Спосіб утилізації двоокису вуглецю

1. Спосіб утилізації двоокису вуглецю, при якому підготовляють органічне паливо, проводять спалювання зазначеного органічного палива, вводять в процес спалювання органічного палива кисневмісні компоненти, що забезпечують в процесі спалювання органічного палива поглинання вуглекислого газу, а поглинання вуглекислого газу 3 чому охолодження вуглекислого газу здійснюють не менше, ніж у три етапи зі зменшенням температури на кожному з етапів не менше, ніж на 1020% [3]. До недоліків відомого способу відноситься те, що не забезпечується якісне очищення продуктів згоряння органічного палива. До недоліків відноситься й те, що при здійсненні процесу стискання необхідно витрачати багато енергії. До недоліків відноситься також й те, що необхідно зберігати вуглекислий газ, що знаходиться під великим тиском у ємностях (стінки яких знаходяться під постійним навантаженням - можливий розрив стінок і потрапляння вуглекислого газу в атмосферу). Відомий спосіб утилізації вуглекислого газу, при якому витягають діоксид вуглецю з димових газів шляхом газорозподілу за допомогою іонообмінних мембран, доводять концентрацію вуглекислоти до 98-99%, далі змішують вуглекислий газ із парами води й піддають електрохімічному розкладанню шляхом електролізу, при цьому в результаті реакції електролізу, що проходить при температурі не менше 1100-1150 °C, на аноді виділяють надчистий кисень, а на катоді - суміш окису вуглецю і водню [4]. До недоліків відомого способу відноситься те, що не забезпечується якісне очищення продуктів згоряння органічного палива. Відомий спосіб утилізації вуглекислого газу, при якому підготовляють органічне паливо, проводять спалювання зазначеного органічного палива в печі, вводять в процес спалювання органічного палива безперервно кисень, при цьому частину циркулюючої газової суміші безперервно відводять з печі, причому ту частину газової суміші, що відводять з печі, очищують від небажаних забруднень і використовують у наступному в якості побічного продукту [5]. До недоліків відомого способу відноситься те, що не забезпечується якісне очищення продуктів згоряння органічного палива. До недоліків відноситься й те, що в піч потрапляє велика кількість неконтрольованого повітря, що істотно збільшує забруднення суміші димових газів трудно відокремлюваним азотом. Найбільш близьким технічним рішенням, як по суті, так і за задачею, що вирішується, яке обрано за найближчий аналог (прототип), є спосіб утилізації двоокису вуглецю, при якому підготовляють органічне паливо, проводять спалювання зазначеного органічного палива, вводять в процес спалювання органічного палива кисневмісні компоненти, що забезпечують в процесі спалювання органічного палива поглинання вуглекислого газу, а поглинання вуглекислого газу СО2 - двоокису вуглецю, забезпечують хімічною взаємодією кисневмісних компонентів з органічним паливом, що спалюється [6]. До недоліків відомого способу утилізації двоокису вуглецю, який обрано за найближчий аналог (прототип) відноситься те, що при застосуванні технологічного процесу, покладеного в основу способу, що заявляється, не забезпечується якісне очищення продуктів згоряння органічного палива. До недоліків відноситься й те, що для утиліза 64219 4 ції однієї частини (маси) вуглекислого газу необхідно використовувати практично однакову масу кисневмісних компонентів (добавок), що додаються до процесу згоряння органічного палива. До недоліків відноситься також й те, що при здійсненні процесу поглинання вуглекислого газу (двоокису вуглецю) практично не виробляється кисень, неможливо забезпечити підвищення ККД процесу утилізації двоокису вуглецю при повному виключенні викидання СО2 в атмосферу та виробництві при цьому побічних продуктів для виготовлення біологічного палива. В основу корисної моделі покладено задачу шляхом застосування мікроводоростей у якості кисневмісних компонентів, які застосовуються для утилізації двоокису вуглецю при згорянні органічного палива, забезпечити підвищення ККД процесу утилізації двоокису вуглецю при повному виключенні викидання СО2 в атмосферу та виробництві при цьому побічних продуктів для виготовлення біологічного палива. Суть технічного рішення в способі утилізації двоокису вуглецю, при якому підготовляють органічне паливо, проводять спалювання зазначеного органічного палива, вводять в процес спалювання органічного палива кисневмісні компоненти, що забезпечують в процесі спалювання органічного палива поглинання вуглекислого газу, а поглинання вуглекислого газу СО2 - двоокису вуглецю, забезпечують хімічною взаємодією кисневмісних компонентів з органічним паливом, що спалюється, полягає в тому, що у якості кисневмісних компонентів використовують мікроводорості, що забезпечують перехід до складу своїх кліток всього вуглецю, який міститься у вуглекислому газі, який поглинається. Суть корисної моделі полягає і в тому, що забезпечують мікроводоростями поглинання діокису вуглецю з виробництвом при цьому кисню. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що забезпечують паралельно з виробництвом кисню утворення сухої біомаси з мікроводоростей. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що спосіб утилізації двоокису вуглецю, який заявляється, відрізняється тим, що у якості кисневмісних компонентів використовують мікроводорості, що забезпечують перехід до складу своїх кліток всього вуглецю, який міститься у вуглекислому газі, який поглинається, при цьому забезпечують мікроводоростями поглинання діокису вуглецю з виробництвом при цьому кисню, причому забезпечують паралельно з виробництвом кисню утворення сухої біомаси з мікроводоростей. Рішення технічної задачі дійсне можливе тому, що у якості кисневмісних компонентів використовують мікроводорості, що забезпечують перехід до складу своїх кліток всього вуглецю, який міститься у вуглекислому газі, який поглинається. Біохімічна сполука мікроводоростей становить постійний інтерес для дослідників, і він досить добре вивчений. Аналіз літературних даних показав, що максимальний зміст загальних ліпідів розраховуючи на суху масу в мікроводоростей, що ставляться до класу діатомових, а саме у вивчених видів, становить: Navicula - 35-44% і Navicula 5 closterium - 24-28%. Більш докладний розгляд фракційної сполуки цих двох мікроводоростей показав, що Navicula closterium містить 89,7% полярних ліпідів (фосфоліпіди, гліколіпиди, хлорофіли) і всього 0,3% триацилгліцеринів, у той же час Navicula містить 50,1% полярних ліпідів і 47,7% триацилгліцеринів. Було встановлено [7], що в діатомових (Bacillariophyceae) мікроводоростях серед насичених жирних кислот переважає міристинова кислота, і зміст її коливається від 20,0% до 32,7%. Моноенові жирні кислоти мікроводоростей у сумі можуть становити до 46%. Залежно від систематичного положення мікроводоростей домінуючими можуть бути різні жирні кислоти. Пальмітоолеінова кислота, зміст якої може досягати 44,8% суми жирних кислот, переважає в діатомових (Bacillariophyceae) мікроводоростях. Мікроводорості можна вирощувати у великих цистернах (біореакторах), які забезпечують всі потреби водоростей, що дозволяє максимізувати швидкість росту й виробництво масла. Мікроводорості є набагато більше ефективними конвертерами сонячної енергії, чим будь-які відомі наземні рослини, оскільки вони ростуть у суспензії, у якій вони мають необмежений доступ до води й більше ефективний доступ до 32 і розчиненим у воді живильним речовинам. Мікроводорості здатні виробляти більш ніж в 30 разів більше масла (у рік з одиниці площі землі), чим наземніолійні культури. Масло з мікроводоростей може служити сировиною для виробництва біодизельного палива, що є природним і альтернативним паливом, що заповнюється. Біодизельное паливо не містить нафти, не токсичне та таке, що біо розкладається на складові. Самою більшою перевагою застосування мікро водоростей є те, що 1 М/тонна біомаси водоростей поглинає 1,6 М/тонн діоксиду вуглецю, виробляючи при цьому 1,2 М/тонни кисню. Таким чином, спосіб утилізації двоокису вуглецю, який заявляється, відповідає критерію корисної моделі «новизна». Суть способу утилізації двоокису вуглецю, який заявляється, пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на фіг. 1 показано блок-схему поетапного виконання технологічних операцій, що складають суть способу утилізації двоокису вуглецю, який заявляється, на фіг. 2 показано технологічну схему утилізації двоокису вуглецю мікроводоростями. Суть способу утилізації двоокису вуглецю, який заявляється, здійснюється за допомогою поетапного виконання технологічних операцій, визначених на блок-схемі на фіг. 1. Попередньо підготовляють органічне паливо, наприклад, вугілля-антрацит, та мікроводорості (див. схему на фіг. 2). Далі здійснюють процес спалювання зазначеного органічного палива. В процесі спалювання органічного палива водять в процес спалювання зазначеного органічного палива кисневмісні компоненти (добавки) - (див. схему на фіг. 2), що забезпечують в процесі спа 64219 6 лювання органічного палива поглинання вуглекислого газу. При цьому в якості кисневмісних компонентів використовують мікроводорості, що забезпечують перехід до складу своїх кліток всього вуглецю, який міститься у вуглекислому газі, який поглинається. В процесі спалювання органічного палива за допомогою мікроводоростей забезпечують поглинання вуглекислого газу СО2 - двоокису вуглецю, хімічною взаємодією кисневмісних компонентів з органічним паливом, що спалюється, при цьому забезпечують мікроводоростями поглинання діокису вуглецю з виробництвом при цьому кисню (див. схему на фіг. 2). Також в процесі спалювання органічного палива забезпечують паралельно з виробництвом кисню утворення сухої біомаси з мікроводоростей. Зазначена технологія утилізації двоокису вуглецю, що покладена в основу способу утилізації двоокису вуглецю, який заявляється, пояснюється прикладом конкретного виконання. Відомо [7], що мікроводорості здатні виробляти більш ніж в 30 разів більше масла (у рік з одиниці площі землі), чим наземні олійні культури (таблиця 1). Таблиця 1 Галони масла з акра землі за рік Зернові Соєві боби Сафлор Соняшник Рапс Олійна пальма Мікроводорості 18 48 83 102 127 635 5000-15000 Було розраховано, яку кількість сухої біомаси мікроводоростей необхідно виростити для утилізації двоокису вуглецю, що виділяється при спалюванні органічного палива. Як органічне паливо використовувалося вугілля-антрацит зі змістом вуглецю в ньому до 95% (яке для експерименту було прийнято за 100%). Клітки зелених мікроводоростей Chlorella u Scenedesmus на 51,4-72,6% складаються з вуглецю (у перерахуванні на суху вагу). Було прийнято склад вуглецю - 50%. В результаті спалювання 1 т вугілля теоретично можна одержати 500 кг сухої біомаси мікроводоростей. Було припущено, що до складу кліток мікроводоростей переходить весь вуглець, що утримується у вуглекислому газі, що поглинається, а інші джерела вуглецю відсутні. У процесі згоряння органічного палива (вугілля-антрациту) відбувається реакція окислювання з виділенням СО2: СО + О2 = СО2 ↑; За результатами обчислення було визначено, яка кількість вуглекислого газу СО2 утвориться при згорянні 1 тонни вуглецю (вугілля). У зв'язку з тим, що для окислювання 1 молекули вуглецю необхідно 2 молекули кисню, то з огляду на молярні маси вихідного продукту (С) і кінцевого продукту (СО2), 7 було складено хімічну пропорцію: 12 г/моль (С)↔1 т (С) 44 г/моль (З2)↔Х т (СО2) Вирішуючи пропорцію було визначено, що при згорянні 1 т вуглецю утвориться 3,67 т СО2. Отже, в 1 т СО2 утримується 1/3,67 = 0,27 т вуглецю. Таким чином, при утилізації клітками мікроводоростей 1 т вуглекислого газу СО2 утвориться 0,27·0,5·1 т = 0,135 т сухої біомаси. Перший числовий коефіцієнт у формулі показує частку вуглецю в тонні вуглекислого газу, а другий - частку вуглецю в тонні сухої біомаси мікроводоростей. Як висновок, для утилізації 1 тони вуглекислого газу клітками мікроводоростей необхідно 135 кг сухої біомаси мікроводоростей. Підвищення ефективності способу утилізації двоокису вуглецю, який заявляється, у порівнянні із прототипом, досягається тим, що шляхом введення нових технологічних операцій та мікроводоростей, як кисневмісних компонентів, що забезпечують перехід до складу своїх кліток всього вуглецю, який міститься у вуглекислому газі, який поглинається забезпечується підвищення ефективності способу утилізації двоокису вуглецю та підвищення при цьому ККД процесу утилізації двоокису вуглецю при повному виключенні викидання СО2 в атмосферу та виробництві при цьому побіч 64219 8 них продуктів для виготовлення біологічного палива. Джерела інформації: 1. Журнал «Наука и жизнь» (Российская Федерация) № 6, 2001 (статья «Проблемы экологии», автор Г. Шаров). 2. Патент Російської Федерації № 2185323 «Способ утилизации дымовых газов, получаемых при сжигании жидкого, газообразного или пылевидного углеродного топлива». Опубл. 20.07.2002, МПК 8 С01В 31/20 - аналог. 3. Патент Російської Федерації № 2378358 «Способ утилизации углекислого газа». Опубл. 10.01.2010, МПК 8 С12G 1/02 - аналог. 4. Журнал «Химия и Химики» (Российская Федерация), № 2, 2009 (Статья «Современные способы утилизации углекислого газа и дымовых газов») - аналог. 5. Патент США № 3466351, опубл. 09.09.1969, т. 866,2 - аналог. 6. Патент Російської Федерації № 2028541 «Способ сжигания топлива», Опубл. 09.02.1995, МПК 8 F43С 11/00 - прототип. 7. Журнал «Наука и жизнь» (Российская Федерация) № 6, 2001 (статья «Проблемы экологии», автор Г. Шаров). 9 64219 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 64219 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601