PL213683B1

PL213683B1 - Method of obtaining carbonic acid

Info

Publication number: PL213683B1
Application number: PL388843A
Authority: PL
Inventors: Franciszek Baszczok; Andrzej Gierszewski
Original assignee: Franciszek Baszczok; Andrzej Gierszewski
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2013-04-30
Also published as: PL388843A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest nowy sposób wytwarzania kwasu węglowego nadający się do wysoko wydajnej produkcji stężonego kwasu węglowego w skali przemysłowej oraz urządzenie nadające się do realizacji tego sposobu.The present invention relates to a new method for the production of carbonic acid suitable for the high-efficiency production of concentrated carbonic acid on an industrial scale and to a device suitable for carrying out this method.

Znane są sposoby produkcji kwasu węglowego polegające na oddziaływaniu gazowym CO2 na wodę lub oddziaływaniem na wodorowęglan sodu wstępnie zakwaszoną wodą.Methods of producing carbonic acid are known which rely on the action of gaseous CO2 on water or the action of sodium bicarbonate with pre-acidified water.

Znane są również sposoby uzyskiwania wody metastabilnej metodami kawitacyjną lub plazmową oraz różne procesy wykorzystujące wodę w stanie metastabilnym.There are also known methods of obtaining metastable water by cavitation or plasma methods and various processes using water in a metastable state.

Z opisu EP2179973 znany jest sposób intensyfikacji otrzymywania biogazu z osadów ścieków komunalnych poprzez kawitację na kawitatorze iglicowym polegający na tym, że surowy osad ściekowy pobiera się z górnej części zbiornika, po czym tłoczy się go za pomocą pompy tłoczącej na kawitator iglicowy, z którego po rozprężeniu podaje się przewodem od dołu do cylindrycznego zbiornika, przez który przepływa, odbiera się go w górnej części zbiornika i przesyła do reaktora do otrzymywania metanu. Urządzenie do realizacji opisanego sposobu obejmuje kawitator iglicowy.EP2179973 describes a method of intensifying biogas production from municipal sewage sludge by cavitation on a needle cavitator, whereby the raw sewage sludge is taken from the upper part of the tank and then pumped onto the needle cavitator by means of a pump, from which after depressurization it is fed through a conduit from the bottom to the cylindrical vessel through which it flows, it is collected at the top of the vessel and sent to the methane production reactor. The device for carrying out the described method comprises a needle cavitator.

Z opisu WO2008/037351 znana jest oczyszczalnia ścieków i metoda uzdatniania wody, które są szczególnie przydatne do mikrobiologicznego uzdatniania wody pitnej bez stosowania dodatków chemicznych. Ujawniona stacja uzdatniania wody wyposażona jest w kawitator gazowy przeznaczony do odgazowywania wody z nadmiernych ilości tlenu i CO2.WO2008 / 037351 discloses a wastewater treatment plant and a water treatment method that are particularly suitable for microbiological treatment of drinking water without the use of chemical additives. The disclosed water treatment plant is equipped with a gas cavitator designed to degas water from excessive amounts of oxygen and CO2.

Z opisu WO2007/127616 znany jest system ogrzewania obejmujący kawitator służący do ogrzewania wody wykorzystywanej jako ciecz grzewcza w opisanym systemie.From WO2007 / 127616, a heating system is known which comprises a cavitator for heating the water used as heating fluid in the system described.

Z opisu WO2011/146622 znany jest sposób i urządzenie do mieszania cieczy i uzyskiwania emulsji obejmujące kawitator cieczowy.WO2011 / 146622 discloses a method and device for mixing a liquid and obtaining an emulsion comprising a liquid cavitator.

Z opisu WO2008/041254 znany jest kawitator elektromechaniczny (soniczny), który jest stosowany do wytwarzania neutronów powstających w cieczy metastabilnej uzyskiwanej w wyniku kawitacji.From WO2008 / 041254 an electromechanical (sonic) cavitator is known, which is used for the production of neutrons formed in a metastable liquid obtained by cavitation.

Z publikacji „Metastable Systems under Pressure”, Springer Verlag 2010, znane są także inne sposoby uzyskiwania wody metastabilnej, w tym metoda plazmowa.From the publication "Metastable Systems under Pressure", Springer Verlag 2010, other methods of obtaining metastable water are also known, including the plasma method.

Powszechnie przyjmuje się, że kwas węglowy pod normalnym ciśnieniem i temperaturze pokojowej lub wyższej, ulega szybkiemu i samoistnemu (czas liczony w minutach) rozkładowi na gazowy dwutlenek węgla (ulatnia się ) i lekko zakwaszoną wodę, która jest słabym roztworem kwasu węglowego o bardzo małym stężeniu (około 1 - 5%).It is commonly accepted that carbonic acid under normal pressure and room temperature or higher decomposes rapidly and spontaneously (time in minutes) into gaseous carbon dioxide (evaporates) and slightly acidified water, which is a weak solution of carbonic acid with a very low concentration (about 15%).

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu wytwarzania kwasu węglowego, korzystnie stężonego, o podwyższonej stabilności. Szczególnie pożądane jest uzyskanie kwasu węglowego, który pozostawałby stabilny w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym przez co najmniej 48 godzin.The object of the present invention is to provide a method for the production of preferably concentrated carbonic acid with increased stability. It is especially desirable to obtain a carbonic acid that remains stable at room temperature and atmospheric pressure for at least 48 hours.

Nieoczekiwanie cel ten został rozwiązany w niniejszym wynalazku.Surprisingly, this object has been solved by the present invention.

Przedmiotem wynalazku sposób wytwarzania kwasu węglowego obejmujący uzyskiwanie wody metastabilnej metodą kawitacyjną lub plazmową charakteryzujący się tym, że podnosi się poziom energetyczny wody uzyskując wodę metastabilną metodą kawitacyjną lub plazmową, następnie wodę o podniesionym poziomie energetycznym poddaje się reakcji z gazowym dwutlenkiem węgla, korzystnie w temperaturze otoczenia i pod ciśnieniem atmosferycznym, przy czym stosowana woda o podniesionym poziomie energetycznym posiada obniżony potencjał redox.The subject of the invention is a method for the production of carbonic acid comprising obtaining metastable water by the cavitation or plasma method, characterized in that the energy level of water is increased to obtain metastable water by the cavitation or plasma method, then the water with an increased energy level is reacted with gaseous carbon dioxide, preferably at ambient temperature. and at atmospheric pressure, the increased energy water used has a reduced redox potential.

Korzystnie, temperatura prowadzenia reakcji wynosi od 15°C do 35°C, przy czym korzystnie temperatura kąpieli wynosi około 30°C.Preferably, the reaction temperature is from 15 ° C to 35 ° C, with the bath temperature preferably being around 30 ° C.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania stężonego kwasu węglowego charakteryzujące tym, że składa się ze zbiornika reakcyjnego oraz umieszczonego w zbiorniku reakcyjnym mieszalnika inżektorowego zasilanego sprężonym dwutlenkiem węgla składającego się z przewodu reakcyjnego oraz przyłączonego do niego za pomocą przewodu doprowadzającego zbiornika na sprężony CO2 wyposażonego w zawór sterujący, przy czym przewód reakcyjny ma postać karbowanego węża wykonanego z niewrażliwego na działanie kwasu metalu lub tworzywa sztucznego.Another object of the invention is a device for the production of concentrated carbonic acid, characterized by the fact that it consists of a reaction vessel and an injector mixer placed in the reaction vessel, fed with pressurized carbon dioxide, consisting of a reaction line and connected to it by a supply line of a pressurized CO2 tank equipped with a valve. control, the reaction line being a corrugated hose made of acid-resistant metal or plastic.

Wynalazek pozwala na produkcję stężonego kwasu węglowego, który pozostaje stabilny w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem w czasie co najmniej 48 godzin. Prowadzone przez twórców badania dotyczące metastabilnych stanów wody doprowadziły do wniosków, że cechy metastabilne wody uzyskane poprzez oddziaływanie plazmy lub oddziaływanie kawitatora (obrotowego,The invention allows the production of concentrated carbonic acid that remains stable at room temperature and normal pressure for at least 48 hours. The research on metastable water states conducted by the authors has led to the conclusion that the metastable characteristics of water obtained through the interaction of plasma or the interaction of the cavitator (rotating,

PL 213 683 B1 przepływowego, tarczowego, sonicznego, hipersonicznego, itp.) mogą być przenoszone na różne związki fizyczne i chemiczne powstające przy użyciu takiej metastabilnej wody. Ponieważ obecnie nie stosuje się powszechnie jednego uniwersalnego parametru fizycznego określającego stopień metastabilności wody, dla celów tego opisu jako kluczowy parametr charakteryzujący wodę w stanie metastabilnym uznano jej wyższy stan energetyczny objawiający się między innymi tym, że woda taka posiada następujące cechy fizyko-chemiczne:Flow, disc, sonic, hypersonic, etc.) can be transferred to a variety of physical and chemical compounds produced using such metastable water. Due to the fact that currently no single universal physical parameter defining the degree of water metastability is commonly used, for the purposes of this description, the key parameter characterizing water in a metastable state is its higher energy state, which is manifested, inter alia, by the fact that such water has the following physico-chemical characteristics:

- wyższe napięcie powierzchniowe,- higher surface tension,

- inną temperaturę zamarzania,- a different freezing point,

- potencjał redox znacząco niższy od wody wodociągowej (bywa, że ujemny),- redox potential significantly lower than tap water (sometimes negative),

- zawiera znacznie mniej wolnych rodników niż zwykła woda.- contains much less free radicals than regular water.

Przeprowadzone eksperymenty pokazały, że połączenie wody w stanie metastabilnym z różnymi substancjami przedłużały nawet do trzech tygodni cechy metastabilności mieszaniny.The conducted experiments showed that the combination of metastable water with various substances prolonged the metastability characteristics of the mixture up to three weeks.

W celu lepszego zrozumienia istoty niniejszego wynalazku, jego przykładowe realizacje zostały zilustrowane na rysunku, na którym:In order to better understand the essence of the present invention, its exemplary implementations have been illustrated in the drawing, in which:

Figura 1 przedstawia schemat przykładowego urządzenia do realizacji sposobu według wynalazku,Figure 1 shows a diagram of an exemplary device for carrying out the method according to the invention,

Figura 2 i 3 przedstawia zdjęcie prototypowego urządzenia do realizacji sposobu według wynalazku.Figures 2 and 3 show a photograph of a prototype device for carrying out the method according to the invention.

Szczegółowy opis korzystnej realizacji niniejszego wynalazku podano w poniższym przykładzie.A detailed description of a preferred embodiment of the present invention is given in the example below.

P r z y k ł a d 1.P r z k ł a d 1.

Wytwarzanie kwasu węglowego sposobem według wynalazku.Production of carbonic acid by the process of the invention.

Do produkcji można zastosować następujące surowce: wodę wodociągową o temperaturze występującej w sieci oraz sprężony gazowy dwutlenek węgla.The following raw materials can be used for production: tap water at the temperature present in the network and compressed carbon dioxide gas.

Warunki prowadzenia procesu produkcyjnego nie odbiegają od zwykłych warunków laboratoryjnych. Proces produkcji może być prowadzony w temperaturze pokojowej otoczenia, korzystnie od 18 do 24°C oraz pod ciśnieniem atmosferycznym.The conditions of the production process do not differ from normal laboratory conditions. The production process can be carried out at ambient room temperature, preferably from 18 to 24 ° C, and at atmospheric pressure.

W pierwszej fazie procesu produkcji stosowaną wodę należy poddać wstępnej obróbce celem podwyższenia jej stanu energetycznego. Etap ten może być przeprowadzony za pomocą jednego z następujących urządzeń: generator plazmy, kawitator mechaniczny (obrotowy , przepływowy , itp.), lub kawitator soniczny (super soniczny, hipersoniczny, itp. ). Po uzyskaniu stanu wyższej energii wody należy ją wprowadzić do zbiornika z inżektorowym nadmuchem dwutlenku węgla o możliwie najdłuższej drodze kontaktu mikro pęcherzyków dwutlenku węgla z wodą. Do realizacji tego etapu procesu może być wykorzystane urządzenie, którego schemat przedstawiono na figurze 1.In the first phase of the production process, the water used should be pre-treated in order to increase its energy state. This step can be performed with one of the following devices: a plasma generator, a mechanical cavitator (rotary, flow, etc.), or a sonic cavitator (super sonic, hypersonic, etc.). After obtaining the state of higher energy of water, it should be introduced into the tank with the injector blowing of carbon dioxide with the longest possible contact distance between the carbon dioxide micro bubbles and the water. The apparatus shown in the diagram in figure 1 can be used to carry out this process step.

Woda o podwyższonym stanie energetycznym jest wlewana do zbiornika. Wypełnia ona przestrzeń zbiornika i wąż (otwarty na obydwu końcach). Dolny koniec węża posiada rozszerzony koniec, wewnątrz którego umieszczony jest inżektor. Do inżektora doprowadzony jest przewód doprowadzający dwutlenek węgla, np. z butli zawierającej sprężony gaz. Regulacja natężenia przepływu gazu realizowana jest na zaworze sterującym. Przepływ gazu przez inżektor powoduje jednoczesny przepływ mikropęcherzyków gazu i wody do węża karbowanego. Po przepłynięciu całej długości węża, nadmiar nieprzereagowanego gazu ulatnia się przez otwór górny do atmosfery.Water with an increased energy state is poured into the reservoir. It fills the tank space and the hose (open at both ends). The lower end of the hose has a flared end inside which the injector is placed. The injector is supplied with a carbon dioxide supply line, e.g. from a pressurized gas cylinder. The gas flow rate is adjusted on the control valve. The flow of gas through the injector causes the simultaneous flow of micro-bubbles of gas and water into the corrugated hose. After the hose has passed the entire length, excess unreacted gas escapes through the top opening to the atmosphere.

Powstający kwas węglowy wypływa do przestrzeni pojemnika i pod wpływem zasysania inżektora, przepływa do dolnej części zbiornika. Może on swobodnie mieszać się ze znajdującą się w tej części zbiornika wodą i ponownie wpływać do węża. Po kilkukrotnej migracji przez wąż wraz z dwutlenkiem węgla dochodzi do znacznego podwyższenia stężenie roztworu kwasu węglowego. Może to być obserwowane za pomocą pomiarów zmian pH uzyskiwanego kwasu. Początkowe pH wody (np. z sieci wodociągowej) to około 7, woda po podniesieniu poziomu energii posiada pH około 6, natomiast kwas węglowy wyprodukowany sposobem według wynalazku może posiadać pH w przedziale od 0 do 4,3, w zależności od stopnia poziomu energetycznego wody oraz czasu i sposobu czasu podawania dwutlenku węgla. Korzystnie uzyskuje się stężenie kwasu węglowego w przedziale od 20% do blisko 100% wag. W szczególnie korzystnej realizacji wynalazku temperatura kąpieli wynosi około 30°C. Temperatura roztworu może ulec niewielkiemu podwyższeniu wobec temperatury otoczenia w wyniku przebiegającej reakcji syntezy.The produced carbonic acid flows into the container space and, under the influence of the injector suction, flows to the bottom of the container. It can mix freely with the water in this part of the tank and flow back into the hose. After several migrations through the hose along with carbon dioxide, the concentration of carbonic acid solution increases significantly. This can be observed by measuring the change in pH of the acid obtained. The initial pH of the water (e.g. from the water mains) is about 7, the water after increasing the energy level has a pH of about 6, while the carbonic acid produced by the method according to the invention may have a pH in the range of 0 to 4.3, depending on the energy level of the water. and the time and manner of feeding the carbon dioxide. Preferably, a concentration of carbonic acid in the range from 20% to nearly 100% by weight is achieved. In a particularly preferred embodiment of the invention, the bath temperature is approximately 30 ° C. The temperature of the solution may be slightly increased compared to the ambient temperature as a result of the ongoing synthesis reaction.

Uzyskany opisanym sposobem kwas węglowy utrzymuje niskie pH uznawane za odpowiadające kwasom przez okres dłuższy niż 48 godzin.The carbonic acid obtained as described above maintains the low pH corresponding to the acids for more than 48 hours.

Claims

A method for the production of carbonic acid comprising obtaining metastable water by the cavitation or plasma method, characterized in that the energy level of water is increased to obtain metastable water by the cavitation or plasma method, then the water with an increased energy level is reacted with carbon dioxide gas, preferably at ambient temperature and at atmospheric pressure, the increased energy water used has a reduced redox potential.

2. The method according to p. The process of claim 1, wherein the reaction temperature is from 15 ° C to 35 ° C, preferably the bath temperature is about 30 ° C.

A device for the production of concentrated carbonic acid, characterized by the fact that it consists of a reaction vessel (2) and an injector mixer placed in the reaction vessel, fed with pressurized carbon dioxide, consisting of a reaction line (10) and connected to it by a feed line (5). ) of a compressed CO ₂ tank (3) provided with a control valve (4), the reaction line (10) having the form of a corrugated hose made of acid-resistant metal or plastic.