Methan aus Kohlendioxid zu gewinnen, ist ein Prozess, der Laborbedingungen erfordert. So wurde 2009 an der University of Pennsylvania (USA) mithilfe von Nanoröhrchen aus TiO 2 (Titandioxid) mit einer Beimischung von Stickstoff Methan aus Wasser und Kohlendioxid hergestellt. Um Methan zu gewinnen, platzierten die Forscher Wasser (in Dampfform) und Kohlendioxid in Metallbehältern, die mit einem Deckel mit Nanoröhrchen auf der Innenseite verschlossen waren.
Der Prozess zur Gewinnung von Methan ist wie folgt: Unter dem Einfluss des Sonnenlichts erschienen Partikel in den Röhren, die eine elektrische Ladung tragen. Solche Partikel trennten Wassermoleküle in Wasserstoffionen (H, die sich dann zu Wasserstoffmolekülen H 2 verbinden) und Hydroxylradikale (-OH-Partikel). Außerdem wurde bei der Gewinnung von Methan Kohlendioxid in Kohlenmonoxid (CO) und Sauerstoff (O 2 ) gespalten. Schließlich reagiert das Kohlenmonoxid mit Wasserstoff zu Wasser und Methan.
Die Umkehrreaktion - die Erzeugung von Kohlendioxid erfolgt durch Dampfverformung von Methan - bei einer Temperatur von 700-1100 ° C und einem Druck von 0,3-2,5 MPa.
Betriebe stehen jährlich vor dem Problem der Gülleentsorgung. Es werden erhebliche Gelder verschwendet, die für die Organisation des Abtransports und der Bestattung erforderlich sind. Aber es gibt einen Weg, der es Ihnen ermöglicht, nicht nur Ihr Geld zu sparen, sondern dieses Naturprodukt auch zu Ihrem Vorteil zu nutzen.
Umsichtige Besitzer setzen in der Praxis schon lange Öko-Technologie ein, die es ermöglicht, aus Gülle Biogas zu gewinnen und das Ergebnis als Brennstoff zu nutzen.
Daher werden wir in unserem Material über die Technologie zur Herstellung von Biogas sprechen, wir werden auch darüber sprechen, wie man eine Bioenergieanlage baut.
Bestimmung des benötigten Volumens
Das Volumen des Reaktors wird auf der Grundlage der täglichen Güllemenge bestimmt, die auf dem Hof produziert wird. Es ist auch notwendig, die Art der Rohstoffe, Temperatur und Fermentationszeit zu berücksichtigen. Damit die Installation voll funktioniert, ist der Behälter zu 85-90 % des Volumens gefüllt, mindestens 10 % müssen frei bleiben, damit Gas entweichen kann.
Der Prozess der Zersetzung von organischem Material in einer mesophilen Anlage bei einer Durchschnittstemperatur von 35 Grad dauert 12 Tage, danach werden die fermentierten Rückstände entfernt und der Reaktor mit einer neuen Portion des Substrats gefüllt. Da die Abfälle vor der Weiterleitung in den Reaktor bis zu 90 % mit Wasser verdünnt werden, muss bei der Ermittlung der Tagesbelastung auch die Flüssigkeitsmenge berücksichtigt werden.
Basierend auf den angegebenen Indikatoren entspricht das Volumen des Reaktors der täglichen Menge des vorbereiteten Substrats (Gülle mit Wasser) multipliziert mit 12 (erforderliche Zeit für die Biomassezersetzung) und erhöht um 10% (freies Volumen des Tanks).
Bau einer unterirdischen Anlage
Lassen Sie uns nun über die einfachste Installation sprechen, mit der Sie zu den niedrigsten Kosten kommen. Erwägen Sie den Bau eines unterirdischen Systems. Um es herzustellen, müssen Sie ein Loch graben, dessen Boden und Wände mit verstärktem Blähtonbeton gegossen werden.
An gegenüberliegenden Seiten der Kammer sind Einlass- und Auslassöffnungen dargestellt, an denen geneigte Rohre zum Zuführen des Substrats und zum Abpumpen der Abfallmasse angebracht sind.
Das Auslassrohr mit einem Durchmesser von ca. 7 cm sollte sich fast ganz unten im Bunker befinden, sein anderes Ende ist in einem rechteckigen Ausgleichsbehälter montiert, in den der Abfall abgepumpt wird. Die Rohrleitung zum Zuführen des Substrats befindet sich etwa 50 cm vom Boden entfernt und hat einen Durchmesser von 25 bis 35 cm.Der obere Teil des Rohrs tritt in das Rohmaterialaufnahmefach ein.
Der Reaktor muss vollständig verschlossen sein. Um das Eindringen von Luft auszuschließen, muss der Container mit einer Bitumenabdichtung abgedeckt werden.
Der obere Teil des Bunkers ist ein Gasbehälter mit Kuppel- oder Kegelform. Es besteht aus Blechen oder Dacheisen. Es ist auch möglich, die Struktur mit Mauerwerk zu vervollständigen, das dann mit Stahlgewebe gepolstert und verputzt wird. Oben auf dem Gastank müssen Sie eine versiegelte Luke herstellen, die durch die Wasserdichtung verlaufende Gasleitung entfernen und ein Ventil installieren, um den Gasdruck zu entlasten.
Zum Mischen des Substrats kann das Gerät mit einem Entwässerungssystem ausgestattet werden, das nach dem Sprudelprinzip arbeitet. Befestigen Sie dazu Kunststoffrohre senkrecht innerhalb der Konstruktion, so dass ihre Oberkante über der Substratschicht liegt. Stoßen Sie viele Löcher in sie. Unter Druck stehendes Gas sinkt, und aufsteigend mischen die Gasblasen die Biomasse im Tank.
Wenn Sie keinen Betonbunker bauen möchten, können Sie einen fertigen PVC-Container kaufen. Um die Wärme zu speichern, muss es mit einer Wärmedämmschicht - Polystyrolschaum - überzogen werden. Der Boden der Grube ist mit Stahlbeton mit einer Schicht von 10 cm gefüllt.Polyvinylchloridtanks können verwendet werden, wenn das Volumen des Reaktors 3 m3 nicht überschreitet.
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Wie Sie die einfachste Installation aus einem gewöhnlichen Fass vornehmen, erfahren Sie, wenn Sie sich das Video ansehen:
Der einfachste Reaktor kann in wenigen Tagen mit eigenen Händen und mit verfügbaren Werkzeugen hergestellt werden. Wenn die Farm groß ist, kaufen Sie am besten eine fertige Installation oder wenden Sie sich an Spezialisten.
Ameisensäure, deren Formel HCOOH ist, ist die einfachste Monocarbonsäure. Wie aus seinem Namen hervorgeht, wurden die charakteristischen Sekrete roter Ameisen zur Quelle seiner Entdeckung. Die fragliche Säure ist Teil der giftigen Substanz, die von stechenden Ameisen abgesondert wird. Es enthält auch eine brennende Flüssigkeit, die von den stechenden Raupen der Seidenraupe gebildet wird.
Während der Experimente des berühmten englischen Wissenschaftlers John Ray wurde zum ersten Mal eine Ameisensäurelösung erhalten. Ende des 17. Jahrhunderts mischte er Wasser und rote Waldameisen in einem Gefäß. Als nächstes wurde das Gefäß zum Sieden erhitzt und ein heißer Dampfstrahl wurde hindurchgeleitet. Das Ergebnis des Experiments bestand darin, eine wässrige Lösung zu erhalten, deren charakteristisches Merkmal eine stark saure Reaktion war.
Mitte des 18. Jahrhunderts gelang es Andreas Sigismund Marggraf, reine Ameisensäure zu gewinnen. Wasserfreie Säure, die der deutsche Chemiker Justus Liebig gewonnen hat, gilt als einfachste und zugleich stärkste Carbonsäure. Nach der modernen Nomenklatur heißt es Methansäure und ist eine äußerst gefährliche Verbindung.
Bis heute wird die Gewinnung der vorgestellten Säure auf verschiedene Weise durchgeführt, einschließlich einer Reihe aufeinanderfolgender Stufen. Aber es ist bewiesen, dass Wasserstoff und Kohlendioxid sich in Ameisensäure umwandeln und in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren können. Die Entwicklung dieser Theorie wurde von deutschen Wissenschaftlern durchgeführt. Die Relevanz des Themas bestand darin, die Freisetzung von Kohlendioxid in die atmosphärische Luft zu minimieren. Dieses Ergebnis kann durch seine aktive Nutzung als Hauptkohlenstoffquelle für die Synthese organischer Substanzen erreicht werden.
Die von deutschen Spezialisten entwickelte innovative Technik beinhaltet die Durchführung einer katalytischen Hydrierung unter Bildung von Ameisensäure. Demnach wird Kohlendioxid sowohl Ausgangsstoff als auch Lösungsmittel für die Abtrennung des Endprodukts, da die Reaktion in überkritischem CO2 durchgeführt wird. Dank dieses integrierten Ansatzes wird die Herstellung von Methansäure in einem Schritt Wirklichkeit.
Der Prozess der Hydrierung von Kohlendioxid unter Bildung von Methansäure ist derzeit einer der Gegenstände aktiver Forschung. Das Hauptziel der Wissenschaftler ist die Gewinnung chemischer Verbindungen aus Abfallprodukten, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen. Neben der weiten Verbreitung von Ameisensäure in verschiedenen Industrien ist die Beteiligung an der Speicherung von Wasserstoff zu nennen. Es ist möglich, dass diese Säure, aus der durch katalytische Reaktionen Wasserstoff gewonnen werden kann, die Rolle des Kraftstoffs für mit Solarzellen ausgestattete Fahrzeuge übernehmen wird.
Die Bildung von Methansäure aus Kohlendioxid durch homogene Katalyse ist seit den 1970er Jahren Gegenstand der Forschung der Fachwelt. Die Hauptschwierigkeit ist die Verschiebung des Gleichgewichts zu den Ausgangsmaterialien, die im Stadium der Gleichgewichtsreaktion beobachtet wird. Um das Problem zu lösen, ist es notwendig, Ameisensäure aus der Zusammensetzung des Reaktionsgemisches zu entfernen. Dies kann derzeit jedoch nur erreicht werden, wenn Methansäure in ein Salz oder eine andere Verbindung umgewandelt wird. Daher kann reine Säure nur erhalten werden, wenn es eine zusätzliche Stufe gibt, die in der Zerstörung dieser Substanz besteht, die es nicht erlaubt, die Organisation eines ununterbrochenen Prozesses der Ameisensäurebildung zu erreichen.
Immer beliebter wird jedoch ein einzigartiges Konzept, das von Wissenschaftlern aus der Gruppe Walter Leitner entwickelt wird. Sie schlagen vor, dass die Integration der Stufen der Hydrierung von Kohlendioxid und der Isolierung des Produkts mit ihrer Durchführung innerhalb derselben Vorrichtung es ermöglicht, das Verfahren zur Gewinnung reiner Methansäure ununterbrochen zu gestalten. Wie haben Wissenschaftler es geschafft, maximale Effizienz zu erreichen? Grund dafür war die Verwendung eines Zweiphasensystems, bei dem die mobile Phase durch überkritisches Kohlendioxid und die stationäre Phase durch eine ionische Flüssigkeit, flüssiges Salz, repräsentiert wird. Es sollte beachtet werden, dass die ionische Flüssigkeit verwendet wurde, um sowohl den Katalysator als auch die Base zu lösen, um die Säure zu stabilisieren. Der Kohlendioxidstrom unter Bedingungen, bei denen Druck und Temperatur die kritischen Werte überschreiten, trägt zur Entfernung von Methansäure aus der Zusammensetzung der Reaktionsmischung bei. Es ist wichtig, dass das Vorhandensein von überkritischem Kohlendioxid nicht zur Auflösung von ionischen Flüssigkeiten, Katalysator und Base führt, wodurch die maximale Reinheit der resultierenden Substanz gewährleistet wird.
, explosive Gase , Treibhauseffekt
Dieses explosive Gas wird oft als "Sumpfgas" bezeichnet. Jeder kennt seinen spezifischen Geruch, aber tatsächlich handelt es sich um spezielle Zusätze „mit Gasgeruch“, die zugesetzt werden, um ihn zu erkennen. Beim Verbrennen hinterlässt es praktisch keine schädlichen Produkte. Dieses Gas ist unter anderem recht aktiv an der Entstehung des bekannten Treibhauseffekts beteiligt.
Ein Gas, das normalerweise mit lebenden Organismen in Verbindung gebracht wird. Als Methan in den Atmosphären von Mars und Titan entdeckt wurde, hatten Wissenschaftler die Hoffnung, dass auf diesen Planeten Leben existiert. Auf dem Roten Planeten gibt es nicht viel Methan, aber Titan ist buchstäblich damit „gefüllt“. Und wenn nicht für Titan, dann sind für den Mars biologische Methanquellen ebenso wahrscheinlich wie geologische. Auf den Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun gibt es viel Methan, wo es als Produkt der chemischen Verarbeitung der Substanz des protosolaren Nebels entstanden ist. Auf der Erde ist es selten: Sein Gehalt in der Atmosphäre unseres Planeten beträgt nur 1750 Volumenteile pro Milliarde (ppbv).
Quellen und Produktion von Methan
Methan ist der einfachste Kohlenwasserstoff, ein farb- und geruchloses Gas. Seine chemische Formel ist CH 4 . Leicht löslich in Wasser, leichter als Luft. Beim Einsatz im Alltag, in der Industrie, werden dem Methan üblicherweise Geruchsstoffe mit einem bestimmten „Gasgeruch“ zugesetzt. Der Hauptbestandteil von Erd- (77-99 %), Erdölbegleitgasen (31-90 %), Gruben- und Sumpfgasen (daher die anderen Namen für Methan - Sumpf- oder Grubengas).
90–95 % des Methans sind biologischen Ursprungs. Pflanzenfressende Huftiere wie Kühe und Ziegen geben ein Fünftel ihrer jährlichen Methanemissionen ab, die von Bakterien in ihren Mägen produziert werden. Andere wichtige Quellen sind Termiten, Rohreis, Sümpfe, Erdgasfiltration (ein Produkt des vergangenen Lebens) und Pflanzenphotosynthese. Vulkane tragen weniger als 0,2 % zum gesamten Methanhaushalt der Erde bei, aber auch die Organismen vergangener Epochen können die Quelle dieses Gases sein. Industrielle Methanemissionen sind vernachlässigbar. So weist der Nachweis von Methan auf einem Planeten wie der Erde auf das Vorhandensein von Leben dort hin.
Methan entsteht bei der thermischen Verarbeitung von Erdöl und Erdölprodukten (10-57 Vol.-%), Verkokung und Hydrierung von Kohle (24-34%). Labormethoden zur Gewinnung: Fusion von Natriumacetat mit Alkali, Einwirkung von Wasser auf Methylmagnesiumiodid oder auf Aluminiumcarbid.
Es wird im Labor durch Erhitzen von Atemkalk (eine Mischung aus Natrium- und Kaliumhydroxid) oder wasserfreiem Natriumhydroxid mit Essigsäure hergestellt. Wichtig für diese Reaktion ist die Abwesenheit von Wasser, weshalb Natriumhydroxid verwendet wird, da es weniger hygroskopisch ist.
Eigenschaften von Methan
in der Luft brennen bläuliche Flamme, dabei wird eine Energie von ca. 39 MJ pro 1m 3 freigesetzt. Bildet sich mit Luft explosive Gemische. Besonders gefährlich ist Methan, das beim Untertageabbau von Mineralvorkommen in Bergwerke sowie in Kohleverarbeitungs- und Brikettfabriken und in Siebanlagen freigesetzt wird. So brennt Methan bei einem Gehalt von bis zu 5-6% in Luft in der Nähe einer Wärmequelle (Zündtemperatur 650-750 ° C), von 5-6% bis 14-16% explodiert es, mehr als 16% können brennen mit Sauerstoffzufuhr von außen. Eine Abnahme der Methankonzentration kann in diesem Fall zu einer Explosion führen. Außerdem führt eine deutliche Erhöhung der Methankonzentration in der Luft zum Ersticken (z. B. entspricht eine Methankonzentration von 43 % 12 % O 2 ).Die explosive Verbrennung breitet sich mit einer Geschwindigkeit von 500-700 aus Frau; Der Gasdruck während einer Explosion in einem geschlossenen Volumen beträgt 1 MN/m 2 . Nach Kontakt mit einer Wärmequelle erfolgt die Zündung von Methan mit einiger Verzögerung. Auf dieser Eigenschaft basiert die Herstellung von Sicherheitssprengstoffen und explosionsgeschützten elektrischen Betriebsmitteln. An Standorten, die aufgrund des Vorhandenseins von Methan gefährlich sind (hauptsächlich Kohlebergwerke), werden die sog. Gasmodus.
Bei 150–200 °C und einem Druck von 30–90 atm wird Methan zu oxidiert Ameisensäure.
Methan bildet Einschlussverbindungen – Gashydrate, die in der Natur weit verbreitet sind.
Methananwendung
Methan ist der thermisch stabilste gesättigte Kohlenwasserstoff. Es ist weit verbreitet als Haushalts- und Industriebrennstoff und wie Rohstoffe für die Industrie. So werden durch Chlorierung von Methan Methylchlorid, Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff hergestellt.
Unvollständige Verbrennung von Methan erzeugt Ruß, während der katalytischen Oxidation - Formaldehyd, bei Wechselwirkung mit Schwefel - Schwefelkohlenstoff.
Thermisch-oxidatives Cracken und Elektrocracken Methan - wichtige industrielle Methoden zur Gewinnung Acetylen.
Die katalytische Oxidation eines Gemisches aus Methan und Ammoniak liegt der industriellen Produktion zugrunde Blausäure. Methan wird als verwendet Wasserstoffquelle bei der Herstellung von Ammoniak sowie zur Herstellung von Wassergas (das sogenannte Synthesegas): CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2, verwendet für die industrielle Synthese von Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Aldehyden usw. Ein wichtiges Derivat von Methan ist Nitromethan.
Autokraftstoff
Methan wird häufig als Motorkraftstoff für Autos verwendet. Allerdings ist die Dichte von natürlichem Methan tausendmal geringer als die Dichte von Benzin. Wenn Sie also ein Auto bei atmosphärischem Druck mit Methan füllen, benötigen Sie für die gleiche Menge Kraftstoff wie Benzin einen 1000-mal größeren Tank. Um keinen riesigen Anhänger mit Kraftstoff zu befördern, muss die Dichte des Gases erhöht werden. Dies kann erreicht werden, indem Methan auf 20–25 MPa (200–250 Atmosphären) komprimiert wird. Um Gas in diesem Zustand zu speichern, werden spezielle Flaschen verwendet, die in Autos eingebaut werden.
Methan und der Treibhauseffekt
Methan ist Treibhausgas. Wenn der Grad der Kohlendioxidauswirkung auf das Klima bedingt als eins angenommen wird, beträgt die Treibhausaktivität von Methan 23 Einheiten. Der Gehalt an Methan in der Atmosphäre hat in den letzten zwei Jahrhunderten sehr schnell zugenommen.
Nun wird der durchschnittliche Gehalt an Methan CH 4 in der modernen Atmosphäre auf 1,8 ppm geschätzt ( Teile pro Million, Teile pro Million). Und obwohl dies 200-mal weniger ist als der Gehalt an Kohlendioxid (CO 2) pro Molekül Gas, der Treibhauseffekt von Methan - dh sein Beitrag zur Ableitung und Speicherung der von der Erde abgestrahlten Wärme der Sonne - ist deutlich höher als von CO 2 . Außerdem absorbiert Methan die Erdstrahlung in jenen „Fenstern“ des Spektrums, die für andere Treibhausgase durchlässig sind. Ohne Treibhausgase - CO 2 , Wasserdampf, Methan und einige andere Verunreinigungen - würde die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche nur -23°C betragen und liegt jetzt bei etwa +15°C.
Methan sickert durch Risse in der Erdkruste auf den Meeresgrund und wird beim Bergbau und beim Abbrennen von Wäldern in beträchtlichen Mengen freigesetzt. Vor kurzem wurde eine neue, völlig unerwartete Methanquelle entdeckt - höhere Pflanzen, aber die Mechanismen der Bildung und die Bedeutung dieses Prozesses für die Pflanzen selbst sind noch nicht aufgeklärt.
Methan auf der Erde
In der Nähe von Santa Barbara wird Methan, ein aktives Treibhausgas, in großen Mengen in Form von Blasen vom Meeresboden freigesetzt.
Methan ist im Bergbau besonders gefährlich.
Methan statt Benzin? Leicht
Als Methan in der Marsatmosphäre entdeckt wurde, hofften Wissenschaftler, Spuren von Leben auf dem Planeten zu finden.
Verwendung: Gewinnung von Kohlenwasserstoffen. Essenz: 10-80% wässrige Lösung von Heteropolysäuren 2-18 der H 6-Reihe wird auf eine Temperatur von 70-140 o C erhitzt, dann wird eine Blei- oder Kupferplatte in die Lösung getaucht und 3-15 Minuten vor dem Start gewartet des Prozesses zur Wiederherstellung des anionischen Komplexes 6- , danach Lösung bei einem Druck von 700–800 mm Hg. ein Gasgemisch mit einer Kohlendioxidkonzentration von nicht mehr als 60 Vol.-% und einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 5 Vol.-% passieren. %, um Methan oder einen der gesättigten Kohlenwasserstoffe zu erhalten. WIRKUNG: Produktion von Methan aus Kohlendioxid in industriellen Mengen.
Beschreibungstext in Faksimile (siehe Grafikteil).
Anspruch
Verfahren zur Herstellung von Methan und seinen Derivaten, dessen Hauptrohstoff Kohlendioxid ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine 10–80 %ige wässrige Lösung von Heteropolysäure 2–18 der H 6 -Reihe auf eine Temperatur von 70–140°C erhitzt wird, dann wird eine Blei- oder Kupferplatte in die Lösung eingetaucht und 3–15 Minuten gewartet, bevor der Prozess der Reduktion des anionischen Komplexes 6– beginnt, dann durch die Lösung bei einem Druck von 700–800 mm Hg. ein Gasgemisch mit einer Kohlendioxidkonzentration von nicht mehr als 60 Vol.-% und einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 5 Vol.-% wird durchgeleitet, bis einer der gesättigten Kohlenwasserstoffe erhalten wird.
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Verfahren zur Herstellung von Methan und seinen Derivaten, Gewinnung von Methan, Gewinnung von Methan in der Industrie, Gewinnung von Methan aus Kohlendioxid, Verfahren zur Gewinnung von Methan
