Способ получения воды

 

Способ предназначен для получения воды. Воду получают путем смешивания метана и диоксида углерода и последующего синтеза воды из компонентов смеси. Синтез проводят при плазменном состоянии газообразных веществ. Способ позволяет повысить производительность. 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и неорганической химии и может быть использовано для получения воды из газообразных веществ посредством синтеза, преимущественно при промышленном производстве воды в районах с ограниченными водными ресурсами.

Известен способ получения воды с использованием электрохимического генератора, включающий подачу газообразных водорода и кислорода в ячейки генератора, подключение генератора к электрической нагрузке, выделение воды в одной группе ячеек с последующей фильтрацией (Лидоренко Н.С., Мучник Г.Ф. Электрохимические генераторы.- М.: Энергоиздат, 1982, с.8 - 10), Недостатком известного способа является высокая стоимость получаемого продукта - чистой воды, поскольку для ее приготовления приходится использовать особо чистые газообразные водород и кислород, изготовление которых сопряжено с весьма высокими затратами. Кроме того, для повышения эффективности синтеза в электрохимическом генераторе приходится использовать дорогостоящие катализаторы, например платину.

Известен способ получения воды посредством смешивания газообразных водорода и кислорода и последующего синтеза компонентов смеси (Некрасов Б.В. Основы общей химии.- М.: Химия, 1965, т. 1, с. 118). В известном способе водородно-кислородную смесь подвергают каталитическому воздействию при повышенных температурах, при этом в качестве катализатора используют платину.

Недостатком известного способа является высокая стоимость получаемой воды, т. к. изготовление компонентов газообразной смеси сопряжено с высокими затратами. Кроме того, известный способ является взрывоопасным.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ получения воды путем смешивания газообразных веществ, содержащих водород и кислород и последующего синтеза воды из компонентов смеси (международная заявка PCT (WO) N 94/07795, кл. C 01 B 5/00, опубл. 1994). В известном способе синтез газообразных компонентов, в качестве которых используются водород и кислород, проводят в трубчатом реакторе, изготовленном из каталитически активного материала при воздействии высоких температур. Кроме того, в качестве одного из компонентов газообразной смеси используется нейтральный газ, например аргон, что позволяет снизить взрывоопасность известного способа.

Недостатками известного способа являются низкая производительность процесса получения воды и высокая стоимость получаемого продукта, вследствие того, что изготовление исходных компонентов газообразной смеси сопряжено с проведением ряда сложных дорогостоящих операций. Поэтому известный способ не может найти широкого промышленного применения, например в районах с ограниченными водными ресурсами.

Технический результат настоящего изобретения заключается в снижении стоимости и повышении производительности способа получения воды посредством синтеза газообразных веществ.

Для достижения указанного технического результата в способе получения воды путем смешивания газообразных веществ, содержащих водород и кислород и последующего синтеза воды из компонентов смеси, синтез проводят при плазменном состоянии газообразных веществ, причем в качестве компонентов смеси используют метан и диоксид углерода; при этом смешивают метан и диоксид углерода при избыточном объемном содержании метана или при равенстве объемов или избыточном объемном содержании диоксида углерода.

Предлагаемый способ синтеза воды из смеси компонентов газообразных веществ основан на закономерностях окислительно-восстановительных реакций, использующих характерные и уникальные особенности углерода - его возможность проявлять максимальную отрицательную (-4) и максимальную положительную (+4) окислительность. Так, максимальную отрицательную окислительность углерод проявляет только в метане CH4, а максимальную положительную активность - только в диоксиде углерода CO2. Однако при смешивании метана и диоксида углерода в обычных условиях взаимодействия между ними не происходит. Проведенные эксперименты позволили установить, что если смесь газообразных метана и диоксида углерода подвергнуть полной ионизации, т.е. образовать плазму, то метан и диоксид углерода вступают во взаимодействие, характерными продуктами которого являются вода, углеводороды предельные и непредельные и углерод. При этом метан в состоянии плазмы проявляет восстановительные свойства, а диоксид углерода - отрицательные и поэтому, находясь в плазменном состоянии и стремясь к энергетическому равновесию, они вступают во взаимосвязь. Вследствие того что максимальную электроотрицательность в данной плазменной системе имеет кислород, то к его электронному облаку смещаются атомы водорода, и так как относительная разность значений электроотрицательностей между ними максимальна, то образуется вода как энергетически устойчивое вещество. Второй энергетической ступенью рассматриваемого взаимодействия с образованием устойчивых веществ, учитывая плазменный характер взаимодействия, является образование в качестве побочных продуктов углеводородов предельных и непредельных, для чего соединение метана и диоксида углерода осуществляют при избытке объемного (молярного) содержания метана, а получение в качестве побочного продукта углерода осуществляют при равенстве их объемов или при избытке объемного содержания диоксида углерода. Реакции, имеющие место при осуществлении заявленного способа, могут быть представлены следующими уравнениями: 1) реакции, проходящие при условии (V - объем газа): 2) выход продуктов - вода и предельные (парафиновые) углеводороды: где n - количественный показатель, равный 0, 1, 2, 3; выход продуктов - вода и непредельные (нафтиновые) углеводороды; 3) реакции, проходящие при условии
где n - количественный показатель, равный 1, 2, 3;
выход продуктов - вода и углерод.

На чертеже приведена схема устройства, которое может быть использовано при осуществлении предлагаемого способа.

Устройство содержит плазмотрон 1, реактор плазмохимический 2, камеру закалочную 3, выход которой соединен с резервуаром утилизирующим 4, холодильник 5, подключенный к камере абсорбционной 6, накопители 7, 8, в которые поступают продукты синтеза, дроссель регулирующий 9, редуктор баллонный 10, баллоны 11, 12 с исходными газообразными веществами, редуктор баллонный 13, дроссель регулирующий 14, камеру смешивания 15, компрессоры 16, 17, резервуар газовый 18 и манометр 19, при этом выход резервуара утилизирующего 4 дополнительно соединен с камерой закалочной 3, а один из выходов камеры абсорбционной 6 через резервуар газовый 18 и компрессор 17 присоединен к камере смешивания 15.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Из баллонов 11, 12 исходные газообразные реагенты - диоксид углерода (CO2) и метан (CH4) пропускают через регулирующую аппаратуру-редукторы 10, 13 и дроссели 9, 14 и подают в камеру смешивания 15, в которой образуется смесь указанных газообразных компонентов. Затем с помощью компрессора 16 полученную газообразную смесь подают в плазмотрон 1 струйного плазмохимического реактора 2 под давлением 105 - 106 Па, при этом ведут контроль рабочего давления с помощью манометра 19. В плазмотроне 1 смесь ионизируется, т.е. обретает плазменное состояние и поступает в реакционный объем плазмохимического реактора 2, где с помощью камеры закалочной 3 происходит химическое взаимодействие диоксида углерода и метана. Происходящие при этом реакции могут быть представлены следующими уравнениями:
1) при избытке метана и n = 0 реагирование компонентов происходит в соответствии с уравнением (1), т.е.


выход продуктов - вода и насыщенные углеводороды;
2) при избытке метана и n = 1 реагирование компонентов происходит в соответствии с уравнением (2), т.е.


выход продуктов - вода и ненасыщенные углеводороды;
3) при равных объемах метана и диоксида углерода или при избытке объемного содержания диоксида углерода реагирование компонентов происходит в соответствии с уравнением (3), например, при равных объемах:

выход продуктов - вода и углерод.

Дозирование реагентов CH4 и CO2, при котором устанавливается избыток метана или диоксида углерода в процессе синтеза, обеспечивают при помощи дросселей с регуляторами давления 9,14. Из камеры закалочной 3 полученную продуктивную смесь подают в резервуар утилизирующий 4, где ее охлаждают до температуры 200-300oC, и затем основную часть продуктивной смеси подают в холодильник 5, а остаток - возвращают в камеру закалочную 3 для поддержания закалочных процессов на уровне, обеспечивающем наиболее благоприятные условия синтеза. После охлаждения из холодильника 5 продуктивную смесь направляют в камеру абсорбционную 6, где происходит фазовое разделение продуктов синтеза. Воду и углеводороды предельные и непредельные подают в накопители 7, 8, а углерод, накапливающийся в абсорбционной камере 6 периодически извлекают из нее. Непрореагировавшую часть газовой смеси метана и диоксида углерода направляют в резервуар газовый 18, из которого с помощью компрессора 17 ее возвращают в камеру смешивания 15 на повторной замкнутый плазмохимический цикл.

С использованием опытного образца рассмотренного устройства были проведены эксперименты по синтезу воды из газообразных метана и диоксида углерода в соответствии с заявленным способом. Результаты опытов представлены в таблице.

Предложенный способ получения воды посредством синтеза газообразных веществ, в качестве которых используют метан и диоксид углерода, обеспечивает снижение стоимости вследствие доступности и дешевизны исходных компонентов и высокой производительности операций способа. Использование предложенного высокоэффективного способа обеспечивает возможность синтезирования воды в промышленных условиях, что особенно важно для районов с ограниченными водными ресурсами. Кроме того, предложенный способ позволяет получать углеводороды предельные и непредельные и углерод с минимальными энергетическими затратами, поскольку они производятся в качестве побочных продуктов в процессе получения воды.


Формула изобретения

1. Способ получения воды путем смешивания газообразных веществ, содержащих водород и кислород, и последующего синтеза воды из компонентов смеси, отличающийся тем, что проводят синтез при плазменном состоянии газообразных веществ, при этом в качестве компонентов смеси используют метан и диоксид углерода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивают метан и диоксид углерода при избыточном объемном содержании метана.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивают метан и диоксид углерода при равенстве их объемов или при избыточном объемном содержании диоксида углерода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству, а именно к мостостроению, и может быть использовано при эксплуатации мостов

Изобретение относится к разделению изотопных разновидностей обычной воды

Изобретение относится к очистке газов от кислых компонентов, в частности к очистке геотермального пара от H<SB POS="POST">2</SB>S и CO<SB POS="POST">2</SB>

Изобретение относится к области технологии выделения водорода и его изотопов из газообразных отходов непрерывно работающих установок, например, установок низкотемпературного термоядерного синтеза, или электролизеров, и может быть использовано для регенерации газообразных смесей, загрязненных водородом и, в отдельных случаях, кислородом, присутствующим в концентрациях, при которых возможно образование как с кислородом смеси, так и с атмосферным кислородом взрывоопасных смесей

Изобретение относится к области технологии выделения водорода и его изотопов из газообразных отходов непрерывно работающих установок, например, установок низкотемпературного термоядерного синтеза, или электролизеров, и может быть использовано для регенерации газообразных смесей, загрязненных водородом и, в отдельных случаях, кислородом, присутствующим в концентрациях, при которых возможно образование как с кислородом смеси, так и с атмосферным кислородом взрывоопасных смесей

Изобретение относится к технологии комплексной переработки углеводородных топливных газов, например метана и других природных газов, с получением синтезированных веществ

Изобретение относится к синтезу химических соединений, позволяющих получать энергию за счет экологически чистых процессов, и может быть использовано в качестве составной части автономного источника энергии для всех видов наземного, водного, воздушного и космического транспорта, в процессах генерирования электромагнитной энергии в энергетике, электротехнике, а также в биосистемах растительного и животного происхождения

Изобретение относится к каталитическому элементу для рекомбинации водорода и/или монооксида углерода кислородом для атомных электростанций

Изобретение относится к энергетической, химической, нефтехимической, нефтедобывающей, автомобильной, пищевой промышленности, медицине, сельскому хозяйству и, в частности, может быть использовано:- при создании генераторов водорода;- при создании энергоустановок для обогрева зданий, промышленных объектов;- в химии при производстве различных органических и неорганических соединений;- в экологии для нейтрализации вредных примесей в сточных водах;- в автомобильной промышленности для производства водородных генераторов, заменяющих углеводородное топливо;- в нефте- и газодобывающей промышленности для регенерации отработанных скважин с целью увеличения дебита нефти и газа;- в фармацевтической промышленности при производстве лекарств;- в медицине для создания широкого спектра лечебных приборов;- в медицине для создания новых методик ускоренного лечения больных;- в пищевой промышленности при производстве активированной воды и самых разнообразных напитков;- в пищевой промышленности при производстве пива, вина, водки и других алкогольных напитков;- в сельском хозяйстве при выращивании практически всех продуктов земледелия
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на различных видах транспорта и в отопительных системах жилых помещений и обогрева человека в экстремальных условиях

Изобретение относится к реактору для взаимодействия газообразного водорода и кислорода и к способу осуществления реакции газообразных водорода и кислорода и может быть использовано в процессах для производства дейтерированной воды и при удалении трития из воды
Наверх