Способ получения искусственной нефти из парниковых газов

Способ получения искусственной нефти из парниковых газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу получения искусственной нефти из парниковых газов, причем способ эффективен в промышленном масштабе и осуществляется непрерывно. Посредством данного способа можно эффективно зафиксировать, преобразовать и переоценить СО₂, а также другие парниковые газы (NO_x, CH₄, …) и таким образом достичь негативного чистого баланса, или, другими словами, этот способ позволяет зафиксировать больше СО₂, чем выработать, что и благоприятно и экологически безопасно для окружающей среды.

Таким образом, получают высокоэнергетическую искусственную нефть, подходящую для применения в любом двигателе внутреннего сгорания, турбине или бойлере. Эта искусственная нефть отличается, главным образом, своей аналогией с применяемым в настоящее время топливом (смесью химических компонентов, углеводородов, из которых после стадии очистки получают различные типы очищенного топлива, такого как бензин, дизельное топливо, керосин и т.д.).

Более того, настоящее изобретение относится к применению искусственной нефти в двигателях внутреннего сгорания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Под глобальным потеплением понимают повышение средних температур земной атмосферы и океанов, что приводит к изменению климата. Это повышение усилилось в последние десятилетия 20 века и начале 21 века в результате деятельности человека, как следствие промышленных выбросов (выбросов парниковых газов, таких как NO_x, СО₂, CH₄ и т.д.) наряду с вырубкой лесов, что до некоторой степени нарушило существующее равновесие в природе. Это явление известно как парниковый эффект.

Парниковые газы поглощают фотоны инфракрасной области спектра, испускаемые землей, нагретой солнцем. Энергии этих фотонов недостаточно для запуска химических реакций с разрывом ковалентных связей, скорее они просто повышают энергию вращения и вибрации вовлеченных молекул. За счет столкновения молекул избыток энергии затем переносится на другие молекулы в форме кинетической энергии, то есть происходит нагрев, повышая температуру воздуха. Таким же образом атмосфера остывает, испуская инфракрасную энергию, при этом соответствующие переходы из вибрирующего и вращающегося состояния в молекулах приводят к более низким уровням энергии. Все эти переходы требуют изменений дипольного момента молекул (то есть модификаций в распределении электрических зарядов по их полярным связям), что не затрагивает двух основных газов, из которых состоит воздух, а именно, азота (N₂) и кислорода, в молекулах которых, поскольку они образованы двумя одинаковыми атомами, отсутствует какой-либо дипольный момент.

«Антропогенная теория» прогнозирует, что глобальное потепление будет продолжаться, если парниковые газы продолжат выделяться. Человеческий род на сегодня один из самых существенных климатических агентов. Его влияние началось с вырубки лесов для выращивания зерновых или под пастбища, тем не менее, в настоящее время влияние человека сильно возросло вследствие продукции обильных выбросов газов, которые вызывают парниковый эффект, то есть СО₂ от заводов и транспортных средств и метана от интенсивного животноводства и с рисовых полей.

На сегодняшний день и выбросы газов и вырубка лесов возросли до такой степени, что их снижение оказалось бы затруднительным в ближайшем и отсроченном будущем вследствие технических и экономических последствий для вовлеченных производств.

К концу 17 века человек начал использовать ископаемое топливо, накопленное в недрах Земли за ее геологическую историю. Керосин, уголь и природный газ привели к повышению СО₂ в атмосфере, который недавно достиг 1,4 частей на миллион в год и создает в результате повышение температуры. Полагают, что поскольку человек начал измерять температуру около 150 лет назад (в индустриальную эру), она возросла на 0,5°С, и предполагают, что будет на 1°С выше к 2020 и на 2°С к 2050.

Существует несколько возможных эффектов глобального потепления, которые согласно теориям глобального потепления будут гипотетически влиять на окружающую среду и жизнь человека. Основным эффектом является прогрессирующее повышение средних температур. Это в свою очередь приводит к большому числу изменений, таких как повышение уровня морей, изменения в сельскохозяйственных экосистемах, распространение тропических заболеваний и повышение интенсивности природных явлений. Некоторые из этих явлений в действительности происходят в настоящее время, тем не менее, это трудно точно и однозначно связать с глобальным потеплением.

В связи с этим протокол Киото I поддержал снижение загрязняющих выбросов, таких как парниковые газы (главным образом, СО₂).

Также вследствие того, что одним из основных источников выбросов СО₂ является сжигание нефти и ее производных, было разработано большое число систем и способов для минимизации этой проблемы.

Одним из них является разработка искусственной нефти (биодизельного топлива) на основе широкомасштабного культивирования высококачественных зерновых, тем не менее, на сегодняшний день они показали свою низкую эффективность; более того, для возможности получения значительных количеств искусственной нефти требуются обширные области почвы; часто выращивание этих зерновых требует предварительной вырубки существующих лесов и во многих случаях их также сжигают, что влечет за собой сопутствующие выбросы.

Впоследствии группы исследователей разработали новые системы и способы, в которых в качестве агентов захвата СО₂ используются микроскопические водоросли, чтобы затем преобразовать их в искусственную нефть (биодизельное топливо) посредством реакторов, открытых во внешнюю среду, которые обладали существенным недостатком вследствие загрязнения окружающей среды, обусловленного способами выращивания (кроме того, их труднее контролировать, они не могут откачивать О₂, у них меньшая продукция на гектар и т.д.).

Ввиду этой значительной проблемы создавались закрытые системы, которые работали горизонтально и, таким образом, устранялось возможное внешнее загрязнение. Тем не менее, основная проблема работы с ними заключалась в том, что поскольку системы являются горизонтальными и работают с обширными полями зерновых, их перемещение или обработка требует существенного внесения в систему энергии, что вкратце создавало обширные выбросы загрязнителя и неблагоприятный энергетический баланс.

В дальнейшем и до настоящего времени разрабатываются пути устранения всех вышеуказанных проблем и получения искусственной нефти (биодизельного топлива). Тем не менее, в них все еще допускается нежелательный чистый баланс, поскольку, в конечном счете, они продолжают выбрасывать в атмосферу огромные количества СО₂.

Описанные на сегодняшний день системы представляют собой системы, которые со своими ограничениями реально могут создать искусственную нефть (в данном случае биодизельное топливо) на основе захвата СО₂. Тем не менее, из-за низкого выхода на гектар продукции на м³ (и поэтому неудовлетворительных коэффициентов захвата СО₂), сложности процедуры и способности продукции лишь одного топлива (поскольку производится лишь биодизельное топливо, это не решает дефицита масла в будущем) существует множество причин для поиска нового способа решения всех этих вопросов и конкретно способа, который будет захватывать большие количества СО₂, чем количества СО₂, которые впоследствии выбрасываются, или, другими словами, требуются новые экологически рациональные способы, которые достигнут негативного чистого баланса СО₂ для атмосферы.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу получения искусственной нефти из парниковых газов, который и выгоден в промышленном отношении и осуществляется непрерывно. Посредством этого способа возможно захватить, преобразовать и переоценить СО₂ среди других парниковых газов (NO_x, CH₄, …) эффективным образом так, чтобы достичь негативного чистого баланса, или, другими словами, посредством данного способа захватывается больше СО₂, чем образуется, что и благоприятно и экологически рационально для окружающей среды.

Таким образом, получают высокоэнергетическую искусственную нефть, подходящую для применения непосредственно в любом двигателе внутреннего сгорания, турбине или бойлере, которые функционируют, используя жидкое топливо. Эта искусственная нефть отличается, главным образом, своей аналогией с применяемыми в настоящее время нефтепродуктами (смесью химических компонентов, углеводородов, из которых после процесса очистки получают различные типы топлива, бензин, дизельное топливо, керосин и т.д.).

Поэтому первый аспект изобретения относится к способу получения искусственной нефти на основе газа, который содержит СО₂, причем способ включает стадии:

а. Поступления газа, содержащего СО₂, в реактор, содержащий культуру, которая включает по меньшей мере один вид микроводоросли, способный осуществлять фотосинтез;

b. Процесса фотосинтеза, осуществляемого видом микроводоросли на основе СО₂, поступившего для продукции биомассы;

с. Анаэробной ферментации полученной биомассы;

d. Термохимического разложения ферментированной биомассы при давлении между 0 и 20 МПа и при температуре между 200 и 420°С для получения искусственной нефти, смешанной с водой и газами, и

е. Отделения полученной искусственной нефти,

отличающемуся тем, что после стадии осуществления фотосинтеза между 5% и 100% культуры высвобождается из реактора и впоследствии разделяется на твердую фракцию, содержащую биомассу, которая далее будет подвергнута стадии анаэробной ферментации, и жидкую фракцию, содержащую карбонаты и/или бикарбонаты, которые отделяются от жидкой части, чтобы затем по меньшей мере частично вернуть жидкую фракцию в реактор, причем по существу свободную от карбонатов и/или бикарбонатов.

В целом, способ по изобретению содержит стадии:

- биологической обработки парниковых газов;

- механической обработки культуральной среды;

- механико-химической обработки водных фаз и

- механико-химической обработки биомассы.

Стадия биологической обработки парниковых газов

Согласно предпочтительному первому варианту осуществления стадия биологической обработки парниковых газов содержит следующие подфазы:

- поступление газа, который включает СО₂, в реактор, который содержит культуру, содержащую по меньшей мере один вид микроводоросли, которая способна к фотосинтезу; и

- фиксация и биологическое превращение СО₂ путем фотосинтеза, осуществляемого видом микроводоросли, для продукции биомассы.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления подфаза поступления газа, содержащего СО₂, такого как, например, парниковые газы, содержит эндогенное и/или экзогенное поступление парниковых газов в реактор фотосинтетического типа, в котором присутствует по меньшей мере один вид микроводоросли, способный осуществлять фотосинтез.

В этом отношении на протяжении данного описательного сообщения под «парниковыми газами» необходимо понимать любой газ, который включает СО₂ и потенциально другие компоненты, такие как NO_x, CH₄ или другие, в любом сочетании. При этом единственно в действительности необходимым условием способа по изобретению является включение в газ по меньшей мере СО₂. Таким образом, эти газы, которые так вредны для окружающей среды, становятся частью питательных веществ, добавленных в реактор для «подкормки» находящихся там микроводорослей.

Более того, парниковые газы, добавленные экзогенно, обычно поступают из атмосферы или от любой промышленности, а эндогенные добавки поступают от газов, созданных в способе по настоящему изобретению.

Исходя из состава этих газов, существует возможность подвергнуть их предварительной обработке до введения.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления необязательная предварительная обработка парниковых газов может быть осуществлена путем устранения SO_x, NO_x и влажности и адаптации температуры до приблизительно 30-40°С. Осуществив фазу предварительной обработки (при необходимости), эти газы вводят в культуру.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления подфаза фиксации и биологического превращения СО₂ содержит процесс фотосинтеза, осуществляемый микроводорослями. Более того, в самых предпочтительных вариантах осуществления изобретения реактор, содержащий их, подвергают непрерывной экспозиции свету, неважно естественному или искусственному, и добавлению в культуральную среду как питательных веществ, так и необязательно антибиотиков и противогрибковых средств.

Таким образом, микроводоросли, находящиеся в реакторе, благодаря поступлению газа, который включает по меньшей мере СО₂, фиксируют углерод из диоксида углерода и других питательных веществ и ассимилируют его и превращают в интересующие биологические молекулы, такие как углеводы, жиры и белки.

Более того, чтобы микроводоросли зафиксировали вызывающие парниковый эффект газы на предыдущей стадии, культуральную среду в реакторе преимущественно подвергают турбулентному режиму. Таким образом достигается, что вся культура микроводорослей способна захватывать указанные газы и получать свет, требуемый для осуществления фотосинтеза. Кроме того, создание турбулентной среды дает преимущество предотвращения образования отложения, то есть нежелательного накопления микроорганизмов на поверхности фотобиореакторов. Получение турбулентности для достижения этой цели может быть осуществлено любым способом, хотя в предпочтительных вариантах осуществления изобретения это осуществляют путем вдувания в реактор любого из следующих газов: воздуха, N₂, СО₂, СО, NO_x, и газов, полученных при горении, или любого их сочетания.

Кроме того, микроводоросли, присутствующие в реакторе, выбирают из группы, образованной: Chlorophyceae, Bacillariophyceae, Dinophyceae, Cryptophyceae, Chrysophyceae, Haptophyceae, Prasinophyceae, Raphidophyceae, Eustigmatophyceae или любым их сочетанием.

Стадия механической обработки культуральной среды

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления стадия механической обработки культуральной среды содержит подфазы:

- по меньшей мере частичного опорожнения или извлечения культуры из реактора;

- разделения извлеченной культуры на твердую фракцию, содержащую биомассу, и жидкую фракцию, содержащую карбонаты и/или бикарбонаты.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления в подфазу опорожнения извлекают по меньшей мере от 5 до 100% культуральной среды, предпочтительно от 5 до 50% и предпочтительно даже больше, т.е. от 10% культуральной среды, таким образом, что оставшаяся часть сохраняется в реакторе и продолжает захватывать и преобразовывать СО₂ непрерывно с помощью микроводорослей в качестве биологической среды для осуществления этой цели. Важно отметить тот факт, что этот % экстракции заменяют предпочтительно быстро водой, которой по существу не хватает в водорослях и в отсутствие карбонатов или при очень низкой их концентрации, исходя из стадий разделения, что будет подробно описано ниже; количество водорослей, присутствующих в воде, которое повторно добавляют, будет зависеть от эффективности разделения каждого конкретного способа.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления подфаза разделения извлеченной культуры на твердую фракцию, которая содержит биомассу, и жидкую фракцию, которая содержит карбонаты и/или бикарбонаты, представляет собой по меньшей мере одну стадию механической экстракции, выбранную из фильтрации, центрифугирования, образования хлопьевидного осадка, электрокоагуляции, обработки ультразвуком, выпаривания, декантации или любого их сочетания. Таким образом можно отделить жидкую фазу от биомассы.

Согласно другому необязательному предпочтительному варианту осуществления после стадии опорожнения должна быть осуществлена стадия подкисления культуральной среды, извлеченной или экстрагированной из реактора. На этой необязательной подстадии извлеченную или экстрагированную культуральную среду накапливают в накопительной емкости, в которую добавляют по меньшей мере один подкисляющий агент до достижения величины рН между 3,5 и 8, предпочтительно между 6 и 8. Подкисляющий агент выбирают из группы, образованной СО₂ (этот СО₂ может быть бутилированным или промышленным), смесью СО₂ и воздуха, сильными или слабыми кислотами или любым другим их сочетанием. Предпочтительно, чтобы подкисляющий агент представлял собой смесь СО₂ с воздухом. Таким образом можно обеспечить, чтобы среда из реактора, которая обогащена СО₂ и бикарбонатом, не преципитировала (из-за невозможности образования карбонатов) и, таким образом, предотвращаются явления, такие как адгезия и отложение.

Механико-химическая обработка водной фазы

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления стадия химической обработки водной фазы включает следующие подфазы:

- химического преобразования СО₂, который присутствует в жидкой фракции, полученной при по меньшей мере частичном извлечении культуры из реактора, в форме карбонатов и/или бикарбонатов в растворенном состоянии в соответствующих им карбонизированных формах, осажденных путем добавления щелочи, и

- по меньшей мере частичного возврата жидкой фазы, уже по существу лишенной карбонатов и/или бикарбонатов в растворе, в реактор.

Поэтому согласно другому предпочтительному варианту осуществления подфаза химического превращения СО₂ включает транспорт воды, полученной при отделении биомассы из водной подфазы, в емкость для очистки, в которой накапливают водную фазу, содержащую воду, растворенные питательные вещества, СО₂, карбонат и бикарбонат, все они находятся в растворенном состоянии. При достижении водной фазой емкости для очистки туда добавляют по меньшей мере одну основную среду для осаждения в форме карбонатов видов, которые находятся в равновесии (СО₂, бикарбонат и карбонат). Поэтому таким образом можно устранить даже больше СО₂, поскольку он преобразуется в карбонатные соли, которые можно использовать в большом числе производств, и он больше не является загрязнителем.

После освобождения воды от СО₂, осажденного в виде карбоната и бикарбоната осуществляют подфазу возврата воды в реактор, где присутствует культуральная среда.

Таким образом, в этом пункте способа было осуществлено двойное устранение или преобразование СО₂; захват или биологическая фиксация, осуществленная микроводорослями, присутствующими в культуральной среде, и химическое преобразование или трансформация в результате этого осаждения. При осуществлении этого процесса в воде культуральной среды находится меньше СО₂, бикарбоната и карбоната и она может захватить дополнительно СО₂ вплоть до предела растворимости. Во время следующего цикла процедура повторяется и заканчивается при осаждении наибольшего количества из этого СО₂, который был введен. В отсутствие этого ускоренного осаждения большая часть СО₂ останется растворенной в водной фазе, которая возвращается в культуру. Поэтому при повторном введении СО₂ в культуру способность растворения будет меньше, поскольку она уже содержит растворенный СО₂.

Стадия механико-химической обработки биомассы

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления стадия механико-химической обработки содержит следующие подфазы:

- анаэробной ферментации биомассы, полученной при фотосинтезе, осуществленном микроводорослями;

- отделения ферментированной биомассы от воды культуральной среды;

- термо-химической трансформации ферментированной биомассы путем термо-химического разложения при температуре между 200 и 420°С и давлении между 0 и 20 МПа для получения искусственной нефти, смешанной с водой и газами; и

- отделения полученной искусственной нефти.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления биомассу с подфазы отделения от биомассы водных фаз подвергают подфазе анаэробной ферментации, которую проводят в ферментере. В процессе ферментации при температуре между 10 и 165°С и предпочтительно между 30 и 75°С биомассу вводят при концентрации твердых веществ между 1 и 50% твердых веществ и предпочтительно между 5 и 12%.

В процессе анаэробной ферментации биомасса трансформируется посредством различных микробных сообществ, присутствующих в ферментере (анаэробных бактерий), теряя О и N в форме H₂O, CO₂ и NH₃ и обогащаясь Н и С. Продукт, полученный после этой стадии, похож на кероген (предшественник бензина). Наряду с анаэробной ферментацией происходит процесс метаногенеза, приводящий к образованию метана в результате фрагментации цепей; этот метан будет использован в качестве источника энергии нагревания.

Согласно другому необязательному предпочтительному варианту осуществления перед подфазой анаэробной ферментации биомассу проводят через стадию гомогенизации или кавитации, на которой водоросли подвергают давлению между 1 бар и 2500 бар и предпочтительно между 250-1200 бар с целью их фрагментации. Согласно предпочтительному варианту осуществления фазу гомогенизации или кавитации повторяют 1-5 раз, предпочтительно один раз. Затем после подфазы анаэробной ферментации полученный продукт проводят через подфазу отделения ферментированной биомассы от воды с помощью способа, выбранного из фильтрации, центрифугирования, образования хлопьевидного осадка, электрокоагуляции, обработки ультразвуком, выпаривания, декантации или любого их сочетания. В соответствии с этой обработкой получают биомассу с концентрацией твердых веществ между 14-40% по твердым веществам, предпочтительно между 20-25%.

После фазы отделения ферментированной биомассы от воды необходимо осуществить стадию термохимической трансформации, в которой биомассу подвергают высоким давлениям и температурам, что приводит к образованию углеводородов.

Эта стадия состоит из химического разложения органического материала, обусловленного умеренным нагревом при высоких давлениях или атмосферном давлении, хотя предпочтительно при высоких давлениях. Основное преимущество работы при высоких температурах (порядка 10-20 МПа или атмосферном давлении) и умеренных температурах (между 200 и 420°С, предпочтительно между 240 и 340°С) состоит в том, что основной сырой материал не обязательно высушивать, таким образом, можно ввести сырой материал в термохимический реактор с влажностью до 95%, предпочтительно между 80-60%, что дает очевидное преимущество избавления от необходимости высушивания (сбережение энергии нагрева). На этой фазе получают искусственную нефть.

В заключение, предпочтительно осуществляют подфазу, на которой устраняют воду, сопутствующую искусственной нефти, используя по меньшей мере один из способов, выбранных из группы, образованной декантацией, образованием хлопьевидного осадка, слипанием, центрифугированием, выпариванием, высушиванием или любым их сочетанием, и таким образом получают искусственную нефть, которую можно использовать в двигателях внутреннего сгорания, бойлерах или турбинах, работающих на жидком топливе, которое необязательно очищать.

Необязательно согласно предпочтительному варианту осуществления после подфазы устранения воды полученную искусственную нефть подвергают подфазе гомогенизации или кавитации, при этом водоросли подвергают давлению между 1 бар и 2500 бар, предпочтительно между 250-1200 бар с целью их фрагментации. Согласно предпочтительному варианту осуществления фазу гомогенизации или кавитации повторяют от 1 до 5 раз, предпочтительно один раз. Таким образом, происходит следующее:

- Разрыв длинных цепей углеводородов с образованием легких углеводородов, повышение количества алкенов, возрастание степени продукции кетонов, снижение температуры кристаллизации и снижение количества пагубных выбросов;

- Смешивание двух жидкостей, которые являются смешиваемыми (искусственная нефть и вода).

Необязательно согласно другому предпочтительному варианту осуществления после подфазы устранения воды или после фазы гомогенизации будет осуществлена подфаза очистки искусственной нефти. Стадия очистки должна быть эквивалентна существующей принятой очистке на нефтеперерабатывающем заводе, за исключением того, что содержание серы и тяжелых металлов ниже или они отсутствуют.

Исходя из установленной цели, то есть исходя из ее составляющих, желательно получить (бензин, дизельное топливо, керосин, пластмассы и т.д.), структура нефтепереработки может быть различной. Поэтому, исходя из этого, установка также должна включать по меньшей мере одну из следующих фаз:

- атмосферная перегонка (или отбензинивание),

- вакуумная перегонка

- газогенераторная установка,

- обработка нефти водой,

- каталитический реформинг.

- гидрокрекинг

- каталитический крекинг жидкости FCC,

- легкий крекинг,

- изомеризация,

- алкилирование,

- паровой крекинг,

- окисление битума,

- установка для коксования.

В заключение, посредством способа, описанного в настоящем изобретении, ее проводят от концентрации C в молекуле CO₂ (27% C) до конечного продукта (65-95% по C, предпочтительно между 75-90%).

Второй аспект настоящего изобретения относится к искусственной нефти, полученной путем ранее описанного способа, характеристики которой указаны ниже:

Точка воспламенения (°С)	35-200
Содержание несгораемых веществ в угле (% м/м)	0-3
PCI (МДж/кг)	29-45
Алюминий (мг/кг)	<1
Кремний (мг/кг)	<1
Ванадий (мг/кг)	<1
Натрий (мг/кг)	<1
Кальций (мг/кг)	<1
Магний (мг/кг)	<1
Фосфор (мг/кг)	<1

Третий аспект настоящего изобретения относится к непосредственному применению полученной искусственной нефти в двигателях внутреннего сгорания, турбинах или бойлерах, работающих на жидком топливе.

Четвертый аспект изобретения относится к применению газа, который включает СО₂, такого как газ, выбрасываемый цементной промышленностью, для получения искусственной нефти, используя способ по настоящему изобретению.

На протяжении описания и формулы изобретения слово «содержать» и его варианты не подразумевают исключения других технических характеристик, добавок, компонентов или стадий. Специалистам в данной области другие цели, преимущества и характеристики изобретения должны стать понятны частью из описания и частично из осуществления изобретения. Следующие примеры и фигуры предлагаются для иллюстрации и не предназначены ограничить объем изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

На фигуре 1 представлена блок-диаграмма способа по настоящему изобретению. Она иллюстрирует каждую из стадий способа.

На фигуре 2 показана диаграмма, представляющая превращение энергии СО₂ в соответствии с негативным чистым балансом.

На фигуре 3 представлен баланс выброса СО₂ примера 2 в способе превращения энергии СО₂ в соответствии с негативным чистым балансом.

На фигуре 4 показан баланс выбросов СО₂ примера 3 в способе превращения энергии СО₂ в соответствии с негативным чистым балансом.

На фигуре 5 представлено разделение искусственной нефти на различные фракции.

ПРИМЕРЫ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже даны серии примеров, которые на любой данный момент иллюстрируют синтез некоторых специфических компонентов по настоящему изобретению и предоставляют примеры основных способов. В соответствии с вышеуказанным следующие примеры не предназначены каким-либо образом ограничить объем изобретения, рассмотренный в данном описательном сообщении.

В этом описании символы и условные обозначения, использованные в этих процедурах, диаграммы и примеры соответствуют использованным в международной системе и современной научной литературе, например, Journal of Medicinal Chemistry. Если не указано другого, все основные материалы получали от поставщиков и использовали без какой-либо дополнительной очистки. Конкретно, возможно использование следующих аббревиатур на протяжении этого описания: г (граммы); мг (миллиграммы); кг (килограммы); мкг (микрограммы); л (литры); мл (миллилитры); мкл (микролитры); ммоль (миллимоли); моль (моли); °С (градусы Цельсия); Гц (герцы); МГц (мегагерцы); δ (химическая перестановка); s (синглет); d (дуплет); t (триплет); q (квадруплет); m (мультиплет); NMR (ядерно-магнитный резонанс); М (молярность); Et₃N (триэтиламин); DMF (диметилформамид); DMSO (диметилсульфоксид); ACN (ацетонитрил); PBS (фосфатно-забуференный солевой раствор); NCV (низшая теплота сгорания топлива).

Пример № 1: Преобразование энергии СО₂, получение негативного чистого баланса

Исходный пункт в этой процедуре представляет собой выброс газов, полученных при сгорании с цементных заводов, и необязательно газов, полученных при сгорании фактически полученного продукта (искусственной нефти).

В таблице 2 ниже показан пример газов, выброшенных цементными заводами:

Таблица 2
Температура	420	°С
Давление	1	Бар
Плотность	0,79	кг/м3
Поток массы	2000	кг/ч
Специфический нагрев	0,25	Ккал/кг
Объемный поток	2531,64	м3/ч
СО2	12	% об.
N2	61	% об.
О2	1,9	% об.
H2O	20,7	% об.
CH4	2500	Ч./млн
NOx	90	Ч./млн
SO2	50	Ч./млн
СО	1,65	Ч./млн

В соответствии с составом газа с цементных заводов полагали, что одно лишь осуществление обработки устранит SO_x и снизит температуру. С этой целью адсорбционную колонку устанавливали в противотоке с NaOH (водный раствор с концентрацией NaOH 10%). Важно отметить, что в способе по изобретению помимо снижения чистого баланса СО₂ также достигают снижения в конечном продукте концентрации NO_x (95% NO и остальное NO₂) в результате растворения в воде NO и NO₂ (особенно последнего). После этой обработки вводят газ следующего состава (Таблица 3).

Таблица 3
Температура	40	°С
Давление	1,98	Бар
Плотность	2,22	кг/м 3
Поток массы	1760	кг/ч
Специфический нагрев	0,24	Ккал/кг
Объемный поток	792,79	м3/ч
СО2	13,5	% об.
N2	63	% об.
О2	2,1	% об.
H2O	3,2	% об.
CH4	2300	Ч./млн
NOx	62	Ч./млн
SO2	2	Ч./млн
СО	0	Ч./млн

Помимо газов, полученных при выбросах с цементного завода, как еще раз указано ранее, газы, выделенные при сгорании искусственной нефти, полученной в данном способе, повторно вводили в культуру; ниже представлен состав этого газа при выходе из системы обработки (используя поглотитель газа лишь для термообработки, в этом случае отсутствует SO_x и поэтому NaOH не вводят):

Таблица 4
Температура	40	°С
Давление	1,98	Бар
Поток массы СО2	78	кг/ч
СО2	14,9	% об.
N2	58	% об.
О2	2,7	% об.
H2O	1,1	% об.
CH4	1100	Ч./млн
NOx	120	Ч./млн
SO2	0	Ч./млн
СО	0	Ч./млн

Общая диаграмма представлена на фигуре 2. Газы смешивают в емкости, созданной для этой конкретной цели и системы. В этой емкости для смешивания помимо смешивания этих двух потоков смешивают третий воздушный поток, чтобы привести конечную смесь к желаемой концентрации СО₂; в этом конкретном случае среднее содержание СО₂ составляет 13,5%. Для создания смеси измеряют концентрацию СО₂ двух первых потоков и активируют электроклапан для прохождения большего или меньшего количества воздуха, таким образом, регулируя конечную концентрацию. Таким образом, эта смесь является смесью, которую вводят в реакторы (непрерывно встряхиваемые фотосинтетические реакторы, пропускающие свет и для этой цели созданные из прозрачного материала), они содержат моноспецифическую культуру микроводорослей (Nannochloris sp).

Для изучения поглощения системой СО₂ композицию СО₂ продолжительное время измеряют на входе и выходе. Согласно этим данным можно определить количество СО₂, захваченное системой (биологическая фиксация + химическая фиксация); наряду с сухим весом культуры и можно определить, сколько СО₂ было биологически зафиксировано водорослью в зависимости от ее фотосинтетической характеристики) и сколько было зафиксировано системой. Ниже в таблице 5 представлены результаты мониторинга СО₂:

В соответствии с этой таблицей для установки общим объемом 735 м³ продукция искусственной нефти должна составить 681,11 кг/день. Для получения этой продукции, исходя из эффективности захвата СО₂ 69%, рассчитанной на основе предшествующей таблицы, потребуется дополнить фотобиореакторы 342,49 кг/ч СО₂; 264,44 кг СО₂/ч, полученными с цементных заводов, и остальными 78 кг СО₂/ч, полученными при подаче выбросов сгорания фактически введенной искусственной нефти.

Для осуществления способа получения этой биомассы сначала экстрагируют 367,64 м³ в день (50% культуры). Перед проведением следующей фазы центрифугирования (первая стадия экстракции) ее необходимо пропустить через стадию подкисления, которую проводят в емкости объемом 500 м³. Общая характеристика этой стадии подкисления заключается в следующем:

Культура, экстрагированная в результате непрерывного образования пузырьков выхлопных газов, содержит СО₂, бикарбонат и карбонат в растворе в высокой концентрации. При попадании этого СО₂ в пузырек величина рН в растворе стремится возрасти, нарушая баланс в сторону образования карбонатов. При образовании большого количества карбоната будет превышена точка растворимости, и он начнет осаждаться. Это осаждение может вызвать проблему загрязнения, и в свою очередь загрязнение может привести к контаминации и дополнительным осложнениям при декантации воды. Поэтому поскольку для способа невозможно механическое разделение (первая стадия разделения), то весь объем экстрагировали за один раз, во время этой фазы хранения необходимо добавить кислоту. Конкретно в этом случае добавляют раствор H₂SO₄ (1 M) для поддержания величины рН постоянно ниже 7,5.

При опорожнении 367,64 м³ культуры эффективно механическое отделение воды от биомассы. Для этой цели используют центрифугирование, и таким путем получают объем 1,89 м³/в день при концентрации твердых веществ 15%.

Помимо концентрированной фракции (15% твердых веществ) получают водную фракцию (пропитанную), доходящую до общего объема 3657 м³/в день. Эта вода вследствие того факта, что она образует часть культуры, насыщается СО₂, бикарбонатом и карбонатом. Для освобождения воды от этой нагрузки ее подщелачивают с помощью NaOH до достижения величины рН 9 с целью смещения баланса в сторону образования карбоната, и таким образом превышается предел растворимости карбоната, что вызывает его осаждение. Таким образом химически захватывают СО₂, получая воду, обедненную СО₂, бикарбонатом и карбонатом. Эту воду, которая обеднена данными элементами, повторно вводят в систему (в фотобиореакторы) с обновленной способностью захвата в от