью теплообменника 7.

Так как температура кипения метанола - промежуточного продукта в реакциях образования синтетического, высшего углеводорода, составляет +64,7°С, то повышение температуры реакционной смеси CO₂ и кавитиующей воды до указанной температуры и более, приводит к испарению метанола и потере выхода целевого продукта синтетического, высшего углеводорода что снижает эффективность способа утилизации СO₂.

При непрерывной схеме утилизации СO₂, расход воды на образование водорода и кислорода, и, как следствие, на утилизацию СO₂, с получением синтетического, высшего углеводорода и утилизируемой тепловой энергии, компенсируют подачей воды в насос-кавитатор от внешнего источника.

Пример реализации способа.

Собрана установка по схеме фиг. 1, без линии 4б, линии 6 и теплообменника 7.

Установку заполняли водой, имеющей температуру +22°С.

Включали электродвигатель 21 привода насоса-кавитатора 1.

Наблюдали кавитацию воды через прозрачный участок линии рециркуляции 4а.

В насос-кавитатор 1, в зону кавитации воды 2, в течение определенного времени, из баллона, содержащего сжиженный диоксид углерода - СO₂, через редуктор (не показаны), подавали газообразный СO_2.

Контролировали температуру смеси CO₂ и кавитирующей воды, которая, в течение времени работы установки, повышалась и в конце работы установки составляла +29°С.

Из центрифуги 5, в процессе работы установки, выделяли жидкость, которая по плотности была ниже воды и при поджоге горела.

Изобретение относится к области экологии. В заявленном способе утилизации диоксида углерода (СO₂) газообразный СO₂ вводят в зону кавитации воды, циркулирующей через проточное, гидродинамическое, кавитационное устройство. Температуру реакционной смеси CO₂ и кавитирующей воды ограничивают значением +64°С путем отвода тепловой энергии из реакционной смеси. При непрерывной схеме утилизации CO₂ воду, расходуемую на образование при кавитации водорода и кислорода и обеспечивающую получение синтетического высшего углеводорода, компенсируют её подачей от внешнего источника. Проточное гидродинамичекое кавитационное устройство выполнено в виде насоса-кавитатора, включающего набор центробежных турбин, работающих в режиме кавитации воды, с электродвигателем, имеющим регулируемую либо нерегулируемую частоту вращения. Изобретение обеспечивает утилизацию диоксида углерода с получением тепловой энергии и синтетического высшего углеводорода, используемого как жидкое топливо. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

1. Способ утилизации диоксида углерода (СO₂), в котором газообразный СO₂ вводят в зону кавитации воды, циркулирующей через проточное гидродинамическое кавитационное устройство, при этом температуру реакционной смеси CO₂ и кавитирующей воды ограничивают значением +64°С путем отвода тепловой энергии из реакционной смеси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при непрерывной схеме утилизации CO₂ воду, расходуемую на образование при кавитации водорода и кислорода и обеспечивающую получение синтетического высшего углеводорода, компенсируют её подачей от внешнего источника.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проточное гидродинамичекое кавитационное устройство выполнено в виде насоса-кавитатора, включающего набор центробежных турбин, работающих в режиме кавитации воды, с электродвигателем, имеющим регулируемую либо нерегулируемую частоту вращения.