PL244986B1 - Sposób i instalacja do fotoindukowanej konwersji CO2 do metanolu - Google Patents
Sposób i instalacja do fotoindukowanej konwersji CO2 do metanolu Download PDFInfo
- Publication number
- PL244986B1 PL244986B1 PL436198A PL43619820A PL244986B1 PL 244986 B1 PL244986 B1 PL 244986B1 PL 436198 A PL436198 A PL 436198A PL 43619820 A PL43619820 A PL 43619820A PL 244986 B1 PL244986 B1 PL 244986B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- graphene
- reaction tank
- methanol
- tank
- installation
- Prior art date
Links
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 120
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 14
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 125000001570 methylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])[*:2] 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
- C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
- C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
- C07C29/153—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the catalyst used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
- C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
- C07C29/159—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with reducing agents other than hydrogen or hydrogen-containing gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/122—Incoherent waves
- B01J19/123—Ultraviolet light
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C31/00—Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
- C07C31/02—Monohydroxylic acyclic alcohols
- C07C31/04—Methanol
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania metanolu na drodze konwersji CO<sub>2</sub> w procesie fotokatalitycznym, gdzie do zbiornika reakcyjnego dostarcza się ciecz bazową (A) w postaci zdemineralizowanej i nasyconej CO<sub>2</sub> wody oraz dostarcza się materiał grafenowy (B) i zawartość zbiornika reakcyjnego poddaje się działaniu promieniowania elektromagnetycznego o długości fali w zakresie fal świetlnych UV—VIS—FIR, które jest generowane przez emiter (D). Wynalazek dotyczy także instalacji do realizacji sposobu.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób i instalacja do fotoindukowanej konwersji CO2 do metanolu.
Znane są metody syntezy CH3OH przez fotokataliczną reakcję CO2 rozpuszczonego w wodzie przy wykorzystaniu nanorozmiarowych katalizatorów, [I. Ganesh, Conversion of carbon dioxide to methano using solar Energy, Current Science 101,731,2011],
Znane są metody fotostymulowanej syntezy CH3OH przez zastosowanie jako katalizatorów cząstek tlenku grafenu zdyspergowanego w wodzie [Hsi-Cheng Hsu et al., Graphene oxide as promising photocatalyst for CO2 to methanol conversion, Nanoscale 5, 262, 2013; Xiaogiang An et al. Cu2O/Reduced Graphene Oxide Composites forthe Photocatalytic Conversion of CO2, ChemSusChem 7, 1086, 2014],
Znane są sposoby wytwarzania metanolu z metodą fotokataliczną wykorzystując T1O2 modyfikowany Ru i WO3. (D. Nazimek, B. Czech, Mat. Sci. Eng. 19, 012010, 2011. PL Patent 208030B1, „Katalizator do syntezy metanolu i jego pochodnych”.
W toku prac badawczo-rozwojowych Twórcy wynalazku opracowali nowy sposób syntezy metanolu poprzez fotoindukowaną konwersję CO2.
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania metanolu na drodze konwersji CO2 w procesie fotokatalityczym wykorzystując jako katalizator materiał grafenowy, w którym w zbiorniku reakcyjnym umieszcza się ciecz bazową w postaci zdemineralizowanej i nasyconej CO2 wody oraz materiał grafenowy w postaci proszku tlenku grafenu, grafenu porowatego, płatków grafenowych, aerożelu lub kropek grafenowych o rozmiarach od 0,1 do 100 μητ, po czym zawartość zbiornika reakcyjnego poddaje się działaniu wiązki promieniowania elektromagnetycznego o długości fali w zakresie fal świetlnych UV-VIS-FIR, które jest generowane przez emiter, po czym opary metanolu kierowane są do skraplacza metanolu na zewnątrz zbiornika reakcyjnego, zaś skropliny metanolu są gromadzone w zbiorniku pośrednim.
Zgodnie ze sposobem według wynalazku, doprowadzenie wiązki promieniowania elektromagnetycznego za pomocą emitera do mieszaniny reakcyjnej w zbiorniku powoduje powstawanie efektu fotoelektrycznego czyli uwalnianie swobodnych elektronów e- z materiału grafenowego, na skutek którego następują kaskadowo reakcje chemiczne: najpierw następuje jonizacja wody w cieczy bazowej według równania reakcji:
H2O 2H+ + 2e + '/2 O2 (1), a następnie redukcja zawartego w cieczy bazowej dwutlenku węgla do metanolu według równania reakcji: CO2 + 6H+ + 6e' -+ CH3OH + H2O (2).
Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się wodę w stanie krytycznym bądź podkrytycznym, która umożliwia wysokie nasycenie CO2, przy czym stężenie CO2 w cieczy bazowej wynosi 7 g/l.
W sposobie według wynalazku katalizatorem reakcji jest materiał grafenowy, który może być dostarczany do zbiornika reakcyjnego w postaci drobin, tlenku grafenu, pianki grafenowej, przy czym materiał grafenowy w takiej postaci rozproszony jest w cieczy bazowej. Dodatkowo, na skutek wydzielania się w czasie procesu gazów, cząsteczki materiału grafenowego są podrywane do góry i równomiernie zawieszone w całej objętości cieczy bazowej, tworząc zawiesinę. W sposobie według wynalazku jako materiał grafenowy można zastosować także aerożelowy bloczek, który umieszcza się w zbiorniku reakcyjnym.
W sposobie według wynalazku stosuje się materiał grafenowy, w którym rozmiar cząstek grafenu wynosi od 0,1 do 100 μητ, przy czym materiał grafenowy ma postać proszku tlenku grafenu, grafenu porowatego, płatków grafenowych, aerożelu lub kropek grafenowych o rozmiarach od 0,1 do 100 μΠΊ.
Korzystnie, stężenie materiału grafenowego w zbiorniku reakcyjnym wynosi 0,1 μπι na 1 g wody zdemineralizowanej (bez CO2).
Sposób według wynalazku można realizować także z udziałem cieczy bazowej z dodatkiem innych optycznie nieaktywnych substancji, dla których moment wydzielenia metanolu pozwala na inicjację procesu chemicznego (np. żelowanie).
W sposobie według wynalazku emiter pracuje w trybie ciągłym lub impulsowym, emitując fale elektromagnetyczne o długości fali w zakresie 400-1100 nm, korzystnie 650-1100 nm.
Sposób według wynalazku można realizować w trybie ciągłym lub okresowym w zbiornikach z określoną ilością substratów oraz zbiornikach ze stałym dopływem surowców (cieczy bazowej) i materiału grafenowego i odbiorem metanolu, takich jak fotodestylatory.
Zgodnie z wynalazkiem sposób prowadzony jest w zbiorniku reakcyjnym, którego przynajmniej część powierzchni musi być wykonana z przeźroczystego częściowo lub całkowicie przepuszczalnego dla zakresu fal świetlnych UV-VIS-FIR materiału, na przykład może być to zamykana kapsuła, puszka lub reaktor z oknem przeziernym dla promieniowania elektromagnetycznego. W przypadku, gdy tylko część powierzchni zbiornika jest przepuszczalna dla fal świetlnych UV-VIS-FIR, takie okno jest usytuowane na dnie zbiornika reakcyjnego, gdyż wówczas pod zbiornikiem znajduje się układ optyczny emitujący promieniowanie elektromagnetyczne. Schemat ideowy prowadzenia sposobu według wynalazku przedstawiono na Fig. 1.
Przedmiotem wynalazku jest także instalacja do wytwarzania metanolu na drodze konwersji CO2 w procesie fotokatalitycznym, przy czym instalacja wyposażona jest w zbiornik reakcyjny mieszczący ciecz reakcyjną zawierającą grafen, charakteryzująca się tym, że zbiornik reakcyjny wykonany z co najmniej przeźroczystego, co najmniej częściowo przepuszczalnego dla zakresu fal świetlnych UV-VIS-FIR materiału, przy czym zbiornik reakcyjny połączony jest od góry ze zbiornikiem cieczy bazowej w postaci zdemineralizowanej i nasyconej CO2 wody, zaopatrzonym w programowalną pompę wtłaczającą oraz połączony od góry z podsystemem skraplacza oparów, przy czym podsystem skraplacza oparów połączony jest w górnej części z odgazowywaczem a w dolnej części z pośrednim zbiornikiem na metanol i dalej zbiornik pośredni przez zawór połączony jest z docelowym zbiornikiem na metanol wyposażonym w programowalną pompę, ponadto w zbiorniku reakcyjnym znajduje się materiał grafenowy (2) w postaci proszku tlenku grafenu, grafenu porowatego, płatków grafenowych, aerożelu lub kropek grafenowych o rozmiarach od 0,1 do 100, korzystnie zawiesina drobin grafenowych i zbiornik reakcyjny podłączony jest od góry przez doprowadzenie gazu nośnego z regulatorem procesowym podłączonym do instalacji gazów nośnych, zaś w części, gdzie zbiornik reakcyjny wykonany z przeźroczystego częściowo lub całkowicie i przepuszczalnego dla zakresu fal świetlnych UV-VIS-FIR materiału znajduje się układ optyczny wyposażony w czujnik światła i połączony światłowodem z emiterem promieniowania elektromagnetycznego, przy czym zbiornik reakcyjny osadzony jest w korpusie za pomocą mocowania i dodatkowo w dolnej części zbiornika reakcyjnego znajduje się czujnik temperatury, a w górnej części zbiornika reakcyjnego znajduje się czujnik ciśnienia.
Zgodnie z wynalazkiem emiterem światła może być matryca LED mocy lub lampa halogenowa z reflektorem oraz diody luminescencyjne, diody laserowe albo lasery. W przypadku zastosowania jako katalizatora aerożelowego bloczku grafenowego korzystnie jest jako emiter stosować skupioną wiązkę promieniowania laserowego emitującego światło białe.
Rozwiązanie według wynalazku zilustrowano na figurach rysunku, na których
Fig. 1 przedstawia schemat ideowy generowania metanolu sposobem według wynalazku przy użyciu kapsuły zawierającej ciecz bazową (H2O + CO2), materiał grafenowy (2) (płatkowy, aerożel), laser, diodę LED (6) oraz korpus (1) (kapsuła, puszka, reaktor) z przeźroczystym oknem (oknami) kwarcowym (szklanym).
Fig. 2 przedstawia przekrój pionowy instalacji do wytwarzania metanolu w cyklu produkcyjnym (fotodestylator), wykaz oznaczeń: 1 - reaktor fotokatalityczny (podsystem reaktorów chemicznych), 2 - zawiesina materiału grafenowego w wodzie wysoce nasyconej CO2, 3 - korpus reaktora katalitycznego, 4 - mocowanie fotoreaktora (przeźroczystego kwarcowego, bądź z oknem kwarcowym), 5 - podsystem oświetlacza (laserowego, LED, halogenowego), 6 - emiter światła: dioda laserowa, 6A - matryca LED mocy, 6B - lampa halogenowa z reflektorem, 7 - światłowód, 8 - układ optyczny, 9 - zbiornik wody z programowalną pompą wtłaczającą, 10 - doprowadzenie gazu nośnego (Ar, CO2), 11 - regulator procesowy (masowy regulator przepływu, regulator ciśnienia), 12 - instalacja gazów nośnych, 13 - podsystem skraplacza oparów z oczyszczaczem (destylator), 14 - odgazowywacz, 15 - pośredni zbiornik na metanol, 16 - zawór programowalny, 17 - docelowy zbiornik na metanol z programowalną pompą, T - czujnik temperatury, P - czujnik ciśnienia, F - czujnik światła.
Wynalazek przedstawiono bliżej w przykładzie wykonania, który nie ogranicza jego zakresu.
Przykład 1
Kapsuła z metanolem o zaprogramowanym jego stężeniu
W przeźroczystej kapsule (bądź z oknem kwarcowym) 1 z zawartością wody nasyconej CO2 jako ciecz bazowa umieszczona jest niewielka ilość materiału grafenowego 2 (0,1 μg / 1 g wody) w postaci drobnych płatków, pianek czy aerożelu. Działanie wiązką światła ze źródła laserowego, bądź LED-owego 6 (lub mieszanego) powoduje generowanie metanolu do określonego jego stężenia (od 1% do 18%) w wodzie. Programowanie stężenia dokonuje się poprzez odpowiedni czas ekspozycji na działanie światła, bądź natężeniem strumienia świetlnego. Następnie kapsuła może zostać poddana procesowi standardowej destylacji celem pozyskania metanolu. Schemat ideowy realizowania sposobu według wynalazku przy użyciu kapsuły przedstawiono na Fig. 1.
Rozwiązanie można zastosować w fotokatalitycznych generatorach wodoru opartych na fotolizie, gdzie korzystne stężenia metanolu wynoszą do 2%.
Przykład 2
Fotodestylator metanolu z wykorzystaniem grafenu jako katalizatora
Fig. 2 przedstawia schemat instalacji do produkcji metanolu w procesie fotokatalitycznym. W przeźroczystym reaktorze fotokatalitycznym 1 umieszczono zawiesinę opartą o zdemineralizowaną wodę poddaną nasyceniu CO2, w której znajdują się drobiny grafenu płatkowego. W zawiesinie 2 korzystnie materiał grafenowy powinien być jak najbardziej rozdrobniony (mikrometryczna wielkość drobin grafenowych, najkorzystniej kropki grafenowe). Całość reaktora umieszczona jest w stabilnym i wyizolowanym termicznie korpusie jako reaktor chemiczny 3. Fotokatalityczny reaktor 1 najkorzystniej umieszczony jest w korpusie 3, tak żeby uzyskać jak najmniejsze straty optyczne i termiczne dzięki zapewnionemu układowi mocowania 4. Na zawiesinę 2 działa wiązka światła z systemu naświetlającego 5 na bazie przyrządów laserowych 6 (półprzewodnikowych, ew. Nd:YAG). System naświetlacza 5 może być oparty o diody LED dużej mocy 6A (matryca diod LED/laserowych) lub oświetlenie halogenowe (HID) 6B. Zawiesina może być naświetlana z dowolnego miejsca (od spodu, z boku, od góry) w zależności od docelowego projektu wykonawczego urządzenia. Korzystnie jest zastosowanie wiązki światłowodowej 7 podłączonej do dedykowanego układu optycznego 8 (układ soczewek). Korzystnie poziom ilości wody (stężenie zawiesiny) uzupełniany jest poprzez programowalną pompę 9 zintegrowaną ze zbiornikiem. Tlen wypierany jest z fotoreaktora poprzez układ gazu nośnego 10 (Argon, CO2) z instalacji gazowej 11. Wygenerowane w procesie fotokatalitycznym opary metanolu wraz z innymi produktami gazowymi trafiają do selektywnego skraplacza metanolu 13 z układem odgazowującym 14. Skropliny metanolu gromadzone są w zbiorniku pośrednim 15. Ciekły metanol odbierany jest poprzez programowalny zawór 16 do docelowego zbiornika 17 wyposażonego w pompę.
W oparciu o powyższe rozwiązanie z dostosowanym ogniwem paliwowym istnieje możliwość wykonania generatora prądu elektrycznego na bazie ogniwa paliwowego PEM zasilanego z metanolu wygenerowanego w procesie fotokatalitycznym poprzez naświetlanie zawiesiny wody nasyconej CO2 i grafenu.
Claims (6)
1. Sposób wytwarzania metanolu na drodze konwersji CO2 w procesie fotokatalityczym wykorzystując jako katalizator materiał grafenowy, znamienny tym, że w zbiorniku reakcyjnym (1) umieszcza się ciecz bazową w postaci zdemineralizowanej i nasyconej CO2 wody oraz materiał grafenowy (2) w postaci proszku tlenku grafenu, grafenu porowatego, płatków grafenowych, aerożelu lub kropek grafenowych o rozmiarach od 0,1 do 100 μm, po czym zawartość zbiornika reakcyjnego (1) poddaje się działaniu wiązki promieniowania elektromagnetycznego o długości fali w zakresie fal świetlnych UV-VIS-FIR, które jest generowane przez emiter (6), po czym opary metanolu kierowane są do skraplacza metanolu (13) na zewnątrz zbiornika reakcyjnego (1), zaś skropliny metanolu są gromadzone w zbiorniku pośrednim (15).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie CO2 w cieczy bazowej wynosi 7 g/l.
3. Sposób według zastrzeż. 1-2 znamienny tym, że stężenie materiału grafenowego (2) w zbiorniku reakcyjnym (1) wynosi 0,1 μg na 1 g wody zdemineralizowanej.
4. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń 1-3 znamienny tym, że emiter (6) pracuje w trybie ciągłym lub impulsowym, emitując fale elektromagnetyczne o długości fali w zakresie 400-1100 nm, korzystnie 650-1100 nm.
5. Instalacja do wytwarzania metanolu na drodze konwersji CO2 w procesie fotokatalityczym, przy czym instalacja wyposażona jest w zbiornik reakcyjny (1) mieszczący ciecz reakcyjną zawierającą grafen, znamienna tym, że zbiornik reakcyjny (1) wykonany z co najmniej przeźroczystego, co najmniej częściowo przepuszczalnego dla zakresu fal świetlnych UV-VIS-FIR materiału, przy czym zbiornik reakcyjny (1) połączony jest od góry ze zbiornikiem cieczy bazowej (9) w postaci zdemineralizowanej i nasyconej CO2 wody, zaopatrzonym w programowalną pompę wtłaczającą oraz połączony od góry z podsystemem skraplacza oparów (13),
PL 244986 Β1 przy czym podsystem skraplacza oparów (13) połączony jest w górnej części z odgazowywaczem (14) a w dolnej części z pośrednim zbiornikiem (15) na metanol i dalej zbiornik pośredni (15) przez zawór (16) połączony jest z docelowym zbiornikiem (17) na metanol wyposażonym w programowalną pompę, ponadto w zbiorniku reakcyjnym (1) znajduje się materiał grafenowy (2) w postaci proszku tlenku grafenu, grafenu porowatego, płatków grafenowych, aerożelu lub kropek graf en owych o rozmiarach od 0,1 do 100 μητ, korzystnie zawiesina drobin grafenowych i zbiornik reakcyjny (1) podłączony jest od góry przez doprowadzenie gazu nośnego (10) z regulatorem procesowym (11) podłączonym do instalacji gazów nośnych (12), zaś w części, gdzie zbiornik reakcyjny (1) wykonany z przeźroczystego częściowo lub całkowicie i przepuszczalnego dla zakresu fal świetlnych UV-VIS-FIR materiału znajduje się układ optyczny (8) wyposażony w czujnik światła (F) i połączony światłowodem (7) z emiterem promieniowania elektromagnetycznego (6), przy czym zbiornik reakcyjny (1) osadzony jest w korpusie (3) za pomocą mocowania (4) i dodatkowo w dolnej części zbiornika reakcyjnego (1) znajduje się czujnik temperatury (T), a w górnej części zbiornika reakcyjnego (1) znajduje się czujnik ciśnienia (P).
6. Instalacja według zastrz. 5, znamienna tym, że emiterem światła (6) jest matryca LED mocy (6A) lub lampa halogenowa z reflektorem (6B).
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL436198A PL244986B1 (pl) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Sposób i instalacja do fotoindukowanej konwersji CO2 do metanolu |
| PCT/PL2021/050083 WO2022119463A1 (en) | 2020-12-02 | 2021-11-29 | Method and device for the photoinduced conversion of co2 to methanol |
| EP21830538.1A EP4255874A1 (en) | 2020-12-02 | 2021-11-29 | Method and device for the photoinduced conversion of co2 to methanol |
| US18/255,011 US20240002318A1 (en) | 2020-12-02 | 2021-11-29 | Method and device for the photoinduced conversion of co2 to methanol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL436198A PL244986B1 (pl) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Sposób i instalacja do fotoindukowanej konwersji CO2 do metanolu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL436198A1 PL436198A1 (pl) | 2022-06-06 |
| PL244986B1 true PL244986B1 (pl) | 2024-04-15 |
Family
ID=79021155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL436198A PL244986B1 (pl) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Sposób i instalacja do fotoindukowanej konwersji CO2 do metanolu |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240002318A1 (pl) |
| EP (1) | EP4255874A1 (pl) |
| PL (1) | PL244986B1 (pl) |
| WO (1) | WO2022119463A1 (pl) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL208030B1 (pl) | 2008-09-29 | 2011-03-31 | Stanisław Jabłoński | Katalizator do syntezy metanolu i jego pochodnych |
| CN205146185U (zh) * | 2015-11-28 | 2016-04-13 | 西安科技大学 | 一种光催化还原co2固定床反应装置 |
| CN105289421B (zh) * | 2015-11-28 | 2017-09-05 | 西安科技大学 | 石墨烯宏观材料光催化还原co2制备甲醇的设备及方法 |
-
2020
- 2020-12-02 PL PL436198A patent/PL244986B1/pl unknown
-
2021
- 2021-11-29 EP EP21830538.1A patent/EP4255874A1/en active Pending
- 2021-11-29 US US18/255,011 patent/US20240002318A1/en active Pending
- 2021-11-29 WO PCT/PL2021/050083 patent/WO2022119463A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022119463A1 (en) | 2022-06-09 |
| EP4255874A1 (en) | 2023-10-11 |
| PL436198A1 (pl) | 2022-06-06 |
| US20240002318A1 (en) | 2024-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8475722B2 (en) | Hydrogen generation device and method of using same | |
| CN102712467A (zh) | 改进的用于二氧化碳与氢气反应的催化方法 | |
| JP2022063186A (ja) | 光触媒を用いた水素ガス製造装置 | |
| JP5131444B2 (ja) | 二酸化炭素の還元方法及び還元装置 | |
| US20050226808A1 (en) | Laser photo-catalytic process for the production of hydrogen | |
| KR101814128B1 (ko) | 액상 플라즈마와 광촉매를 이용한 수소 제조방법 | |
| CN116332125B (zh) | 使用了光催化剂的氢气制造装置 | |
| JP2012245511A (ja) | 高付価物質変換方法および高付価物質変換装置 | |
| US20240002318A1 (en) | Method and device for the photoinduced conversion of co2 to methanol | |
| US7985397B2 (en) | Method of treating hydrogen sulfide, method of producing hydrogen, and photocatalytic-reaction apparatus | |
| JP2009067650A (ja) | アンモニアの分解システム | |
| TWI607963B (zh) | 氫氣製備方法、系統與用於其中的溶液 | |
| JP2013237587A (ja) | 光触媒を用いた水素生成装置 | |
| JP7809265B2 (ja) | 水素生成システム | |
| CN115304026A (zh) | 激光分解水蒸汽制氢系统 | |
| CN114945549A (zh) | 甲酸生成方法及甲酸生成系统 | |
| RO133144B1 (ro) | Instalaţie mobilă de producere fotocatalitică a hidrogenului utilizând energia solară | |
| PL247561B1 (pl) | Urządzenie do wytwarzania wodoru | |
| CN112117020A (zh) | 一种光热协同催化处理氚水的方法 | |
| JP2011105534A (ja) | 内燃機関及び燃料電池用水素供給装置 | |
| JP7736642B2 (ja) | 光触媒を用いた水素ガス製造装置 | |
| RU2792643C1 (ru) | Способ получения водорода | |
| CN101905070A (zh) | 一种以发光二极管为光源的光催化降解有机污染物的方法 | |
| JP2025141057A (ja) | 水素発生装置 | |
| WO2025069650A1 (ja) | メタンガス変換方法及びメタンガス変換装置 |