RADIN SERGEY ALEKSEEVICH (RU)
RU2582125C1 | 2016-04-20 | |||
RU2181747C1 | 2002-04-27 | |||
RU2218320C1 | 2003-12-10 |
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. |
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 W» 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 2б + 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.
Next Patent: DEVICE FOR BREWING A BEVERAGE, PREFERABLY TEA