UA99863C2 - Спосіб сумісної утилізації сірководню і оксидів вуглецю та пристрій для його реалізації - Google Patents
Спосіб сумісної утилізації сірководню і оксидів вуглецю та пристрій для його реалізації Download PDFInfo
- Publication number
- UA99863C2 UA99863C2 UAA201015042A UAA201015042A UA99863C2 UA 99863 C2 UA99863 C2 UA 99863C2 UA A201015042 A UAA201015042 A UA A201015042A UA A201015042 A UAA201015042 A UA A201015042A UA 99863 C2 UA99863 C2 UA 99863C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- hydrogen sulfide
- carbon
- oxides
- carbon oxides
- cathode
- Prior art date
Links
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002815 homogeneous catalyst Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 abstract description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 5
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 abstract description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 2
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000018936 Vitellaria paradoxa Nutrition 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001392 phosphorus oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- LFGREXWGYUGZLY-UHFFFAOYSA-N phosphoryl Chemical class [P]=O LFGREXWGYUGZLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229940059867 sulfur containing product ectoparasiticides Drugs 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
Винахід належить до електрохімії, а саме до перетворення хімічної енергії в електричну з отриманням корисних продуктів, і може бути використаний в електричних пристроях різного призначення, наприклад в електричних генераторах струму, паливних елементах. Пристрій для сумісної утилізації оксидів вуглецю та сірководню може бути використаний для очищення газів від сірководню, для очищення газів нафтохімічної промисловості. Утилізація оксидів вуглецю з продукуванням речовин, які мають перехідний ступінь окиснення (відмінний від 44), дасть нове джерело вихідних речовин для нафтохімії.
На даний час серед поданих до загального відома робіт по утилізації газів, до складу якого входить сірководень з отриманням при цьому електричної енергії існує ряд досягнень.
Серед них є роботи по утилізації газів, що містять сірководень як домішки, що можуть отруювати каталізатор при роботі на основному паливі (водні) (1, 2), при температурах 600 С
ГІЇ та 1000 "С |2), з отриманням електричної енергії.
Головним сірковмісним продуктом окиснення сірководню була сірка ІЗ-12|. Відповідно до агрегатних станів сірки (температура плавлення 113 "С, температура кипіння 44570) та температур проведення процесів отримують сірку у наступних агрегатних станах: газоподібну
ІЗ,4), при температурах 650-1050 "С ІЗІ, 700-1200 "С |41; рідку І5-7| при температурах 120-370 76
ІБ, 2120 "С І6Ї, 120-180 "С 17); сірка у колоїдному стані (7-12) при температурах: 20-120 7С (7, 60 "С І8І, 25 "С |9І, кімнатна |10, 111, 24 "С (121.
Згідно з температурою проведення процесу використовують різні конструкції та системи.
Передусім визначальною є мембрана, що розділяє катодну та анодну камери та електроліт, у якому розчиняється паливо.
Конструкція, що продукує газоподібну сірку, має у своєму складі твердооксидну іон-провідну мембрану |З, 4), рідку - цеолітну мембрану (5), протон-провідну полімерну мембрану 16,7|, колоїдну - протон-провідну полімерну мембрану І|7-121.
Головною проблемою при проведенні процесу окиснення сірководневих кислот є накопичення колоїдної сірки на активній частині каталізатор-електродної системи (7-9, 121, та/або вивід її з електроліту.
Як окисник у системах, що окиснюють сірковмісні сполуки, виступає кисень у чистому вигляді та/або повітря.
Зо Окиснення палива може відбуватися не тільки за допомогою кисню, а і за допомогою інших окисників, передусім кисневмісних сполук, таких як оксиди нітрогену, оксиди сірки, оксиди фосфору, перекис водню, та некисневмісних сполук: хлору, брому |131І.
Спосіб та пристрій для одержання корисних продуктів з СО» було показано (14) (прототип), де СО» відновлюється протонами у електролізній комірці, де протони продукуються електролізом води з виділенням кисню та пропускаються через протон-провідну мембрану. У камері відновлення СО» протони з першої камери та електрони з зовнішнього джерела струму відновлюють СО» у вуглеводні та метанол.
Основні приклади реакцій відновлення СО» на катоді мають наступний вигляд:
СОо-8Н' ве - СН.2НоО; 260514Н' я 14е - С.Не4НоО; 2605-412Н' я 12е - СН. АН; 2605-12Н' я 12е - СьНьОН « ЗНО;
СОо-2Н'я2е - СО - НоО.
Спосіб і пристрій ілюструються наступним прикладом.
Приклад 1
Дослідний зразок відомої комірки, що вибрана за прототип, зображено на Фіг.
Комірка містить протон-провідну мембрану З платиновий подрібнений анод 1 та мідний подрібнений катод 5. В комірці протон-провідна мембрана, зроблена з гідрофільного іонного матеріалу, що описано у І|15І| ділить структуру на дві камери. В анодній камері, платинова маса 1 утримується проволоченою сіткою, яка слугує струмовідводом для аноду. У ролі електрокаталізатора 2 у аноді для окиснення води слугує платинова чернь розміщена у вуглецевій тканині, в кількості 2 мг/см". Електрокаталізатор 4, що використовується як катод, складається з суміші оксидів Си, 2п та АЇ з загальною кількістю 45 905 мас. СиО, 27,5 Уо мас. 2п0, 27,5 Уо мас. АІ»Оз, розміщені у вуглецевій тканині, в кількості 1 мг/см"7 СиО, та розміщений у комірці у внутрішньому контакті з протон-провідною мембраною 3. Провідник струму для катоду
Є мідна маса 5, з'єднана з зовнішньою електропроводкою. Комірка спроектована в такому вигляді, що монтаж провідників струму 1 та 5, електрокаталізатори 2 та 4, протон-провідна мембрана 3 стиснуті разом в структурі комірки задля забезпечення хорошого транспорту іонів, електронів та молекул в реакційну зону на електрокаталізаторі.
Катодна камера б заповнена водним розчином 0,1М КНСО», який виступає в ролі полегшувача транспортування СО» та утримання для наступного аналізу виробництва метанолу в комірці СО» пропускається крізь цей розчин протягом електрохімічного синтезу для забезпечення насичення продуктом. СО», що подається в катодну камеру 6, спочатку пропускали крізь захоплювач вологи, захоплювач вуглеводнів та захоплювач кисню.
Перед електросинтезом в анодну камеру додають воду. Після цього у кількості 0,5 дм'/хв.
СО» подають в катодну камеру протягом години. Патенціостатичний електросинтез потім підключається, контролюючись патенціостатом/гальваностатом, протягом З годин. Рідкий електроліт був при температурі навколишнього середовища близько 19:2 "С, та СО», на катоді подається з тиском 1 бар. Експеримент електросинтезу проходив з загальним комірковим потенціалом в межах від 250 до 800 мВ. Електросинтетичні продукти містилися в рідкому електроліті в катодній камері 6 та були проаналізовані шляхом газової хроматографії.
Недоліком способу, вибраного як прототип, є те, що він використовує для відновлення СО» протони з води, що продукуються шляхом прикладання електричного струму, що висуває додаткові вимоги до якості води.
Недоліком пристрою, вибраного як прототип, є те, що електрична енергія має подаватися ззовні, призводячи до додаткових затрат електричної енергії.
В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу з метою одночасної утилізації оксидів вуглецю та сірководню з отриманням корисних продуктів для промисловості.
Поставлена задача вирішується застосуванням способу сумісної утилізації сірководню та оксидів вуглецю електролітичним методом, який відрізняється тим, що використовує: - як окисник оксиди вуглецю (СО»5, СО) або суміш оксидів вуглецю (СО», СО) та нітрогену (Ме); - як відновник - сірководень; - як електроліт - водний розчин солей; - як електроди - вуглець в різних алотропних модифікаціях з каталізатором - металом з 49- та р-груп, оксидами, карбідами, сульфідами та карбонатами металів або як електрод (катод чи/та анод) - вуглець у різних алотропних модифікаціях без каталізатора на його поверхні; - та містить у електролітній суміші гомогенний каталізатор на основі комплексу металу з а- зо або р-групи або гомогенний каталізатор на основі комплексів 2-х або більше металів з а- та р- груп; - або містить у катодній електролітній суміші гомогенний каталізатор на основі комплексу металу з а9- або р-групи або гомогенний каталізатор на основі комплексів 2-х або більше металів з 9- та р-груп, а у анодній електролітній суміші відмінний за будовою гомогенний каталізатор на основі комплексу металу з а- або р-групи або гомогенний каталізатор на основі комплексів 2-х або більше металів з а9- та р-груп, а також відрізняється тим, що одержують одночасно електричний струм, корисні продукти складу НАЗвОс з відновника, корисні неорганічні сірковмісні продукти з відновника, корисні органічні продукти з окисника (спирти, альдегіди, кетони, кислоти, карбамід).
Поставлену задачу вирішують тим, що як відновник виступає сірководень, який має нижчу енергію іонізації ніж водень та вода. Це дає можливість не прикладати електричну енергію, а отримувати її додатково.
В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою з метою заміни енергозатрат на добування електричної енергії та отримання корисних продуктів.
Поставлена задача вирішується застосуванням пристрою для сумісної утилізації сірководню та оксидів вуглецю електролітичним методом, який відрізняється тим, що має корпус, заповнений електролітною сумішшю з гомогенним каталізатором (катодним та анодним) або без нього, в середині корпусу розміщується позитивний окисникКовий і негативний паливний газодифузійні електроди з струмовідводами, і в якому катодну та анодну камери відділяє
БО протон-провідна мембрана, як електроліт використовують водний розчин солей, як електроди використовують вуглець в різних алотропних модифікаціях з каталізаторами або без них, як каталізатор використовують метал з а- та р-груп, оксиди, карбіди, сульфіди та карбонати металів на електроді, як гомогенний каталізатор в електролітній суміші використовують каталізатор на основі комплексу металу або 2-х чи більше металів з а- чи р-групи, а гомогенний каталізатор анодний та катодний можуть бути однакові або відмінні за будовою.
Дані задачі досягаються наступними чином: 1) створення газорідинного пристрою, який має позитивний газодифузійний вуглецевий, платиновий або скелетно-срібляний електрод, негативний вуглецевий металізований або оксидний електрод з каталізатором та паливно-електролітну суміш, яка містить в собі бо сірководень. Як каталізатор використовуються елементи групи, в склад якої входить платина,
паладій, іридій, осмій, рутеній, родій, золото, магній, алюміній, титан, кремній, германій, оксиди, карбіди, сульфіди і карбонати металів; або створення газорідинного пристрою, який має газодифузійний вуглецевий анод, паливно-електролітно-каталітичну суміш, яка містить в собі сірководень та гомогенний каталізатор на основі комплексів металів групи, до складу якої входить д-елементи та метали р-групи; 2) створення газорідинного пристрою, який має газодифузійний вуглецевий катод, окиснико- електролітно-каталітичну суміш, яка містить в собі оксид чи оксиди вуглецю, продукти реакції та гомогенний каталізатор на основі комплексів металів групи, до складу якої входить а- елементи та метали р-групи; 3) як паливно-електролітну суміш використовує розчин сірководню та солей, які розчиняються у воді, в тому числі морська вода, або газоподібний сірководень, який пропускається через каталітичний шар, який знаходиться в середовищі електроліту у наступному співвідношенні компонентів, 9Уо мас.: сірководень 0,3-90,0 вода (у тому числі морська) 1,0-98,9 хлорид натрію 0,1-45,0 сульфат натрію 0,1-45,0 хлорид калію 0,1-40,0 сульфат калію 0,1-30,0 хлорид магнію 0,1-45,0 сульфат магнію 0,1-45,0 карбонат натрію 0,01-10,0; 4) як окиснико-електролітну суміш використовує розчин оксидів вуглецю та солей, які розчиняються у воді, в тому числі морська вода, або газоподібні оксиди вуглецю, які пропускається через каталітичний шар, який знаходиться в середовищі електроліту у наступному співвідношенні компонентів, 9Уо мас.: (9:02; 0,1-90,0 (Ф:0) 0,0-90,0 вода (у тому числі морська) 1,0-98,2 хлорид натрію 0,1-45,0 сульфат натрію 0,1-45,0 хлорид калію 0,1-40,0 сульфат калію 0,1-30,0 хлорид магнію 0,1-45,0 сульфат магнію 0,1-45,0 карбонат натрію 0,01-45,0 карбонат калію 0,0-45,0 гідрооксид калію 0,0-45,0 гідрооксид натрію 0,0-45,0.
Новим у заявленому способі є: використання як окисника сірководню оксидів вуглецю (СО»,
СО), спосіб на відміну від попередніх здатен виробляти одночасно електричну енергію та корисні продукти.
Порівняльний аналіз з прототипами показав, що цей винахід має наявність нових складових: окисника - оксидів вуглецю; продуктів - вуглеводні, кисневмісні органічні сполуки, карбамід; електродів з каталізатором, підібраних для цього виду палива; гомогенних каталізаторів для окиснення сірководню; гомогенних каталізаторів для відновлення оксидів вуглецю.
Таким чином, запропонований спосіб відповідає критерію винаходу "новизна". В науковій та реферативній літературі нами не знайдені публікації по використанню як окисника в електролітичному методі оксиду вуглецю (ІМ) та/"або оксиду вуглецю (ІЇ) з одержанням електричної енергії, що дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "винахідницький рівень". зо На Фіг. 2 схематично зображено запропонований пристрій, який має наступний вигляд: корпус 1 з пористими мембранами; 2 заповнений електролітною сумішшю. В середині корпусу розміщується позитивний електрод 3; та негативний паливний електрод 4 з струмовідводами 5 (316 (тк).
В процесі роботи пристрою на катоді протікає відновлення СО» та СО за реакціями:
о Ауелектролітінаступніреакції.у 77777711
Як видно з наведених реакцій окиснювальну здатність мають також продукти реакції, які при продовженні відновлення будуть виступати в ролі напівпродуктів.
На аноді сірководень окиснюється з утворенням різних аніонів за реакцією: або або
Електрорушійна сила (Е.Р.С.) системи Е - Еокисника - Евідновника МОЖе КОЛИВатися від Е:-0,95 - (-0,311) - 1,261 В до Е2-0,1 - (-0,003) - 0,097 В, але при цьому не будуть перебігати деякі реакції (8-10), але у кожному разі Евос. » 0, що підтверджує електрохімічну дійсність роботи цього елемента.
Мінімальний вміст сірководню в паливно-електролитній суміші визначають розчинністю Но5 у водно-сольових розчинах. Як позитивний електрод використовують різні модифікації вуглецевих електродів з гідрофобізованим запірним шаром, які й досі потребують досконалості через отруєння їх продуктами відновлення, які дозволяють забезпечити стабільність характеристик реактора та інертні у морській воді.
Негативний та позитивний електроди виконують з вуглецю різних алотропних форм (в залежності від призначення устрою) з каталізатором, вибраним з груп: 1 - Рі, Ра, Ви, Іг, О5, Ви; 2 - Ам, Ад, би; З - Мао, АЇ, Са; 4 - 5, Ті, бе; 5 - Мо, МУ, М; їх оксидів, карбідів, сульфідів та карбонатів або без нього. Каталізатори вибрані за критеріями достатньої активності та стійкості при умовах роботи реактора.
Каталізатор використовують у вигляді металу або його сполук і наносять на електрод хімічним або електрохімічним осадженням, напиленням або у суміші з струмопровідним зв'язуючим. Нанесені на графіт сплави металів з алюмінієм обробляють лугом для отримання пористої структури каталізатора.
Приготовлені таким методом електроди, володіють високою питомою поверхнею та достатньою активністю у реакціях окиснення сірководню.
Як позитивний електрод використовують електропровідний графіт з гідро- та електроіїзольованим сталевим струмовідводом. зо Електролітична суміш може містити гомогенний каталізатор на основі комплексів металів групи, до складу якої входить д-елементи та метали р-групи.
Пропонований винахід ілюструється схемою для здійснення пропонованого способу і пристрою. Фіг. 2.
Як електроди (3, 4) використовують електропровідний графіт, у комірку засипають активоване вугілля з нанесеним на нього каталізатором: для сірководню - з Си; для О»о та СО» - з Ее з гідро- та електроізольованим мідним струмовідводом (6). Як паливно-електролітну суміш
А використовують водний розчин складу: сірководню 0,378 9о мас., Масі 18 г/л. Процес перебігає у динамічних умовах з пропусканням паливно-електролітної суміші зі швидкістю 100 мл/год. Між комірками знаходиться протон-провідна мембрана МФ-4-СК (2). Вольт-амперні характеристики знімаються при прикладанні опору від 10 до 10000 Ом, вимірювання проводять при температурі 2076.
Результати наведені на Фіг. З, де як порівняння роботи пристрою по утилізації сірководню з окисненням повітрям та окисненням сірководню за допомогою СО». При значеннях густини струму більших за "0" реакція окиснення сірководню перебігає з утворенням електричного струму, на обох кривих воно більше за "0", що свідчить про окиснення сірководню киснем повітря та СО». При відсутності подачі окисника (повітря чи СО») та подачі сірководню значення струму складає 0,0 МКА/см".
Спосіб та пристрій для сумісної утилізації оксидів вуглецю та сірководню може бути використаний для очищення газів від сірководню, наприклад газів газових та газоконденсатних родовищ, запобігаючи втратам вуглеводнів, очищення газів нафтохімічної промисловості (передусім, викидів процесу гідроочищення), очищення водню від сірководню (окиснення сірководню перебігає м'яко без втрат водню). Утилізація оксидів вуглецю з продукуванням речовин, які мають перехідний ступінь окиснення (відмінний від 14), дасть нове джерело вихідних речовин для нафтохімії, оминаючи процеси роботи з синтез-газом, які перебігають при високих температурах і тисках.
Перелік посилань: 1. Патент 34311465, НО1ТМ 27/30, "Меїтоа ог охіділіпуд гезідоца! Нь5 о 50» іп а їШеї сеї", їйеа 13.08.1964, 4.03.1969. 2. 2007/112435МУО, НОМ 88/12, "Ббоїйй охіде те! сей ргосе55 апа аррагайшв", йеа 28.03.2006,4.10.2007. 3. Патент 492001505, НОїЇН 8/06, "ЕІесігоспетісаї Ньб сопуегвіоп" йейа 29.09.1988, 24.04.1990. 4. Патент 2486672СА, НОТМ 4/88, НОТМ 4/90, НОТМ 8/22, "ЕІесігоде саїйаІувзі Тог Н25 Тїшеї сеї",
Шеа 13.05.2003, 20.11.2003. 5. Патент 4544461 05, С258 1/00, С258 11/00, "Нуадгодеп зиШіде десотрозійоп сеїЇ апа зо саїауїс тагепаї!5 (пегегог", Шей 28.03.1983, 1.10.1985. б. Патент 2328355СА, НОМ 8/22, НОМ 8/06, НОМ 8/12, С258 1/00, СО18 17/04, "Еесігоспетісаї! охідайоп ої пуагодеп зиіде", йеа 16.04.1999, 28.10.1999. 7. Патент 32495225, 05 СІ. 204-92, "Еіюесітоспетіса! охідайоп ої пудгодеп зийае", йеа 23.02.1965, 33.05.1966.
З5 8. Патент ОЗ 3874930, НОТМ 27/30, "Рне! сеї зузіет іпсійдіпуд 5оцгсе ої їшШе! сопіаїіпіпу пуагодеп зийає апа теїноа ої ивіпд", йеа 29.01.1970, 1.04.1975. 9. Патент 0127595ЕР, С258 11/4, НОМ 44/90, НОМ 8/22, СТОК 1/10, "Нуагодеп зйийіає десотрозійоп сеї! сагауїс таїгегіа!5 (егетог", йеа 26.03.1984, 05.12.1984. 10. Патент 432018005, НО1ТМ 8/18, "Ршеї! сеїІ", Яеа 14.10.1980, 16.03.1982. 11. Патент 2004/114430УМО, НОМ, "Химический источник тока - топливньій злемент, работающий на сероводороде", заявка 22.06.2004, 29.12.2004. 12. Патент 2006/025758УМО, НОТМ 8/08, НО1ТМ 8/20, "Ргосев5 апа їшеї сеїЇ изіпд Н25 їиеї Тог депегаїййпо еїесігіс роугег", йеа 30.08.2005, 9.03.2006. 13. Фильштих В. Топливнье злементь. - М.: Мир, 1968.-419с. 14. Патент 2008/017838УО, С258 3/04, "Рцеї! зупіпевів", йеа 08.08.2007, 14.02.2008. 15. Патент 03/023890Уи/0, НОТМ 8/10, НОТВ 1/12, СОВЕ 26/00, 226/00, С258 9/02, "Нуагорнпійїс роїутегв апа ІПеїг иве іп еіІесінсаї сеїїв", йеа 9.09.2002, 20.03.2003.
Claims (2)
1. Спосіб сумісної утилізації сірководню та оксидів вуглецю електролітичним методом, який відрізняється тим, що проводять процес окиснення із використанням як окисника газів, що містять оксиди вуглецю СО», СО, а також проводять процес відновлення із використанням газів, що містять сірководень, а також як електроліт використовують водний розчин солей, а як 55 електроди використовують вуглець в різних алотропних модифікаціях, як каталізатор використовують метал з а- та р-груп, оксиди, карбіди, сульфіди та карбонати металів на електроді, як гомогенний каталізатор в електролітній суміші використовують каталізатор на основі комплексу металу або 2-х чи більше металів з а- чи р-групи.
2. Пристрій для сумісної утилізації сірководню та оксидів вуглецю електролітичним методом, 6о який відрізняється тим, що має корпус, заповнений електролітною сумішшю з гомогенним
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201015042A UA99863C2 (uk) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Спосіб сумісної утилізації сірководню і оксидів вуглецю та пристрій для його реалізації |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201015042A UA99863C2 (uk) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Спосіб сумісної утилізації сірководню і оксидів вуглецю та пристрій для його реалізації |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA99863C2 true UA99863C2 (uk) | 2012-10-10 |
Family
ID=50850993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201015042A UA99863C2 (uk) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Спосіб сумісної утилізації сірководню і оксидів вуглецю та пристрій для його реалізації |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA99863C2 (uk) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016167835A1 (en) * | 2015-04-16 | 2016-10-20 | Saudi Arabian Oil Company | Methods for co-processing carbon dioxides and hydrogen sulfide |
-
2010
- 2010-12-14 UA UAA201015042A patent/UA99863C2/uk unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016167835A1 (en) * | 2015-04-16 | 2016-10-20 | Saudi Arabian Oil Company | Methods for co-processing carbon dioxides and hydrogen sulfide |
| US9951430B2 (en) | 2015-04-16 | 2018-04-24 | Saudi Arabian Oil Company | Methods for co-processing carbon dioxide and hydrogen sulfide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Asghari et al. | Advances, opportunities, and challenges of hydrogen and oxygen production from seawater electrolysis: An electrocatalysis perspective | |
| Bahuguna et al. | Routes to avoiding chlorine evolution in seawater electrolysis: recent perspective and future directions | |
| Wang et al. | Electrochemical urea oxidation in different environment: from mechanism to devices | |
| Munoz et al. | Palladium–copper electrocatalyst for the promotion of the electrochemical oxidation of polyalcohol fuels in the alkaline direct alcohol fuel cell | |
| EP2898120B1 (en) | Devices and processes for the electrolytic reduction of carbon dioxide and carbon dioxide sensor | |
| US6241871B1 (en) | Electrochemical oxidation of hydrogen sulfide | |
| US10738387B2 (en) | Electrochemical cell containing a graphene coated electrode | |
| US4959131A (en) | Gas phase CO2 reduction to hydrocarbons at solid polymer electrolyte cells | |
| WO2019020239A1 (en) | CO-ELECTROLYTIC CELL DESIGN ENABLING EFFICIENT CO2 REDUCTION IN A LOW TEMPERATURE GAS PHASE | |
| Lan et al. | Investigation of a Cu (core)/CuO (shell) catalyst for electrochemical reduction of CO2 in aqueous soultion | |
| Liu et al. | Poisoning of acetone to Pt and Au electrodes for electrooxidation of 2-propanol in alkaline medium | |
| Guerra-Balcázar et al. | Synthesis of Au/C and Au/Pani for anode electrodes in glucose microfluidic fuel cell | |
| CN102056866A (zh) | 通过还原二氧化碳(CO2)和/或一氧化碳(CO)制备CxHyO2型化合物的方法 | |
| GB2508795A (en) | Electrolysis electrocatalyst comprising palladium and iridium | |
| US11050076B1 (en) | Flow cell systems, flow cell batteries, and hydrogen production processes | |
| US20200036037A1 (en) | Electrodes Comprising Metal Introduced Into a Solid-State Electrolyte | |
| JP2009515036A (ja) | アルカリ媒体中におけるアンモニア及びエタノールを酸化するためのカーボンファイバー電極触媒、ならびに水素生成、燃料電池および精製プロセスへのその適用 | |
| Hasnat et al. | Lean Cu-immobilized Pt and Pd films/–H+ conducting membrane assemblies: relative electrocatalytic nitrate reduction activities | |
| Kriek et al. | SO2-an indirect source of energy | |
| Seo et al. | Insight toward the role of Fe in layered Ni (OH) 2 for electrochemical oxidations of water and 5-hydroxymethylfurfural | |
| WO2008009742A1 (en) | Anodic catalysts consisting of noble metals spontaneously deposited onto nanostructured catalysts composed of transition metals, their synthesis and use in fuel cells | |
| Choi et al. | Semi-solid electrolyte with layered heterometallic low-valent electron-mediator enabling indirect destruction of gaseous toluene | |
| US20200010964A1 (en) | Methods of and systems for electrochemical reduction of substrates | |
| Chang et al. | An investigation of thermally prepared electrodes for oxygen reduction in alkaline solution | |
| US9299991B2 (en) | Electrochemical deposition of nanoscale catalyst particles |