PL213683B1 - Sposób oraz urządzenie do wytwarzania kwasu węglowego - Google Patents

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.

Znane są sposoby produkcji kwasu węglowego polegające na oddziaływaniu gazowym CO2 na wodę lub oddziaływaniem na wodorowęglan sodu wstępnie zakwaszoną wodą.

Znane są również sposoby uzyskiwania wody metastabilnej metodami kawitacyjną lub plazmową oraz różne procesy wykorzystujące wodę w stanie metastabilnym.

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.

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.

Z opisu WO2007/127616 znany jest system ogrzewania obejmujący kawitator służący do ogrzewania wody wykorzystywanej jako ciecz grzewcza w opisanym systemie.

Z opisu WO2011/146622 znany jest sposób i urządzenie do mieszania cieczy i uzyskiwania emulsji obejmujące kawitator cieczowy.

Z opisu WO2008/041254 znany jest kawitator elektromechaniczny (soniczny), który jest stosowany do wytwarzania neutronów powstających w cieczy metastabilnej uzyskiwanej w wyniku kawitacji.

Z publikacji „Metastable Systems under Pressure”, Springer Verlag 2010, znane są także inne sposoby uzyskiwania wody metastabilnej, w tym metoda plazmowa.

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%).

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.

Nieoczekiwanie cel ten został rozwiązany w niniejszym wynalazku.

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.

Korzystnie, temperatura prowadzenia reakcji wynosi od 15°C do 35°C, przy czym korzystnie temperatura kąpieli wynosi około 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.

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,

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:

- wyższe napięcie powierzchniowe,

- inną temperaturę zamarzania,

- potencjał redox znacząco niższy od wody wodociągowej (bywa, że ujemny),

- zawiera znacznie mniej wolnych rodników niż zwykła woda.

Przeprowadzone eksperymenty pokazały, że połączenie wody w stanie metastabilnym z różnymi substancjami przedłużały nawet do trzech tygodni cechy metastabilności mieszaniny.

W celu lepszego zrozumienia istoty niniejszego wynalazku, jego przykładowe realizacje zostały zilustrowane na rysunku, na którym:

Figura 1 przedstawia schemat przykładowego urządzenia do realizacji sposobu według wynalazku,

Figura 2 i 3 przedstawia zdjęcie prototypowego urządzenia do realizacji sposobu według wynalazku.

Szczegółowy opis korzystnej realizacji niniejszego wynalazku podano w poniższym przykładzie.

P r z y k ł a d 1.

Wytwarzanie kwasu węglowego sposobem według wynalazku.

Do produkcji można zastosować następujące surowce: wodę wodociągową o temperaturze występującej w sieci oraz sprężony gazowy dwutlenek węgla.

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.

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.

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.

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.

Uzyskany opisanym sposobem kwas węglowy utrzymuje niskie pH uznawane za odpowiadające kwasom przez okres dłuższy niż 48 godzin.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania kwasu węglowego obejmujący uzyskiwanie wody metastabilnej metodą kawitacyjną lub plazmową, znamienny 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.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura prowadzenia reakcji wynosi od 15°C do 35°C, przy czym korzystnie temperatura kąpieli wynosi około 30°C.

3. Urządzenie do wytwarzania stężonego kwasu węglowego, znamienne tym, że składa się ze zbiornika reakcyjnego (2) oraz umieszczonego w zbiorniku reakcyjnym mieszalnika inżektorowego zasilanego sprężonym dwutlenkiem węgla składającego się z przewodu reakcyjnego (10) oraz przyłączonego do niego za pomocą przewodu doprowadzającego (5) zbiornika na sprężony CO₂ (3) wyposażonego w zawór sterujący (4), przy czym przewód reakcyjny (10) ma postać karbowanego węża wykonanego z niewrażliwego na działanie kwasu metalu lub tworzywa sztucznego.