Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING LIQUID ORGANIC FUELS FROM CARBON DIOXIDE, CARBON MONOXIDE AND WATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/016982
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention discloses a method for producing liquid organic fuels from carbon dioxide, carbon monoxide and water, which involves the use of a 2:18 heteropoly acid having the chemical formula H6[P2W18O62], where the oxidation state of tungsten is +6, said heteropoly acid being irradiated in the presence of iron and zinc plates at a temperature of from minus 5 to plus 50°С by electromagnetic radiation having a wavelength in the range of from 3·105 to 10-2 nm and shorter in order to change the oxidation state of tungsten from +6 to +3 or +2, whereupon an aqueous solution of both heteropoly acids is supplied directly for the synthesis of an organic liquid fuel, where a liquid organic fuel is formed in the presence of chrome and nickel filings at a temperature of from +10 to +70°С with the simultaneous oxidation of anion complexes of the heteropoly acids to an oxidized state, during which an aqueous solution of heteropoly acid is formed having the chemical formula Н6[P2W18O62], whereupon the resulting mixture is supplied to a decantation vessel, where liquid fuel is separated from the aqueous heteropoly acid solution, which can be reused for synthesis. The technical result consists in producing liquid organic fuels from carbon dioxide, carbon monoxide and water at lower temperatures using different external sources of energy in the form of electromagnetic radiation.

Inventors:
TEREHOV ANATOLY KONSTANTINOVICH (RU)
RADIN SERGEY ALEKSEEVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2016/000462
Publication Date:
January 25, 2018
Filing Date:
July 20, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OTKRYTOE AKCIONERNOE OBSHCHESTVO INFOTEK GRUP (RU)
International Classes:
C10G2/00; C10L1/00
Foreign References:
RU2582125C12016-04-20
RU2181747C12002-04-27
RU2218320C12003-12-10
Attorney, Agent or Firm:
KUPTSOVA, Elena Vyacheslavovna (RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

Способ получения жидких органических топлив из углекислого газа, окиси углерода и воды, включающий использование гетерополикислоты 2-18 ряда, имеющей химическую формулу H6[P2W18062]> где степень окисления вольфрама составляет +6, а также свойства гетерополианиона этой кислоты [P2W18O62]6" с возможными обратимыми изменениями заряда за счет обратимого изменения степени окисления вольфрама, отличающийся тем, что сначала водный раствор гетерополикислоты, имеющей химическую формулу

облучают в присутствии железных и цинковых пластин при температуре минус 5 - плюс 50°С электромагнитным излучением в диапазоне длин волн от 3-10 5 до 10"2 нм и короче с целью изменения степени окисления вольфрама от +6 до +3 и +2, что приводит к изменению заряда всего анионного комплекса, где в ходе реакции над цинковыми пластинами образуются гетерополикислота, имеющая химическую формулу а в ходе реакции над железными пластинами образуется гетерополикислота, имеющая химическую формулу H78.P2W18O62], после чего водный раствор обеих гетерополикислот поступает непосредственно на синтез органического жидкого топлива, где в качестве исходных реагентов могут быть использованы окись углерода и углекислый газ в газообразном виде или их смесь в любом соотношении, а также вода в качестве реагента, где в присутствии хромовых и никелевых стружек при температуре от +10 до +70°С происходит образование жидкого органического топлива с одновременным окислением анионных комплексов гетерополикислот до окисленного состояния, в ходе чего образуется водный раствор гетерополикислоты, имеющей химическую формулу He^WieC^], после чего полученная смесь поступает в емкость для декантации, где происходит разделение жидкого топлива и водного раствора гетерополикислоты, которая опять может быть использована для синтеза.

Description:
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ТОПЛИВ ИЗ УГЛЕКИСЛОГО

ГАЗА, ОКИСИ УГЛЕРОДА И ВОДЫ

Изобретение относится к способам получения жидких органических топлив из воды, углекислого газа и окиси углерода, содержащихся в атмосфере воздуха, в промышленных выбросах дымовых газов и в выхлопах двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано для получения жидких органических топлив, что может найти свое применение во многих отраслях промышленности, сельского хозяйства, энергетики, транспорта и в других областях.

Известен способ получения метана и его производных [1]. Суть данного способа заключается в получении метана и его производных из углекислого газа при атмосферном давлении 700-800 мм рт.ст. при температуре 70-140°С в промышленных объемах за счет использования 10-80% водного раствора гетерополикислоты (ГПК) 2-18 ряда, имеющей химическую формулу Н 6 [Р 2W18O62] и нагретой до температуры 70-140°С, в которую погружают свинцовую или медную пластину и выжидают 3-15 мин до начала процесса восстановления анионного комплекса [P2W18O62] 6" , после чего через данный раствор при давлении 700-800 мм рт.ст. пропускают газовую смесь с концентрацией углекислого газа не более 60 об. % и концентрацией кислорода не менее 5 об. % до получения одного из насыщенных углеводородов.

Гетерополисоединения как класс неорганических соединений обладают такими свойствами, как способность к многоэлектронным переходам в процессе окислительно-восстановительных реакций. Кроме того, анионный комплекс гетерополикислоты 2-18 ряда [P2W 18 O62_ 6" способен накапливать в себе заряды высокой плотности, делая тем самым вещество сильно реакционноспособным.

В обычном состоянии гетерополикомплекс [P2W18O62] 6" , где степень окисления вольфрама +6, достаточно устойчив, но в присутствии некоторых металлов степень окисления вольфрама может изменяться до +5 и даже до +4. Но даже такое незначительное изменение степени окисления элемента приводит к резкому изменению за яда всего комплекса:

окисленная форма восстановленная форма 2016/000462

2

H 6 [P 2 W 18 0 62 ]+9H 2 0 - H 24 [P 2 W 18 0 62 ]+4,50 2

реакция происходит при нормальных условиях.

Но такая форма ГПК неустойчива, и при отсутствии металла ГПК под действием кислорода воздуха будет опять стремиться принять окисленную форму:

H 24 [P 2 W 18 0 62 ]+4,50 2 ->Н 6 [P 2 W I8 0 62 ]+9H 2 0

Исходя из вышеперечисленного, метан и его производные получают следующим образом: 10-80% водный раствор гетерополикислоты 2-18 ряда Н 6 [Рг Wi 8 0 6 2] нагревают до температуры 70-140°С, далее в раствор погружают свинцовую или медную пластину и выжидают 3-15 минут до начала процесса восстановления анионного комплекса [P2W18O62] 6" , после чего через раствор при давлении 700-800 мм рт.ст. пропускают газовую смесь с концентрацией углекислого газа не более 60 об. % и концентрацией кислорода не менее 5 об. % до получения одного из насыщенных углеводородов.

Недостатком данного способа является то, что реакция происходит при повышенной температуре и требует больших затрат внешней энергии для проведения данного синтеза. Также в данном изобретении показан только метод получения метана и его производных, что значительно сужает область применения данного изобретения.

Техническая задача заключается в получении жидких органических топлив из углекислого газа, окиси углерода и воды при более низких температурах, чем в предлагаемом аналоге, и с использованием различных внешних источников энергии в виде электромагнитного излучения.

Сущность заявленного технического решения согласно настоящему изобретению заключается в том, что в качестве основного химического реагента была взята гетерополикислота 2-18 ряда, имеющая химическую формулу Н 6.P2W18O62], где используются свойства гетерополианиона изменять свой заряд от [Р 2 Wi 8 0 6 2. 6" до [P 2 W ΐ8θ 6 2] 60" и [P 2 Wi 8 0 6 2. 78" за счет возможности обратимого изменения степени окисления вольфрама от +6 до +3 и даже до +2.

Как было уже отмечено в изобретении, которое мы взяли за аналог, в обычном состоянии гетерополикомплекс, имеющий химическую формулу [P 2 Wi 8 0 62 ] 6" , имеет устойчивую степень окисления вольфрама +6, но в присутствии некоторых металлов степень окисления вольфрама изменяется, что приводит к изменению заряда всего комплекса

+6 +5

[P 2 W 18 O 62 ] 6 - ^ [P 2 W 18 O 62 ] 24 -

[P 2 W 18 0 62 ] 6 -^ [P 2 W 18 0 62 ] 42"

окисленная форма восстановленная форма

Но в присутствии железа и цинка и при воздействии электромагнитного излучения различной интенсивности в диапазоне длин волн от 3-10 5 до 10 "2 нм и короче степень окисления вольфрама может меняться от +6 до +2, что приводит к изменению заряда всего комплекса

+6 +з

[P 2 W 18 0 62 ]^ [P 2 W 18 0 62 ] 60 -

+6 +2

[P 2 W 18 O 62 ] 6 -^[P 2 W 18 O 62 ] 78 - окисленная форма восстановленная форма

Но такие формы анионного комплекса ГПК неустойчивы и в присутствии кислорода воздуха они моментально будут стремиться принять окисленную форму. Исходя из вышеизложенного, получение жидких органических топлив производят в две стадии.

Первая стадия заключается в облучении водного раствора гетерополикислоты, имеющей химическую формулу H 6 [P 2 Wi80 62 _, в присутствии железных и цинковых пластин при температурах от минус 5 до плюс 50°С электромагнитным излучением в диапазоне длин волн от 3-10 5 до 10 "2 нм и короче с целью изменения степени окисления вольфрама от +6 до +3 и +2, что приводит к изменению заряда всего анионного комплекса.

Химические реакции можно записать следующим образом.

Реакция, идущая в присутствии цинка:

H 6 [P 2 W I0 O 62 ] + 27Н 2 0— Нбо [P 2 W !8 0 6 2] + 13,50 2 (1) Реакция, идущая в присутствии железа:

Н б [P 2 W lg 0 62 ] + 36Н 2 0— Нп PWgOwJ + 180а (2) Вторая стадия заключается во взаимодействии восстановленных форм гетерополикислот с газообразным углекислым газом и газообразной окисью углерода, а также с водой в ее жидком агрегатном состоянии в присутствии хромовых и никелевых стружек в синтетической колонне 1 (см. чертеж).

В ходе реакции, которая проходит в температурном диапазоне от +10 до

+70°С, образуются жидкие органические фракции, которые по своим свойствам приближаются к дизельному топливу. Исходя из физико-химических свойств полученных органических фракций, была определена примерная химическая формула органического продукта синтеза в виде брутто-формулы Ci 3 H 2 6- Данные свойства получаемых углеводородов были подтверждены протоколами исследований получившегося продукта. В приложении представлены копии протоколов.

Химическими реакциями синтез можно представить следующим образом. Реакция, идущая в присутствии хромовых стружек:

И», [P 2 8 0«] + 14СО + О2— С 13 Н 26 + Н« [P 2 Wn0 62 ] + 14Н 2 0 + 2 Реакция, идущая в присутствии никелевых стружек:

Н 78 [Рз W, *( + 13С0 2 ~> С,зН + Н б [P 2 W ie 0 62 J + 1.SO, + 23Н 2 0

На схеме (см. чертеж) изображено принципиальное устройство получения дизельного топлива из окиси углерода, углекислого газа и воды.

На первой стадии происходит восстановление анионного комплекса гетерополикислоты, описанное уравнениями реакций (1) и (2) при воздействии электромагнитного излучения над железными и цинковыми пластинами в устройстве 3. После чего водные растворы смесей гетерополикислот, имеющих

химические формулы

принудительно с помощью насоса 4 поступают в синтетическую колонну 1. В эту же колонну дополнительно закачивается вода как реагент, участвующий в химическом синтезе. Также в колонну синтеза подают газообразную окись углерода, или газообразный углекислый газ, или их смесь в любом соотношении. В колонне синтеза в присутствии хромовых и никелевых стружек происходит синтез жидкого топлива и окисление анионных комплексов гетерополикислот до своего стабильного состояния. Сам процесс описан уравнениями реакций (3) и (4), где степень окисления вольфрама становится равной +6.

Из колонны синтеза водный раствор гетерополикислоты, имеющий

+6

н 60 ^2 ^ 18 ( - } 62

химическую формулу -I , и образовавшееся в ходе синтеза жидкое органическое топливо поступают в емкость для декантации 2, где происходит разделение жидкого органического топлива и водного раствора гетерополикислоты, которая опять поступает в устройство для облучения 3, где

+з +2

н 60 ^2 ^ ' 18 ^ 62 Н 78

снова восстанавливается до

Пример. Приготовили 50% водный раствор гетерополикислоты 2-18 ряда,

имеющей химическую формулу Далее данный раствор попустили через устройство 3, где в присутствии железных и цинковых пластин было произведено его облучение ультрафиолетовым излучением в диапазоне длин волн 230-290 нм с плотностью энергии 500 Вт/м 2 . После чего в ходе химических реакций, описанных уравнениями реакций (1) и (2), водный раствор образовавшихся гетерополикислот, имеющих химические формулы принудительно с помощью насоса 4 подали в синтетическую колонну 1. Одновременно туда же дополнительно подали воду и воздушную смесь, в которой содержался углекислый газ и окись углерода. Полученную смесь и избыток воды пропустили через синтетическую колонну. Общее количество окиси углерода, которое прошло через колонну, составило 10 л, а углекислого газа составило 20 л. В синтетической колонне при температуре +25°С были осуществлены процессы, описанные уравнениями реакций (3) и (4), где в ходе синтеза было получено жидкое топливо и произведено окисление гетерополианионов до стабильного сост Смесь, состоящая из

гетеропол и кислоты и полученного жидкого топлива, была направлена в емкость для декантации 2, где она была разделена на жидкое органическое топливо и водный раствор гетерополикислоты. В ходе синтеза было получено 18,3 г смеси жидких органических фракций, которые при дальнейшем анализе были определены по физико-химическим свойствам как дизельное топливо с примерной химической брутто-формулой С^Нгв- Протоколы анализа топлива представлены в приложении.

Оставшийся водный раствор гетерополикислоты может быть опять направлен в устройство для облучения 3 для получение анионных комплексов

восстановленной формы

Источники информации

1. Патент РФ Ns 2218320, С07С 1/12, C10G 2/00.