----8<----
----8<----
----8<----
|
Получение метанола - высокооктановая присадка для бензина
Краткие сведения о метаноле. Метанол, метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, СН3ОН — простейший алифатический спирт, бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим запах этилового спирта. Температура кипения +64,5°C, температура замерзания —97,8°C, плотность — 792 г/л. Пределы взрывоопасных концентраций в воздухе 6,7—36% по объему. Октановое число больше 110. Температура воспламенения 467°C, Теплота сгорания 24000 кдж/кг — меньше, чем у бензина (44000 кдж/кг), поэтому расход метанола (в литрах) будет выше примерно в два раза. Как топливо применяется в гоночных машинах, например в "Формуле-1". МЕТИЛОВЫЙ СПИРТ смешивается в любых концентрациях с водой, органическими растворителями и ЯДОВИТ, выпитые 30 миллилитров метанола могут быть СМЕРТЕЛЬНЫ, если не принять срочных мер! Пары также ядовиты! Традиционно метанол получали возгонкой древесины. Но более перспективен способ получения метанола — из природного газа. В дальнейшем по мере совершенствования этой технологии возможны и другие источники сырья, например биомасса(навоз). Промышленные способы получения метилового спирта пока недостаточно эффективны для использования метанола в качества топлива, но в ближайшие десятилетия цена на нефть будет только подниматься и ситуация может изменится в пользу спиртового топлива (особенно при использовании автомобилей на топливных ячейках). Природный газ, как известно, почти на 100% состоит из метана — СН4. Ни в коем случае не надо его путать с баллонным газом пропан-бутаном, последний является продуктом крекинга нефти и используется напрямую в качестве автомобильного топлива. Впрочем, это и делают многие автомобилисты, устанавливая соответствующее оборудование. А при использовании метанола никакого дополнительного оборудования не требуется. Мы подробно опишем, как, используя метанол в качестве топлива, как можно существенно повысить мощность двигателя. Пока же только скажем, что это достигается увеличением диаметра главных жиклеров или уменьшением количества воздуха в топливной смеси. Итак, о химии процесса получения метанола из природного газа.Метан при неполном окислении превращается в окись углерода и водорода, реакция эта выглядит следующим образом: 2СН4+О2—>2СО+4Н2+16,1
ккал. Более простой технологически способ проходит по реакции конверсии метана с водяным паром: СН4+Н20—>СО+ЗН2 - 49ккал. В первом уравнении стоит +16,1 ккал. Это означает, что реакция идет с выделением тепла. Во втором - с поглощением. Тем не менее, мы остановимся на втором способе получения окиси углерода и водорода. При наличии этих двух компонентов уже можно напрямую синтезировать метанол. Реакция идет по следующей формуле: СО+2Н2<=>СН3ОН. Сложность в том, что конечный продукт получается лишь при высоком
давлении и высокой температуре (Р>20 атм., Т=350 градусов), но
при наличии катализатора этот процесс смещается вправо и при низком
давлении. Полученный метанол выводится из реакции охлаждением до
конденсации, а не сконденсировавшие газы будем сжигать. При
правильном сжигании остатков водорода и СО никаких вредных веществ
не выделяется (отходы СО2 и Н20 — безвредны),
так что никаких вытяжных устройств не требуется. Дальше метанол
заливается через трубку, обязательно с герметизацией (!), в
канистру. Как видите, химический процесс очень прост, он
основывается на двух реакциях. Сложности есть только технологические
и по мерам безопасности. Мы ведь имеем здесь дело с сильно горючими
и ядовитыми веществами. Нужно опасаться как взрыва, так и утечки
этих газов. Поэтому — необходимо строжайше соблюдать технологию и
правила обращения, которые мы будем описывать. Для сборки установки
нужно будет приобрести: лист нержавеющей стали (1мм), трубку из
"нержавейки" бесшовную, наружным диаметром 6—8 мм, толщиной стенок
не менее 1 мм и длиной около 2 метров, компрессор от любого бытового
холодильника (можно со свалок, но рабочий). Ну и само собой
разумеется нужна будет аргоновая электросварка.
ТЕПЛООБМЕННИКИТеплообменники обычно состоят из трубок, окруженных охлаждающей средой. В обиходе их называют "змеевиками". Для жидкостей, теплопроводность которых велика, такой теплообменник может быть приемлем. Но с газами ситуация совершенно другая. Дело в том, что на небольших скоростях поток газа движется ламинарно и практически не обменивается теплом с окружающей средой. Посмотрите на дымок, подымающийся от горящей сигареты. Эта стройная струйка дыма и есть ламинарный поток. Сам факт. что дымок поднимается вверх, говорит о его высокой температуре. А то, что он остается цельным прутком примерно на высоту до 20 сантиметров подъема, свидетельствует о сохранении им тепла. То есть на этом расстоянии даже при совсем малых скоростях поток газа не успевает охладиться, обменяться теплом с воздухом. Именно вследствие ламинарности потока газовые теплообменники приходится конструировать громоздкими. Внутри их трубок появляются "сквозняки", которые даже на десятках метров практически не дают теплообмена.Это хорошо известно тем, кто когда-либо гнал самогон. (Всякий опыт полезен!) Длинная, интенсивно охлаждаемая трубка, из неё вытекает конденсат, но при этом обязательно идет и пар. Значит, теплообмен недостаточно эффективен. Проблема, однако, имеет решения и оно может быть несложным. Наполнить трубку, например, медным порошком (см. рис.1). Для производительности 10 л/час теплообменник может быть длиной 600 мм, а для 3 л/час должно хватить и 200 мм, высота h — 20 мм. Размеры частиц могут варьироваться, оптимум где-то в пределах 0,5—1 мм. Учитывая задачи теплообмена, материалом корпуса могут быть и железо, и медь, и алюминий, материалом набивки — медь, алюминий, — что найдется. Тогда вокруг каждой частички металла струйка газа будет
образовывать завихрения. Тем самым сразу ликвидируются сквозняки и
поток становится турбулентным. Ну и одновременно увеличивается в
огромной степени контакт газа с охлаждаемой поверхностью. Набитый в
трубку порошок меди постоянно принимает или отдает тепло стенкам, и
поскольку теплопроводность меди примерно в 100 тысяч раз выше
теплопроводности газа, то газ сравнительно быстро примет температуру
стенок, если мы будем их интенсивно охлаждать. Нужно учесть, что с
уменьшением размеров частиц и увеличением их количества растет также
и сопротивление газовому потоку. Поэтому вряд ли удастся
использовать для теплообменника частицы мельче 0,5—1 мм. Проточную
охлаждающую воду, конечно, целесообразно пропускать навстречу потоку
газа. Это дает возможность в каждый точке теплообменника иметь свою
определенную температуру. Поскольку тепловой контакт у нас близок к
идеальному, температура на выходе конденсируемой жидкости будет
равна температуре охлаждающей жидкости. Вот каков по идее
обсуждаемый здесь теплообменник. Приведенный эскиз есть не что иное,
как дистиллятор, он же самогонный аппарат, он же теплообменник.
Производительность такого дистиллятора прикидочно 10 литров в час.
При включении в сеть переменного тока обмотки включаются поочередно с частотою 50 Гц. При этом ферромагнитный порошок непрерывно сжимает и расширяет катализатор, обеспечивая пульсирующую проходимость газа. Если же включать электромагниты в трехфазною сеть (см. рис.4), то в этом случае обеспечивается поступательная пульсация сжатий, и за счет этого непрерывно газ будет сжиматься в продольном направлении вперед. Таким образом, система работает, как насос. При этом — многократно перемешивая газ, сжимая и расширяя его и тысячекратно увеличивая интенсивность процесса на катализаторе. Попутно частички катализатора трутся друг о друга и о ферритовый абразивный порошок, что приводит к их очистке от загрязняющих пленок. Схема работает следующим образом: с частотой 50 Гц происходит смена полярности на питании. Ток
попеременно проходит по обмотке 1,3 и 2,4 (см. рис. 2). При этом в
них появляется магнитное поле, которое намагничивает ферромагнитные
частицы и заставляет их взаимодействовать друг с другом, вовлекая в
движение частицы катализатора. Таким образом попеременно возникает
для газа проходимость сквозь мелкие частицы, сменяемая большим
сопротивлением, оказываемым сдавленной массой частиц. И самое
главное: активность катализатора, сжимающего и разжимающего
реагирующий газ, по еще не изученным причинам повышается
дополнительно в 20—50 раз. Работа описанного каталитического
реактора эквивалентна реактору размером метров в 20—30. Увеличить
производительность реактора можно, включая обмотки в трехфазную
сеть. При этом система работает не как клапаны, а как активный
насос, совмещая все положительные эффекты первой схемы и
дополнительно принуждая газ перемещаться в направлении смещения
сдвига фаз. При таком включении важно правильно выбрать фазировку.
Итак, в реакторе, приведенном здесь, работают следующие
положительные факторы: 1. Увеличение площади катализатора в 300—1000 раз за счет
уменьшения размеров частиц. Недостаток этого реактора — повышенное сопротивление потоку газа
— устраняется попеременным уплотнением — освобождением частиц внутри
четных—нечетных катушек. Одна важная деталь: необходимо
теплоизолировать катушки от корпуса реактора. В связи с этим, а
также из практических соображений автором сайта были внесены
следующие изменения (см.рис.справа): Следует отметить, что подобная схема реактора(рис.2) была
заявлена на патент (автор - Г.Н. Вакс), она может работать в любых
каталитических газовых процессах. Поэтому для химиков — это не
домашняя разработка, а принципиально новый, еще не совсем изученный,
но эффективный реактор. По всей видимости, эффекты усилятся при
подаче прямоугольных импульсов или колебаний высокой
частоты.
ПРОИЗВОДСТВО СИНТЕЗ—ГАЗА.СИНТЕЗ—ГАЗОМ называется смесь H2 и СО, необходимая для производства метанола. Поэтому вначале рассмотрим технологию синтез-газа. Традиционные методы получения СО и H2 из метана (CH4) состоят в том, что метан смешивается с водяным паром и в нагретом состоянии поступает в реактор, где к паро-метанной смеси добавляется дозированное количество кислорода. При этом происходят следующие реакции:[1] СН4 + 202 <—> СО2 +
2Н2О + 890 кдж ; Как видно, некоторые реакции эндотермические — с
поглощением тепла — а некоторые экзотермические — с выделением. Наша
задача создать такой баланс, чтобы реакции шли с контролируемым
выделением тепла. Итак, вначале требуется дозированное смешение
Н2О и СН4. Традиционные методы ведения этого
процесса сложны и громоздки. Мы будем насыщать метан водяными парами
путем пропускания пузырьков этого газа через нагретую до 100
градусов Цельсия воду, а чтобы пузырьки активно разбивались,
размещаем на их пути твердые ферритовые частички размером 1—2 мм. Но
в этой массе рано или поздно пузырьки находят дорогу и затем,
практически не разбиваясь, проходят по образовавшемуся каналу. Чтобы
этого не происходило, частички из феррита и смесительную камеру
ставим в соленоид с подачей переменного тока. В этом существенное
отличие нашего диспергатора (см.рис 5). Под действием вибрации
частиц феррита в пульсирующем магнитном поле пузырьки метана
постоянно разбиваются, проходят сложный зигзагообразный путь и
насыщаются парами воды. К соленоиду жестких требований нет,
поскольку запитывается он от ЛАТРа или от регулятора света (в
продаже имеются). Регулировка напряжения на соленоиде необходима,
чтобы, изменяя магнитное поле, одновременно изменять и степень
насыщения метана парами воды. О цели этих изменений будет сказано
ниже. Количество витков в катушке может быть от 500 до 1000. Диаметр
провода 0,1— 0,3мм. Труба диспергатора берется из неферромагнитного
металла, поэтому в переменном магнитном поле она будет
разогреваться. Кроме того, и метан поступает в воду разогретым.
Поэтому специального нагревателя для воды не требуется (прим.-
ошибочное мнение! Воду предварительно надо нагреть до кипения,
например газовой грелкой, иначе не получить нужного количества
водяного пара). Ещё необходим бачок для подпитки водой, поскольку
она непрерывно расходуется на образование паро-метановой смеси, для
этой цели подойдет сливной бачок от стандартного унитаза, чьё
сливное отверстие закрывается стальной пластиной, с приваренной
сливной трубкой, конец этой трубки вставляется в диспергатор и
изгибается вниз на 180°(см.рис.5), делается это с целью
безопасности, чтобы исключить попадание газа-метана в бачок. ВНИМАНИЕ: необходимо расположить бачок таким образом, чтобы
уровень воды в смесителе—диспергаторе не поднимался выше 150 мм,
т.е. до половины его высоты, это связано с величиной давления в
газовой сети (=150 мм водного столба!), иначе вода будет
препятствовать проходу газа-метана в диспергатор. Также воду перед
подачей в бачок необходимо очистить от примесей хлора. С этим
справятся стандартные средства очистки воды для бытовых
целей. САМЫМ СЛОЖНЫМ И ОТВЕТСТВЕННЫМ УЗЛОМ УСТАНОВКИ ЯВЛЯЕТСЯ
КОНВЕРТОР-РЕАКТОР (см. рис.7), где происходит конверсия метана
(превращение его в синтез—газ). СН4 + Н2О <—> СО + ЗН2 - 206 кдж , с потерей тепла, а значит нужно обязательно подводить тепло в
конвертор. Для этого паро-метановый газ мы пропускаем через трубки,
обогреваемые горелками. Конвертор работает следующим образом:
ЕЩЁ ОДИН ИЗ ОТВЕТСТВЕННЫХ УЗЛОВ — это эжекторный
смеситель подачи воздуха и метана в камеру конвертора (см.рис.8.)
Эжекторный смеситель воздуха и метана состоит из двух сопел одно
подает метан, насыщенный парами воды, а другое — эжектор воздуха.
Воздух поступает от компрессора , количество его регулируется
клапаном давления (Рис.9.). Компрессор может быть практически от
любого бытового холодильника, давление регулируется от "нуля" до
необходимого, которое будет не на много выше давления в газовой
магистрали (т.е. =>150 мм.вод.ст.). ПЕРЕЙДЕМ К ОБЩЕЙ СХЕМЕ УСТАНОВКИ. Работа общей схемы: из газовой магистрали метан поступает через вентиль (14) в теплообменник (3.1), разогревается до 250—300°C, затем поступает в фильтрующий реактор (15), который работает по принципу каталитического насоса (см.рис.2-только диаметр трубы=8см), содержит в себе окись цинка - для очистки газа от примесей серы и лишь затем газ поступает в смеситель—диспергатор (2), где насыщается парами воды. Вода (дистиллированная) добавляется в диспергатор непрерывно из бачка (1). Вышедшая газовая смесь поступает в теплообменник (3.2), где разогревается до 500—600°C и идет в конвертор (4). На NiO — катализаторе при температуре 800°C происходит реакция [2]. Для создания этой температуры работают горелки (12). После установления температурных режимов включается компрессор (5) и постепенно подается воздух в смеситель (11). Повышение давления осуществляется путем вворачивания винта в клапане (8). Одновременно уменьшаем пламя на горелках (12) при помощи вентиля (14.2). Полученный на выходе синтез—газ поступает в теплообменники (3.1; 3.2), где охлаждается до температуры 320—350°. Затем синтез—газ поступает в синтезатор метанола (6), где на катализаторе из смеси одинакового количества ZnO, CuO, CoO происходит превращение его в метанол СН3ОН. Смесь газообразных продуктов на выхода охлаждается в теплообменнике (3.3). который описан выше (см.рис.1) и поступает в накопительный бачок (10). В верхней его части находится трубка — фитиль (13), где дожигаются продукты, которые не прореагировали в процессах. Поджигание необходимо, обязательно! ![Работа общей схемы.
Метан через вентиль (14) поступает в теплообменник (3.1), разогревается до 250—300 градусов
и поступает через реактор-фильтр (15) в смеситель—диспергатор (2), где насыщается парами воды.
Вода добавляется в диспергатор непрерывно из бачка(1). Вышедшая газовая смесь поступает в теплообменник (3.2),
где разогревается до 500—600 градусов и идет в конвертор (4).
На NiO — катализаторе при температуре 800—900 градусов происходит реакция [2].
Рабочую температуру создают горелки (12).](1.files/met_16.gif)
НЕСКОЛЬКО СОВЕТОВ. Катализаторы можно готовить самому путем
прокаливания порошковых металлов на воздухе. Измерение температуры
можно осуществлять при помощи термоиндикаторных красок, которые в
настоящее время достаточно распространены. Измерение нужно проводить
на входных и выходных трубках. Если термокрасок вы не достанете,
можно изготовить сплав олово — свинец — цинк. При определенных,
найденных экспериментально пропорциях смешения они будут иметь
необходимую температуру плавления. Нанося полученные сплавы на
трубки и следя за их плавлением, можно с некоторой погрешностью
контролировать температуру. Если вы не допустили образования газовых
карманов (т.е. полностью заполнены все полости соответствующей
крошкой), если устранили утечки и самое главное — своевременно
зажжен и постоянно горит фитиль (11), то установка будет абсолютно
безопасна. Подбирая катализаторы можно повышать тепловой КПД,
увеличить процент выхода метанола. Для достижения оптимума здесь
требуются эксперименты. Они проводятся во многих институтах разных
стран. В России к числу таких НИИ относится, например,
ГИАП(Государственный институт азотной промышленности). Следует иметь
в виду, что получение метанола из природного газа в компактных
установках — новое дело, и многие процессы еще недостаточно изучены.
В то же время метанол — одно из самых экологически чистых и
практически идеальных топлив. И, самое главное, получение его
основано на безграничных и возобновляемых ресурсах — метане.
 |
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НАСОС (РЕАКТОР, см.рис.2)
Смесь ферромагнитного порошка с катализатором
помещается в немагнитную трубку, например, из стекла, керамики,
можно и в алюминиевую или медную. Теперь смотрите, какая может быть
схема. Снаружи трубки идут обмотки катушек. Каждая из них включена
через диоды, так, например, как дано на рис.3.
Конвертор состоит из кислород-паро-метанового
смесителя и реакционных каталитических колонн. Вообще, реакция идет
с выделением тепла. Однако в нашем случае, чтобы процесс начался, на
подводящих трубках проводим нагрев, поскольку мы осуществляем
конверсию метана по реакции [2]:
----8<----
|
Регистрация ООО бизнес и право Телефон: (495) 542-40-81 юр. адреса medifast discount ремонт механизированная стяжка в комнате. |