Comment convertir du dioxyde de carbone en hydrocarbures synthétiques par un procédé d'hydrogénation utilisant un catalyseur nickel-sel.
Mémoire Descriptif Résumé
L'hydrogénation catalytique du C02 se définit comme étant la fabrication d'hydrocarbures synthétiques distillables à partir du C02 par l'action de l'hydrogène en présence d'un ou plusieurs catalyseurs. Parmi les différents procédés de conversion des gaz carboniques en hydrocarbures synthétiques, on sait que le procëdé d'hydrogénation catalytique est opérationnel mais d'une efficacité aléatoire à cause principalement de l'instabilité engendrée par la présence inévitable d'oxygène et de vapeur d'eau dans le réacteur. On sait également que les catalyseurs ont pour fonction d'accélérer ou d'inhiber les réactions chimiques sans entrer dans la composition des produits fabriqués. Dans les procédés d'hydrogénation catalytique pour convertir des gaz carboniques en hydrocarbures distillables, l'utilisation d'un catalyseur de nickel ou d'autres catalyseurs semblables nécessite de multiples manipulations qui peuvent affecter les rendements attendus. Pour prévenir une telle situation, on introduit un deuxième catalyseur, du sel, qui a pour principale fonction de retenir l'humidité. De plus, le chlore ouvre les chaînes et le sodium empêche les microscopiques cristaux d'oxygène de se former sur le catalyseur de nickel.
Ce faisant, le catalyseur-sel catalyse le catalyseur-nickel. Le procédé
devient alors beaucoup plus régulier et plus facile à standardiser.
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Mémoire Descriptif Antériorité
La conversion du dioxyde de carbone en hydrocarbures distillables par hydrogénation catalytique a été mise au point par monsieur Fischer et par monsieur Tropsch dans les années 20 et 30. Comme monsieur Bergius à la même époque, ils ont utilisé un catalyseur de fer pour produire des hydrocarbures distillables. C'est seulement en 1925 que Fischer et Tropsch réalisèrent une véritable synthèse industrielle d'hydrocarbures carburants et d'huiles lubrifiantes à la pression ordinaire sur catalyseur au cobalt déposé sur thorine. Ces procédés furent améliorés en 1930 par la société Ruhrchemie, puis pendant la deuxième guerre avec des catalyseurs à base de nickel ou de nickel-cobalt. Le procédé Fischer-Tropsch a été également appliqué en Angleterre par la Synthetics Oil Cy Ltd qui utilisait des catalyseurs robustes à base de cobalt et thorium, supportant une faible teneur en soufre du mélange gazeux. D'autres compagnies ont perfectionné le procédé Fischer-Tropsch en utilisant des catalyseurs à base d'alliages coûteux sans réussir à atténuer de façon satisfaisante les problèmes d'instabilité due à la présence d'oxygène, d'humidité ou de vapeur d'eau dans le réacteur: voir les brevets enregistrés au Canada sous les no. 360194, 411979, 556715, 559476 et 2410760; aux États-Unis, voir le no. 6,774,149.
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Mémoire Descriptif Description Détaillée du Procédé
Il existe piusieurs sources de dioxyde de carbone. On sait que l'on peut capter les fumées d'usines, les biogaz, etc. séparer les gaz et les entreposer. Une autre possibilité serait de brûler des matières organiques sèches ou des déchets organiques, capter les gaz, séparer les gaz captés et entreposer le C02 ainsi formé.
Les catalyseurs utilisés sont le nickel, Ni, et le sel le plus commun, le chlorure de sodium, NaCI. Ces catalyseurs doivent être broyés en fines particules, réduits en poudre. Comme les catalyseurs n'entrent pas dans la composition des produits fabriqués, il n'est pas nécessaire d'avoir des quantités de catalyseurs mesurêes très exactement mais il importe d'avoir autant de sel que de nickel. Chaque catalyseur a un rôle spécifique:
le nickel favorise essentiellement la synthèse du carbone et de l'hydrogène tandis que, de son côté, le sel retient l'humidité. De plus, le chlore du NaCI
ouvre les chaînes et le sodium du NaCI empêche les minuscules cristaux d'oxygène de se former ou de se coller sur le nickel, catalysant ainsi le catalyseur Ni.
page 3 de 7 On place le mélange nickel-sel dans un autoclave (rëacteur) de façon à former un lit couvrant la plus grande surface possible à l'intérieur du réacteur. Ensuite, on ïnsuffle dans le réacteur du C02 et du H2. On chauffe à des températures constantes de 250°C - 350°C. Tout en chauffant à des températures constantes, on maintient des pressions constantes de 2500-3500 p.s.i. environ tant et aussi longtemps que les réactions se fassent.
En suivant la procédure précédente, il se peut que 2 phases solides co-existent séparément. Pour prévenir une telle situation, il vaut mieux faire précipiter le NaCI sur les grains de Ni en suspension aqueuse et préparer un gaz de synthèse (C02 + H2} qui répond aux proportions prévues dans les formules chimiques suivantes:
page 4 de 7 1- CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O où, d'après les poids atomiques, 8S% de C02 + 1596 de H2 = 30% de méthane + 7096 d'eau. How to convert carbon dioxide into synthetic hydrocarbons by a hydrogenation process using a nickel-salt catalyst.
Memory Descriptive summary The catalytic hydrogenation of CO2 is defined as the manufacture of synthetic hydrocarbons distillable from C02 by the action of hydrogen in the presence of one or more catalysts. From different processes for converting carbonaceous gases into hydrocarbons synthesis, the catalytic hydrogenation process is known to be operational but of uncertain effectiveness mainly because of the instability created by the inevitable presence of oxygen and vapor of water in the reactor. It is also known that the catalysts are function to speed up or inhibit chemical reactions without getting into the composition of manufactured products. In hydrogenation processes catalytic converter to convert carbonaceous gases into hydrocarbons distillable, the use of a nickel catalyst or other catalysts similar requires multiple manipulations that can affect the expected returns. To prevent such a situation, we introduce a second catalyst, salt, whose main function is to retain moisture. In addition, chlorine opens the chains and sodium prevents microscopic oxygen crystals to form on the nickel catalyst.
In doing so, the catalyst-salt catalyzes the catalyst-nickel. The process then becomes much more regular and easier to standardize.
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Memory Descriptive anteriority The conversion of carbon dioxide into hydrocarbons distillable by catalytic hydrogenation was developed by Sir Fischer and by Mr. Tropsch in the 20s and 30s.
Mr. Bergius at the same time they used an iron catalyst to produce distillable hydrocarbons. It was only in 1925 that Fischer and Tropsch realized a real industrial synthesis fuel oils and lubricating oils at ordinary pressure on cobalt catalyst deposited on thorine. These processes were improved in 1930 by the company Ruhrchemie, then during the second war with catalysts based on nickel or nickel-cobalt. The Fischer-Tropsch was also applied in England by Synthetic Oil Cy Ltd which used robust catalysts based on cobalt and thorium, supporting a low sulfur content of the gaseous mixture. other companies have perfected the Fischer-Tropsch process by using catalysts based on expensive alloys without succeeding in mitigating satisfactory problems of instability due to the presence of oxygen, moisture or water vapor in the reactor: see patents registered in Canada under no. 360194, 411979, 556715, 559476 and 2410760; in the United States, see no. 6774149.
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Memory Descriptive Detailed Description of the Process There are several sources of carbon dioxide. We know that you can pick up fumes from factories, biogas, and so on. separate gases and store. Another possibility would be to burn organic matter dry or organic waste, capture the gases, separate the captured gases and store the CO2 thus formed.
The catalysts used are nickel, Ni, and salt most common, sodium chloride, NaCl. These catalysts must be crushed in fine particles, reduced to powder. Since catalysts do not enter in the composition of manufactured products, it is not necessary to have quantities of catalysts measured exactly but it does matter to have as much salt as nickel. Each catalyst has a specific role:
nickel mainly promotes the synthesis of carbon and hydrogen while, for its part, salt retains moisture. In addition, NaCl chlorine opens the chains and NaCI sodium prevents tiny crystals of oxygen to form or stick to nickel, thus catalyzing the Ni catalyst.
page 3 of 7 The nickel-salt mixture is placed in an autoclave (reactor) of way to form a bed covering the largest possible area inside of the reactor. Then, CO 2 and H 2 are fed into the reactor. We heated to constant temperatures of 250 ° C - 350 ° C. All in heating at constant temperatures, constant pressures of 2500-3500 psi for as long as the reactions are do.
Following the previous procedure, it is possible that 2 phases solids coexist separately. To prevent such a situation, it is worth better to precipitate the NaCl on the grains of Ni in aqueous suspension and prepare a synthesis gas (CO2 + H2) which corresponds to the proportions in the following chemical formulas:
page 4 of 7 1- CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O where, according to the atomic weights, 8S% CO2 + 1596 H2 = 30% methane + 70% water.
2- 8 C02 + 25 H2 = C8H18 + 16 H20 où, d'après Ies poids atomiques, 879b de C02 + 1396 de H2 = 2896 d'octane + 7296 d'eau. 2-8 CO 2 + 25H 2 = C 8 H 18 + 16H 2 O where, according to the atomic weights, 879b of CO2 + 1396 of H2 = 2896 of octane + 7296 of water.
3- 1G C02 + 4~ H2 = C16H34 + 32 H20 oü, d'après les poids atomiques, 8796 de C02 + 139b de H2 = 289~o d'hexadécane + 7296 d'eau.
Parce qu'il est facile de cracker la molécule de C16...en 2 molécules de CB...et la molécule de CB... en 2 molécules de C4,.., il est préférable de commencer par réunir les conditions favorables â la formation d'un produit homogène, l'hexadécane (formule-3-). S'il y a des variations imprévues dans les proportions de C02, de H2, de températures ou de pression, le procédé produit quand même des hydrocarbures distillables liquides (formule-2-) et un peu d'hydrocarbures gazeux (formule-1-) directement utilisables.
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Mémoire Descriptif Revendications Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1- Procédé de fabrication d'hydrocarbures synthétiques, par réaction de l'hydrogéne avec le dioxyde de carbone en présence d'un catalyseur composé essentiellement d'environ 5096 d'un chlorure de sodium, NaCI, puivérisé et d'environ 5096 de nickel, Ni, pulvérisé, caractérisé en ce que l'on fait circuler l'hydrogène et le dioxyde de carbone en présence de ce catalyseur à une température constante d'environ 250°C - 350°C à
une pression constante d'environ 2500-3500 p.s.i., pendant 30 minutes environ.
2- Procédé selon la revendication 1 dans lequel on prépare dans un premier temps un broyage des dits catalyseurs de Ni et de NaCI pour les réduire à de fines poudres.
3- Procédé selon la revendication 1 dans lequel on prépare dans un premier temps un mélange des dits catalyseurs de Ni et de NaCI
comprenant environ 5096 de NaCI et environ 5096 de Ni. 3- 1G C02 + 4 ~ H2 = C16H34 + 32H20 where, according to the atomic weights, 8796 of CO2 + 139b of H2 = 289 ~ o of hexadecane + 7296 of water.
Because it's easy to crack the molecule of C16 ... in 2 molecules of CB ... and the molecule of CB ... into 2 molecules of C4, .., it is it is preferable to start with the conditions favorable to formation of a homogeneous product, hexadecane (formula-3-). If there are unforeseen variations in the proportions of C02, H2, temperatures or pressure, the process still produces hydrocarbons liquid distillates (formula-2-) and some gaseous hydrocarbons (formula-1-) directly usable.
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Memory Descriptive claims The embodiments of the invention, about which a right exclusive ownership or privilege is claimed, are defined as it follows:
1- Method of manufacturing synthetic hydrocarbons, by reaction hydrogen with carbon dioxide in the presence of a catalyst composed essentially of about 50% sodium chloride, NaCl, from about 50% nickel, pulverized, characterized in that hydrogen and carbon dioxide are circulated in the presence of this catalyst at a constant temperature of about 250 ° C - 350 ° C to a constant pressure of about 2500-3500 psi, for about 30 minutes.
2. The process as claimed in claim 1, in which first time grinding of said Ni and NaCl catalysts for reduce to fine powders.
3- The method of claim 1 wherein is prepared in a first time a mixture of the said catalysts of Ni and NaCl comprising about 50% NaCl and about 50% Ni.
4- Procédé selon la revendication 1 dans lequel on prépare dans un premier temps un mélange des dits catalyseurs de Ni et de NaCI en faisant précipiter le NaCI sur les grains de Ni en suspension aqueuse.
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Mémoire Descriptif Abrégé
Les sources de CO2 sont très nombreuses et variées:
l'atmosphère en contient, les carbonates, etc. en contiennent aussi. Le C02 est également le résultat de la combustion, de la fermentation, de la décomposition, bref, cette matière première est présente partout et ne pose pas de problème à quiconque veut s'en servir pour fabriquer des hydrocarbures. On n'a pas besoin de dépenser beaucoup d'argent pour en trouver. De plus, en faisant précipiter le sel sur le nickel, on améliore grandement le rendement de la catalyse si bien que la molécule de C02 est brisée à 300°C au lieu de 1000°C. Les hydrocarbures fabriqués à
partir du procédé coûtent moins cher à raffiner car ils ne contiennent pas de soufre.
Ils sont finalement rentables et vendables parce qu'ils sont très en demande comme l'essence automobile, l'huile à chauffage, le diesel, les huiles lubrifiantes, le mazout,1'asphalte, le goudron, etc.
Si on est équipé pour fabriquer du C02, pour capter les biogaz ou les fumées d'usines ou, si on dispose involontairement de CO2, on peut rendre ce gaz indésirable très utile à l'économie. En effet, au lieu de se débarrasser du C02 en pure perte, on peut le recycler en hydrocarbures et contribuer ainsi à nettoyer l'atmosphère tout en se procurant une source de revenus supplémentaires. Comme le C02 est une ressource renouvelable, le procédé apporte sa contribution à la lutte contre les émissions de gaz à
effet de serre et favorise le développement durable.
page 7 de 7 4. Process according to claim 1, in which first time a mixture of the said catalysts of Ni and NaCl by making precipitating the NaCl on the grains of Ni in aqueous suspension.
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Memory Descriptive abstract The sources of CO2 are very numerous and varied:
the atmosphere contains carbonates, etc. contain some too. C02 is also the result of combustion, fermentation, decomposition, in short, this raw material is present everywhere and does not pose no problem for anyone who wants to use it to make hydrocarbons. We do not need to spend a lot of money to find. In addition, by precipitating salt on nickel, it improves greatly the yield of catalysis so that the CO2 molecule is broken at 300 ° C instead of 1000 ° C. Hydrocarbons made in go from process are cheaper to refine because they do not contain sulfur.
They are ultimately profitable and salable because they are very such as automotive gasoline, heating oil, diesel, lubricating oils, fuel oil, asphalt, tar, etc.
If we are equipped to make CO2, to capture biogas or fumes from factories or, if we have involuntary CO2, we can make this unwanted gas very useful to the economy. Indeed, instead of to get rid of CO2 in its purest form, it can be recycled into hydrocarbons and contribute to cleaning up the atmosphere while procuring a source of additional income. Since CO2 is a renewable resource, the process contributes to the fight against greenhouse effect and promotes sustainable development.
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