Получение метана из углекислого газа - процесс, требующий лабораторных условий. Так, в 2009 году, в Университете Пенсильвании (США) было произведено получение метана из воды и углекислого газа с помощью нанотрубок, состоящих из TiO 2 (диоксида титана) и содержащих примесь азота. Для получения метана исследователи произвели размещение воды (в парообразном состоянии) и углекислого газа внутри металлических контейнеров, закрытых крышкой с нанотрубками с внутренней стороны.
Процесс получения метана таков - под действием света Солнца внутри трубок возникали частицы, переносящие электрический заряд. Такие частицы разделяли молекулы воды на ионы водорода (Н, которые потом соединяются в молекулы водорода Н 2) и гидроксильные радикалы (частицы -ОН). Далее в процессе получения метана происходило расщепление углекислого газа на угарный газ (СО) и кислород (О 2). В конце угарный газ реагирует с водородом, результатом чего является получение воды и метана.
Обратная реакция - получение углекислого газа происходит в результате парового деформирования метана - при температуре в 700-1100оС и давлении 0,3-2,5Мпа.
, взрывоопасные газы , парниковый эффект
Часто этот взрывоопасный газ называют «болотным». Всем известен его специфический запах, но на самом деле это — специальные добавки «с запахом газа», которые добавляются для того, чтобы его распознать. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов. Помимо всего прочего, этот газ довольно активно участвует в образовании всем известного парникового эффекта.
Газ, обычно связанный с живыми организмами. Когда в атмосферах Марса и Титана обнаружился метан, у ученых появилась надежда на то, что на этих планетах существует жизнь. На Красной планете метана немного, а вот Титан буквально «залит» им. И уж если не для Титана, то для Марса биологические источники метана столь же вероятны, как и геологические. Метана много на планетах-гигантах - Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, где он возник как продукт химической переработки вещества протосолнечной туманности. На Земле он редок: его содержание в атмосфере нашей планеты - всего 1750 частей на миллиард по объему (ppbv).
Источники и получение метана
Метан - простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула - CH 4 . Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77-99%), попутных нефтяных (31-90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана - болотный или рудничный газ).
На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений. Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.
Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10-57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24-34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.
В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.
Свойства метана
горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м 3 . С воздухом образует взрывоопасные смеси . Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650-750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне. Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O 2).Взрывное горение распространяется со скоростью 500-700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м 2 . После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.
При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до муравьиной кислоты.
Метан образует соединения включения - газовые гидраты, широко распространенные в природе.
Применение метана
Метан - наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности . Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.
При неполном сгорании метана получают сажу , при каталитическом окислении - формальдегид , при взаимодействии с серой - сероуглерод .
Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана- важные промышленные методы получения ацетилена .
Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т. н. синтез-газа): CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 , применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др. Важное производное метана - нитрометан .
Автомобильное топливо
Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей. Однако плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20-25 МПа (200-250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.
Метан и парниковый эффект
Метан является парниковым газом . Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана росло очень быстро на протяжении последних двух столетий.
Сейчас среднее содержание метана CH 4 в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million , частей на миллион). И, хотя это в 200 раз меньше, чем содержание в ней углекислого газа (CO 2), в расчете на одну молекулу газа парниковый эффект от метана - то есть его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей - существенно выше, чем от СО 2 . Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. Без парниковых газов - СO 2 , паров воды, метана и некоторых других примесей средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C , а сейчас она около +15°C.
Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана - высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.
Метан на Земле
Недалеко от Санта-Барбары со дна океана в больших объемах в виде пузырьков выделяется метан – активный парниковый газ
Особенно опасен метан при проведении горных работ
Метан вместо бензина? Легко
Когда в атмосфере Марса был обнаружен метан, у ученых появилась надежда найти на планете следы жизни
Химики разработали фотокатализатор на основе оксида меди и оксида цинка, который позволяет превращать углекислый газ в метан при воздействии солнечного света, причем использование такого катализатора позволило полностью избежать образования побочных продуктов. Исследование опубликовано в Nature Communications .
Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере называют одной из возможных причин глобального потепления. Для того, чтобы хоть как-то снизить уровень углекислого газа, ученые предлагают использовать его в качестве химического источника при конверсии в другие углеродсодержащие вещества. Например, недавно был восстановления атмосферного углекислого газа до метанола. Многократно предпринимались попытки разработки эффективных способов конверсии углекислого газа в углеводородное топливо. Обычно для этого используются катализаторы на основе оксида титана (IV), однако их использование приводит к получению большого количества побочных продуктов - в частности, водорода.
В своей новой работе химики из Кореи предложили новую конфигурацию фотокатализатора, состоящего из оксида цинка и оксида меди (I), который позволяет с высокой эффективностью восстанавливать атмосферный углекислый газ до метана. Для получения катализатора химики использовали двухстадийный синтез из ацетилацетонатов меди и цинка. В результате удалось добиться получения сферических наночастиц оксида цинка, покрытых небольшими кубическими нанокристаллами оксида меди (I).
Схема синтеза наночастиц катализатора
K.-L. Bae et al./ Nature Communications, 2017
Оказалось, такие наночастицы являются фотокатализаторами для конверсии углекислого газа в метан. Реакция проходит при комнатной температуре при облучении светом в видимой и ультрафиолетовой областях в водной среде. То есть в ней участвует углекислый газ, предварительно растворенный в воде. Активность катализатора составила 1080 микромоль в час на 1 грамм катализатора. Концентрация метана в образовавшейся смеси газов превысила 99 процентов. Причиной такой высокой эффективности катализатора авторы работы называют соотношение энергий запрещенных зон в оксидах меди и цинка, которое приводит к более эффективному переносу заряда между компонентами.
Изменение концентрации веществ при конверсии углекислого газа в метан с использованием предложенного катализатора
K.-L. Bae et al./ Nature Communications, 2017
Кроме того, ученые сравнили свойства предложенного катализатора с наиболее эффективным катализатором, который использовался для конверсии углекислого газа до этого. Оказалось, что катализатор такой же массы за то же время позволяет получить примерно в 15 раз меньше метана, чем новый. Кроме того, содержание водорода в образованной смеси примерно в 4 раза больше содержания метана.
По словам ученых, предложенный ими катализатор не только может быть использован для эффективной конверсии углекислого газа в метан, но и является источником информации о механизмах протекания подобных реакций при участии фотокатализаторов.
Для уменьшения количества углекислого газа в атмосфере используются и другие методы. Например, недавно на одной из электростанций в Исландии модуль, который улавливает атмосферный углекислый газ.
Александр Дубов
Использование: получение углеводородов. Сущность: 10-80% водный раствор гетерополикислоты 2-18 ряда H 6 нагревают до температуры 70-140 o С, далее в раствор погружают свинцовую или медную пластину и выжидают 3-15 мин до начала процесса восстановления анионного комплекса 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 метана или одного из насыщенных углеводородов. Технический результат: получение метана из углекислого газа в промышленных объемах.
Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).
Формула изобретения
Способ получения метана и его производных, основным сырьем для которого является углекислый газ, отличающийся тем, что 10-80%-ный водный раствор гетерополикислоты 2-18 ряда H 6 нагревают до температуры 70-140С, далее в раствор погружают свинцовую или медную пластину и выжидают 3-15 мин до начала процесса восстановления анионного комплекса 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.
Похожие патенты:
Изобретение относится к нефтехимии, в частности к способам очистки нефти, газоконденсата и нефтепродуктов, а также водонефтяных эмульсий от сероводорода и/или низкомолекулярных меркаптанов, и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности
Изобретение относится к комплексной переработке пироконденсата высокотемпературного гомогенного пиролиза предельных углеводородов состава С3-С5
Изобретение относится к способам получения жидких углеводородных продуктов из газов, в частности из диоксида углерода, и может найти применение в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности
Изобретение относится к способу получения метана из атмосферного диоксида углерода. Способ характеризуется тем, что используют механическую смесь термически регенерируемого сорбента - поглотителя диоксида углерода, который представляет собой карбонат калия, закрепленный в порах диоксида титана, и имеет состав: мас%: K2CO3 - 1-40, TiO2 - остальное до 100, и фотокатализатора для процесса метанирования или восстановления выделяемого в процессе регенерации диоксида углерода состава: мас.%: Pt≈0,1-5 мас.%, CdS≈5-20 мас.%, TiO2 - остальное до 100, содержание фотокатализатора в смеси составляет 10-50 мас.%. Данный способ представляет собой энергоэффективный способ получения метана из диоксида углерода воздуха, использует альтернативную возобновляемую энергию для синтеза топлив. 4 з.п. ф-лы, 4 пр., 1 ил.
Изобретение относится к способу получения углеводородных продуктов, включающему стадии: (a) обеспечение синтез-газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода; (b) реакция превращения синтез-газа в оксигенатную смесь, содержащую метанол и диметиловый эфир, в присутствии одного или более катализаторов, которые совместно катализируют реакцию превращения водорода и монооксида углерода в оксигенаты, при давлении, по меньшей мере, 4 МПа; (c) извлечение со стадии (b) оксигенатной смеси, содержащей количества метанола, диметилового эфира, диоксида углерода и воды вместе с непрореагировавшим синтез-газом, и введение всего количества оксигенатной смеси без дополнительной обработки в стадию каталитического превращения оксигенатов (d); (d) реакция оксигенатной смеси в присутствии катализатора, который является активным в превращении оксигенатов в высшие углеводороды; (e) извлечение выходящего потока со стадии (d) и разделение выходящего потока на хвостовой газ, содержащий диоксид углерода, возникающий из синтез-газа, и доксид углерода, образованный на стадии (b), жидкую углеводородную фазу, содержащую полученные на стадии (d) высшие углеводороды, и жидкую водную фазу, где давление, применяемое на стадиях (c)-(e), является по существу таким же, как применяемое на стадии (b), причем часть хвостового газа, полученного на стадии (e), рециркулируют на стадию (d), а остальную часть хвостового газа отводят. Настоящий способ является способом в котором отсутствует рециркуляция непрореагировавшего синтез-газа на стадию синтеза оксигенатов и без охлаждения реакции превращения диметилового эфира в высшие углеводороды. 1 н.п., 5 з.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл., 2 ил.
Настоящее изобретение предлагает способ производства этиленоксида, включающий: a. крекинг включающего этан исходного материала в зоне крекинга в условиях крекинга для получения олефинов, включая, по меньшей мере, этилен и водород; b. конверсию исходного оксигената в зоне конверсии оксигенатов в олефины (ОТО) для получения олефинов, включая, по меньшей мере, этилен; c. направление, по меньшей мере, части этилена, полученного на стадии (a) и/или (b), в зону окисления этилена вместе с исходным материалом, содержащим кислород, и окисление этилена для получения, по меньшей мере, этиленоксида и диоксида углерода; и в котором, по меньшей мере, часть исходного оксигената получают, направляя диоксид углерода, полученный на стадии (c), и исходный материал, содержащий водород, в зону синтеза оксигенатов и синтезируя оксигенаты, где исходный материал, содержащий водород, включает водород, полученный на стадии (a). В другом аспекте настоящее изобретение предлагает интегрированную систему для производства этиленоксида. Технический результат - разработка процесса получения этиленоксида и необязательно моноэтиленоксида путем интегрирования процессов крекинга этана и ОТО, позволяющего сократить выбросы диоксида углерода и количество синтез-газа, требуемого для синтеза оксигенатов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл., 1 пр.
Изобретение относится к способу преобразования диоксида углерода в отходящем газе в природный газ с использованием избыточной энергии. Причем способ включает стадии, в которых: 1) выполняют трансформацию напряжения и выпрямление избыточной энергии, которая выработана из возобновляемого источника энергии, и которую затруднительно хранить или подключить к энергетическим сетям, направляют избыточную энергию в раствор электролита для электролиза воды в нем на Н2 и O2, и удаляют воду из Н2; 2) проводят очистку промышленного отходящего газа для отделения из него CO2, и очищают выделенный из него CO2; 3) подают Н2, генерированный на стадии 1), и CO2, отделенный на стадии 2), в оборудование для синтеза, включающее по меньшей мере два реактора со стационарным слоем, чтобы высокотемпературную газовую смесь с основными компонентами СН4 и водяным паром получить в результате высокоэкзотермической реакции метанирования между Н2 и CO2, причем первичный реактор со стационарным слоем сохраняют при температуре на входе 250-300°С, давлении реакции 3-4 МПа, и температуре на выходе 600-700°С; вторичный реактор со стационарным слоем сохраняют при температуре на входе 250-300°С, давлении реакции 3-4 МПа, и температуре на выходе 350-500°С; причем часть высокотемпературной газовой смеси из первичного реактора со стационарным слоем перепускают для охлаждения, удаления воды, сжатия и нагревания, и затем смешивают со свежими Н2 и CO2, чтобы транспортировать газовую смесь обратно в первичный реактор со стационарным слоем после того, как объемное содержания CO2 в ней составляет 6-8%; 4) используют высокотемпературную газовую смесь, генерированную на стадии 3), для проведения косвенного теплообмена с технологической водой для получения перегретого водяного пара; 5) подают перегретый водяной пар, полученный на стадии 4), в турбину для выработки электрической энергии, и возвращают электрическую энергию на стадию 1) для трансформации напряжения и выпрямления тока, и для электролиза воды; и 6) конденсируют и высушивают газовую смесь на стадии 4), охлажденную в результате теплообмена, до тех пор пока не будет получен природный газ с содержанием СН4 вплоть до стандартного. Также изобретение относится к устройству. Использование настоящего изобретения позволяет увеличить выход метанового газа. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 ил.
Изобретение относится к способу получения метанола из богатого диоксидом углерода потока в качестве первого сырьевого потока и богатого углеводородами потока в качестве второго сырьевого потока, а также к установке для его осуществления. Способ включает следующие стадии: подачу первого богатого диоксидом углерода сырьевого потока по меньшей мере к одной стадии метанизации и превращение первого сырьевого потока с водородом в условиях метанизации в богатый метаном поток, подачу богатого метаном потока по меньшей мере к одной стадии получения синтез-газа и превращение его вместе со вторым богатым углеводородами сырьевым потоком в поток синтез-газа, содержащий оксиды углерода и водород, в условиях получения синтез-газа, подачу потока синтез-газа к стадии синтеза метанола, встроенной в цикл синтеза, и превращение его в поток содержащего метанол продукта в условиях синтеза метанола, отделение метанола от потока содержащего метанол продукта и, факультативно, очистку метанола до потока конечного продукта метанола и выделение продувочного потока, содержащего оксиды углерода и водород, из установки синтеза метанола. Предлагаемое изобретение позволяет утилизировать парниковый газ диоксид углерода с получением метанола при использовании простой технологии. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Способ получения метана и его производных, получение метана, получение в промышленности метана, получение метана из углекислого газа, методы получения метана
