CZ20757U1 - Zařízení na zpracování kysličníku uhličitého - Google Patents

Description

Zařízení na zpracování kysličníku uhličitého

Oblast techniky

Zařízení na zpracování kysličníku uhličitého, řeší přeměnu kysličníku uhličitého, zejména jako produktu při spalování fosilních paliv v elektrárnách.

Dosavadní stav techniky

Kysličník uhličitý, je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který může mít jen při vyšších koncentracích slabé nakyslou chuť, se největší měrou podílí na vzniku skleníkového efektu. Koncentrace kysličníku uhličitého byla po miliony let výsledkem přirozené rovnováhy mezi dýcháním a fotosyntézou. Za posledních 200 000 let došlo v koncentraci atmosférického CO₂ jen ke dvěma výio razným změnám. V obou případech šlo o důsledek snížení fotosyntetícké činnosti rostlin v průběhu ledových dob. Od té doby až po začátek průmyslové revoluce v osmnáctém století byla koncentrace kysličníku uhličitého velmi stabilní. S rozvojem průmyslu ale došlo k uvolňování obrovského množství CO₂ spalováním fosilních paliv.

Jeho nárůst v ovzduší, hlavní důvod klimatických změn, je způsoben kromě spalování fosilních paliv úbytkem lesů. Skleníkovým efektem se nazývá zvyšování teploty atmosféry, ke kterému dochází v důsledku omezení úniku infračerveného záření. Tou omezující bariérou může být sklo skleníku nebo, v případě celé naší zeměkoule, kysličník uhličitý obsazený ve vzduchu. Koncentrace kysličníku uhličitého je tedy jedním z faktorů, které spolurozhodují o klimatu naší planety. CO₂ se do atmosféry uvolňuje především dýcháním a je z ní odebírán fotosyntetickou Činností rostlin. Fotosyntéza využívá slunečního záření k přeměně CO₂ a vody v rostlinnou hmotu.

Velké množství oxidu uhličitého je také rozpuštěno ve světových mořích a oceánech, které tak regulují jeho množství v atmosféře. Pozvolný nárůst globální teploty vsak negativně ovlivňuje rozpustnost CO₂ v mořské vodě a pozitivní zpětnou vazbou se tak dostává zpět do vzduchu další dodatečné množství tohoto skleníkového plynu. Většina oxidu uhličitého je v mořské vodě vázá25 na chemicky ve formě uhličitanových a hydrogenuhličitanových iontů, za což vděčíme jeho reakci s vápenatými minerály podle rovnice:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O — Ca²⁺ + 2 HCCfy .

Kysličník uhličitý vzniká rovněž spalováním biomasy či bioplynu, ale také během kompostování. Navíc část organické hmoty zůstává na poli jako posklizňové zbytky, a kořenový systém. V prů30 běhu kompostování je velká část organické hmoty přeměněna na stabilizované organo-minerální hnojivo s vysokým podílem humusových látek, takže velký podíl uhlíku zůstává dlouhodobě fixován v humusu, který zlepšuje vlastnosti půd. Zlepšené vlastnosti půdy mají za následek vyšší výnosy, a tedy i intenzivnější asimilaci CO₂ během fotosyntézy. Koncentrace oxidu uhličitého ve vdechovaném vzduchu od 10 % výše, má za následek rychlou ztrátu vědomí a někdy smrt. Ne35 bezpečí hrozí např. v silážních či kanalizačních prostorech,

Svět má v současné době zájem na snižování emisí CO₂, tj. omezení jeho vzniku zejména působením elektráren, ale hledá i nejrůznější metody jeho přeměny, Jednou z metod likvidace CO₂ je jeho ukládání v oceánu do ledových vod mezi Austrálií a Antarktidou. Chystá se projekt, který má napomoci množení fytoplanktonu, který pak bude schopen pohltit velké množství oxidu uhli40 čitého. Existují ale vědci, kteří koncept zneužité přírody k likvidaci člověkem vyprodukovaných Škodlivin povazují za rizikový, protože jeho důsledky nejsou plně objasněny. Nikdo neví, kolik CO₂ a na jak dlouho lze tímto způsobem do oceánu uložit. Ani to, jaké riziko to představuje pro ekosystém. Někteří vědci poukazují na to, že se změní poměr organických druhů, zvýší se kyselost vody, vyčerpá se kyslík anebo se uvolní další plyn odpovědný za oteplování, oxid dusný.

Hornina peridotit, která je dobře dostupná v některých státech, by mohla být s úspěchem využita k redukci oxidu uhličitého. Dokáže tento plyn účinně absorbovat. Oxid uhličitý se po kontaktu s hrubozmným peridotitem mění v pevné minerály. Podle některých vědců se tento přirozený pro-1CZ 20757 Ul ces může opakovat miliónkrát, což by umožňovalo, že by se díky němu dalo v podzemí natrvalo uskladnit dvě miliardy i více tun z 30 miliard tun CO₂, jež lidstvo každoročně vyprodukuje.

Všechny tyto metody mohou být úspěšné, jsou však zatím dlouhodobě neověřené a není znám jejich dlouhodobý dopad na životní prostředí.

Je známo zařízení na úpravu vody fotolýzou podle užitného vzoru č. zápisu CZ 19234 U. Toto řešení sestává ze skříně, kterou prochází trubice s protékající vodou a z generátoru záření. Mezi trubicí a generátorem záření jsou umístěny krystaly s mřížkovou strukturou a stěny trubice jsou vytvořeny z materiálu se schopností absorbovat světelnou energii paprsků z generátoru záření. Toto zařízení bylo dosud využito jen pro kvalitativní úpravu vody.

to Podstata technického řešeni

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení na zpracování kysličníku uhličitého, podle technického řešení, jehož podstatou je, že do nádrže s vodou H₂O a usazeným uhličitanem vápenatým CaCO₃ je zapuštěn přívod kysličníku uhličitého CO₂. K nádrži je průtočně připojen přístroj na fotolýzu vody. Kysličník uhličitý CO₂ rozpouští prostřednictvím vody H₂O uhličitan vápenatý υ CaCO₃ na hydrogenuhličitan vápenatý Ca(HCO₃)₂, který je v roztoku s vodou trubkou přiveden z nádrže do přístroje na fotolýzu vody. Upravený roztok se vrací zpět přívodem do nádrže. Podstatou dále je, že přístroj na fotolýzu je opatřen zařízením na redoxní reakci, přičemž hydrogenuhličitan vápenatý Ca(HCO3)₂ se v něm redukuje na uhličitan vápenatý CaCO₃ a vodu H₂O, které se přívodem vracejí do nádrže. Zařízení na redoxní reakci přístroje na fotolýzu je tvořeno prů20 chozí trubkou, jedním nebo více generátory záření a jedním nebo více krystaly.

Testováním a laboratorními zkouškami přístroje na úpravu vody č. záp. 19234 byly zkoumány i vodní roztoky, u kterých byly zjištěny po průchodu přístrojem změny vlivem redoxní redukce. Této vlastnosti je využito u nového řešení.

Výhoda zařízení na zpracování kysličníku uhličitého je zejména v tom, že nemá žádné dopady na životní prostředí a může se uplatnit v nejrůznějších průmyslových odvětvích, kde kysličník uhličitý vzniká. Vzhledem k jeho jednoduchosti a nízkým nákladům na pořízení je Široce dostupný. Výhodou zařízení podle technického řešení rovněž je, že uhličitan vápenatý, který úpravou kysličníku uhličitého vzniká, je možno dále průmyslově využít.

Přehled obrázku na vÝkrese

Zařízení na zpracování kysličníku uhličitého je v blokovém schématu znázorněno na připojeném výkrese.

Příklad provedení technického řešení

Zařízení na zpracování kysličníku uhličitého CO₂ je tvořeno nádrží 8, která je naplněna vodou H₂O 2 a usazeným uhličitanem vápenatým CaCO₃ Do nádrže 8 je zapuštěna trubka 1 s přívo35 dem kysličníku uhličitého CO₂. K nádrži 8 je dále připojena tlaková expanzivní nádoba 9 pro vyrovnání tlaku, přívod 10 vody a vypouštěcí ventil JT Na nádrž 8 je přívodní trubkou 4 s čerpadlem 5 průtočně připojen přístroj 6, který je dále propojen s nádrží 8 odvodní trubkou 7. Přístroj 6 pracuje na principu fotolýzy a je popsán v užitném vzoru č, zápisu CZ 19234 U. Přístrojem 6 prochází trubka a jsou v něm uloženy jeden nebo více generátorů záření a jeden nebo více krystalů. Vytvořením optického záření generátorem záření jsou generované paprsky usměrňovány, polarizovány, lámány a otáčeny přes krystal. Tato energie je absorbována průtokovou trubkou, která předává energii dál do vody. Všechny použité materiály přístroje 6 na fotolýzu musí být energeticky příbuzné, tzn. musí mít stejnou orbitální diferenční energii jako je energie vyzařovaná (přijímaná světelná energie). V přístroji 6 dochází k výměně elektromagnetické energie za chemickou energii přes přenos elektronů (jde o redoxní reakci, kdy se některé prvky oxidují a některé redukují).

-2CZ 20757 Ul

Trubkou 1 je do vody H₂O 2 připouštěn kysličník uhelnatý CO₂, který pomocí vody rozpouští uhličitan vápenatý CaCO₃ 3 na hydrogenuhličitan vápenatý (Ca(HCO₃)₂). Jde o reakci

CaCO₃ + H₂O + CO₂ — Ca(HCO₃)₂.

Hydrogenuhličitan vápenatý Ca(HCO₃)₂ je pak v roztoku s vodou přiváděn čerpadlem 5 přívodní 5 trubkou 4 do přístroje 6, který pracuje na principu fotolýzy. Fotolýza znamená rozštěpení molekul s pomocí světelné energie, jako např. podle rovnice 2H₂O -► O₂ + 4JT + 4e .

Voda je donorem elektronů a vodíkových kationtů. Kysličník uhličitý CO₂ se rozloží díky H₂O, což je reduktant. V přístroji 6 působí opačná reakce, podle rovnice ío Ca(HCO₃)₂ —* (CaCO₃ + H₂O + CO₂, ale kysličník uhličitý je fotolýzou redukován. Voda H₂O předá v přístroji 6 na fotolýzu kysličníku uhličitému elektron a ten se redukuje. Probíhá tedy i reakce podle rovnice

CaCO₃ + CO₂ + H₂O - Ca²⁺ + 2 HCO₃‘, kde hraje velkou roli kyselý uhličitan, protože kyseliny a zásady se neutralizují. Po výstupu z 15 přístroje 6 na fotolýzu odchází trubkou 7 zpět do vodní nádrže 8 více koncentrovaný uhličitan vápenatý CaCO₃ a voda H₂O. Zde se celý proces opakuje, CaCO₃ znovu reaguje s CO₂ a H₂O a vzniká Ca(HCO₃)₂.

Přebytečný uhličitan vápenatý se vyjímá z nádrže a je využit k dalšímu použití, např. ve stavebnictví.

Claims (3)

1. 20 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení na zpracování kysličníku uhličitého, vyznačující se tím, že sestává z nádrže (8) s vodou H₂O (2) a usazeným uhličitanem vápenatým CaCO₃ (3), do které je zapuštěn přívod (l) kysličníku uhličitého CO₂ a k níž je průtočně připojen přístroj (6) na fotolýzu vody, přičemž kysličník uhličitý CO₂ rozpouští prostřednictvím vody H₂O (2) uhličitan vápenatý

   25 CaCO₃ (3) na hydrogenuhličitan vápenatý Ca(HCO₃)₂, který se v roztoku s vodou trubkou (4) přivádí z nádrže (8) do přístroje (6) na fotolýzu vody, ze kterého se po úpravě vrací zpět přívodem (7) do nádrže (8).
2. 2. Zařízení na zpracování kysličníku uhličitého podle nároku 1, vyznačující se tím, že přístroj (6) na fotolýzu je opatřen zařízením na redoxní reakci, přičemž hydrogen30 uhličitan vápenatý Ca(HCO₃)₂ se v něm redukuje na uhličitan vápenatý CaCO₃ a vodu H₂O, které se přívodem (7) vracejí do nádrže (8).
3. 3. Zařízení na zpracování kysličníku uhličitého podle nároku 2, vyznačující se tím, že zařízení na redoxní reakci přístroje (6) na fotolýzu je tvořeno průchozí trubkou, jedním nebo více generátory záření a jedním nebo více krystaly.