Hydrogène sur une lampe à alcool. Production d'alcool éthylique à partir de bois

L'hydrogène sur une lampe à alcool

"Les gens meurent pour le métal", - a chanté FI Chaliapine dans le rôle de Méphistophélès dans l'opéra "Faust" de Charles Gounod. Aujourd'hui, les gens meurent pour les hydrocarbures naturels sous forme de pétrole. Et en même temps, ils ne veulent pas prendre ce qui est littéralement sous leurs pieds - ils parlent des réserves inépuisables d'hydrogène "conservées" dans l'eau.

L'homme a depuis longtemps appris à obtenir de l'hydrogène, mais jusqu'à présent seule la production à grande échelle de ce gaz est économiquement acceptable, par exemple pour les navettes spatiales, qui sont lancées sur un "mélange détonant". Le monde est maintenant confronté au même défi qu'au début des années 1980, lorsque les fabricants d'ordinateurs ont réalisé que leurs produits devaient être « personnalisés ».

La pollution du bassin atmosphérique des villes modernes par les gaz d'échappement des automobiles est si importante que la tâche de passer au moins à des moteurs "hybrides" utilisant l'hydrogène comme carburant dans la ville est à l'ordre du jour depuis longtemps. Mais la tragédie du Challenger de 1986 est un rappel constant des dangers associés à l'utilisation de l'hydrogène à cette fin.

J. Deluga de l'Université du Minnesota (USA) a suggéré d'utiliser "l'auto-échauffement" pour obtenir de l'hydrogène à partir de l'alcool éthylique (éthanol) C 2 H 5 OH, ce qui élimine en grande partie de nombreuses difficultés. De toute évidence, à partir de 1 mol d'alcool éthylique, 2 mol d'eau et 0,5 mol d'oxygène moléculaire, il est possible de former 2 mol de dioxyde de carbone, qui s'échappe en toute sécurité dans l'atmosphère et est facilement "utilisé" par les plantes, et autant que 5 moles d'hydrogène :

C 2 H 5 OH + 2H 2 O + 0,5O 2 2CO 2 + 5H 2.

Le dioxyde de carbone doit être « éliminé », car les moteurs à hydrogène modernes « ne peuvent pas supporter » la pollution de l'hydrogène fourni. Seules quelques parties de dioxyde de carbone par million de parties d'hydrogène sont autorisées !

Qu'est-ce que Deluga a suggéré? Il s'agit de l'utilisation d'un catalyseur au rhodium-cérium, qui est déposé sur les parois d'un "réacteur" poreux en oxyde d'aluminium. L'éthanol est introduit dans le réacteur par un entonnoir spécialement conçu à l'aide d'une pompe qui ressemble à une pompe à essence automobile ordinaire.

L'appareil est chauffé en brûlant une partie de l'éthanol. L'alcool, après mélange avec l'air, entre en contact avec un catalyseur chauffé à 700°C, et le procédé devient auto-entretenu.

Le contact du mélange avec la surface du catalyseur ne dure pas plus de 10 ms. L'équilibre du processus est déplacé de la phase liquide à la phase gazeuse. De l'oxygène est introduit dans le mélange pour brûler une partie de l'alcool, d'où l'efficacité du processus apparemment simple. Il est destiné à remplacer le procédé "classique" de production d'hydrogène, qui nécessite un chauffage externe à 500°C et l'utilisation de catalyseurs tels que le ruthénium, le nickel et les lanthanides, qui nécessite une production à grande échelle pour être économiquement viable.

Le nouveau réacteur ressemble assez à un tube à essai chimique ordinaire grande taille d'une longueur n'excédant pas la longueur d'un épi de blé. La production d'hydrogène à l'aide de la nouvelle méthode est sûre et peut être effectuée directement sur site, par exemple dans la même station-service ou dans la voiture elle-même.

L'éthanol est une ressource hautement renouvelable car il peut être produit à partir de pratiquement n'importe quelle matière végétale telle que le blé et les betteraves. Aujourd'hui, un gallon (4,8 L) d'alcool éthylique brésilien, obtenu à partir de maïs ou de canne à sucre, ne coûte que 50 centimes, et donc un baril (159 L) ne coûte qu'environ 15 $, soit environ 15 $. l'éthanol est plusieurs fois moins cher que le pétrole et ne nécessite pas de purification, étant un carburant "propre".

Cependant, l'essentiel est que les atomes d'hydrogène sont liés à leurs partenaires dans la molécule d'éthanol par des liaisons chimiques fortes. Par conséquent, pour le clivage de ces molécules, il faut utiliser des catalyseurs coûteux contenant des métaux précieux du groupe du platine. Les catalyseurs à base de rhodium les plus efficaces coûtent jusqu'à 300 000 $ le kilogramme. "/>

Une molécule d'éthanol est composée d'un atome d'oxygène, de deux atomes de carbone et de six atomes d'hydrogène. Cela signifie qu'en principe, ce composé peut être utilisé comme matière première pour la production industrielle d'hydrogène, qui est aujourd'hui considéré comme l'un des vecteurs énergétiques les plus prometteurs pour Véhicule vingt-et-unième siècle.

Cependant, l'essentiel est que les atomes d'hydrogène sont liés à leurs partenaires dans la molécule d'éthanol par des liaisons chimiques fortes. Par conséquent, pour le clivage de ces molécules, il faut utiliser des catalyseurs coûteux contenant des métaux précieux du groupe du platine. Les catalyseurs à base de rhodium les plus efficaces coûtent jusqu'à 300 000 $ le kilogramme.

Cependant, les progrès ne s'arrêtent pas. La chimiste de l'Ohio State University, Umit Ozkan, et ses étudiants diplômés ont développé une méthode alternative pour la décomposition catalytique de l'éthanol qui est beaucoup moins chère. Ces chercheurs ont créé un catalyseur pulvérulent qui nécessite des composants très bon marché.

Ses grains sont composés d'oxyde de cérium, de calcium et de cobalt, qu'ils portent à leur surface. Il permet d'extraire au moins 90 % de sa teneur en hydrogène de l'éthanol. Le reste de l'hydrogène est utilisé pour former du méthane, qui peut également être utilisé comme gaz combustible. Au cours de celles-ci, une réaction se forme et gaz carbonique qui peut être séparé et séquestré pour l'empêcher de pénétrer dans l'atmosphère.

Le nouveau catalyseur présente deux avantages importants. Il ne coûte que 9 $ pour produire un kilogramme de ce produit. De plus, il fonctionne à des températures relativement basses, environ 330 degrés Celsius, ce qui permet d'économiser l'énergie utilisée pour chauffer le réacteur. Des scientifiques de l'Ohio pensent qu'avec son aide, il sera possible d'extraire de l'hydrogène non seulement de l'éthanol, mais également d'autres hydrocarbures liquides.

Hydrolyse des polysaccharides tissu végétal v eau froide pratiquement pas observé. Lorsque la température de l'eau s'élève au-dessus de 100°, l'hydrolyse des polysaccharides se déroule, mais si lentement qu'un tel procédé n'a aucune valeur pratique. Des résultats satisfaisants ne sont obtenus qu'avec l'utilisation de catalyseurs, dont seuls les acides minéraux forts ont une importance industrielle : l'acide sulfurique et, moins souvent, l'acide chlorhydrique. Plus la concentration de l'acide fort dans la solution et la température de réaction sont élevées, plus l'hydrolyse des polysaccharides en monosaccharides est rapide. Cependant, la présence de tels catalyseurs a également côté négatif, car ils, simultanément à la réaction d'hydrolyse des polysaccharides, accélèrent respectivement les réactions de décomposition des monosaccharides, réduisant ainsi leur rendement.

Avec la désintégration des hexoses dans ces conditions, il se forme d'abord de l'oxyméthylfurfural, qui se décompose rapidement davantage avec la formation de produits finaux : les acides lévulinique et formique. Dans ces conditions, les pentoses sont convertis en furfural.

A cet égard, afin d'obtenir des monosaccharides à partir de polysaccharides de tissus végétaux, il est nécessaire de fournir les conditions les plus favorables pour la réaction d'hydrolyse et de minimiser la possibilité d'une décomposition supplémentaire des monosaccharides résultants.

C'est le problème que résolvent les chercheurs et les industriels lorsqu'ils choisissent les régimes d'hydrolyse optimaux.

Parmi le grand nombre de variantes possibles de concentration d'acide et de température de réaction, seules deux sont actuellement utilisées dans la pratique : l'hydrolyse avec des acides dilués et l'hydrolyse avec des acides concentrés. Lors de l'hydrolyse avec des acides dilués, la température de réaction est généralement de 160-190° et la concentration du catalyseur dans la solution aqueuse varie de 0,3 à 0,7% (H2SO4, HC1).

La réaction est effectuée dans des autoclaves sous une pression de 10-15 au m. Lors de l'hydrolyse avec des acides concentrés, la concentration d'acide sulfurique est généralement de 70 à 80 % et celle d'acide chlorhydrique de 37 à 42 %. La température de réaction dans ces conditions est de 15-40°.

Il est plus facile de réduire la perte de monosaccharides lors de l'hydrolyse avec des acides concentrés, de sorte que le rendement en sucre avec cette méthode peut atteindre presque théoriquement possible, c'est-à-dire 650-750 Kg de 1 T matières végétales absolument sèches.

Lors de l'hydrolyse avec des acides dilués, il est beaucoup plus difficile de réduire la perte de monosaccharides en raison de leur décomposition et, par conséquent, en pratique, le rendement en monosaccharides dans ce cas ne dépasse généralement pas 450-500 kg à partir de 1 g de matière première sèche. .

En raison de la faible perte de sucre lors de l'hydrolyse avec des acides concentrés, les solutions aqueuses résultantes de monosaccharides - hydrolysats se caractérisent par une pureté accrue, ce qui est d'une grande importance pour leur traitement ultérieur.

Jusqu'à récemment, un inconvénient sérieux des méthodes d'hydrolyse avec des acides concentrés était la grande consommation d'acide minéral par tonne de sucre produite, ce qui entraînait la nécessité de régénérer une partie de l'acide ou de l'utiliser dans d'autres industries ; cela rendait la construction et l'exploitation de telles usines plus compliquées et plus coûteuses.

De grandes difficultés sont également apparues dans le choix des matériaux des équipements résistants aux environnements agressifs. Pour cette raison, la majeure partie des installations d'hydrolyse actuellement en service ont été construites par la méthode d'hydrolyse avec de l'acide sulfurique dilué.

La première usine expérimentale d'hydrolyse et d'alcool en URSS a été mise en service en janvier 1934 dans la ville de Cherepovets. Les indicateurs initiaux et la conception technique de cette usine ont été développés par le Département de la production d'hydrolyse de l'Académie forestière de Leningrad en 1931-1933. Sur la base des données de l'exploitation de l'usine pilote, la construction d'usines d'hydrolyse industrielle et d'alcool en URSS a été lancée. La première usine industrielle d'hydrolyse et d'alcool a été lancée à Léningrad en décembre 1935. A la suite de cette usine dans la période 1936-1938. les usines d'hydrolyse et d'alcoolisation de Bobruisk, Khorsky et Arkhangelsk ont ​​été mises en service. Pendant et après la Seconde Guerre mondiale, de nombreuses grandes usines ont été construites en Sibérie et dans l'Oural. À l'heure actuelle, la capacité de conception de ces usines résultant de l'amélioration de la technologie est chevauchée de 1,5 à 2 fois.

La principale matière première de ces usines est le bois de conifères sous forme de sciure et de copeaux, provenant des scieries voisines, où il est obtenu par broyage des déchets de scierie - brames et lattes dans des broyeurs. Dans certains cas, le bois de chauffage de conifères est également broyé.

Le schéma d'obtention de monosaccharides dans de telles usines est illustré à la Fig. 76.

Le bois de conifères déchiqueté de l'entrepôt de matières premières via le convoyeur 1 entre dans l'entonnoir de guidage 2 et plus loin dans la gorge-

La faute de l'appareil d'hydrolyse 3. C'est un cylindre vertical en acier avec des cônes et des cols supérieurs et inférieurs. La surface intérieure d'un tel appareil d'hydrolyse recouvert de carreaux ou de briques en céramique ou en graphite résistant aux acides fixés sur une couche de béton d'une épaisseur de 80 à 100 mm. Les joints entre les carreaux sont remplis de mastic résistant aux acides. Les cols supérieur et inférieur de l'appareil d'hydrolyse avec à l'intérieur protégé de l'acide sulfurique dilué à chaud par une couche de bronze résistant aux acides. Le volume utile de ces appareils d'hydrolyse est généralement de 30 à 37 At3, mais parfois des appareils d'hydrolyse avec des volumes de 18, 50 et 70 sont également utilisés. m3. Le diamètre intérieur d'un tel appareil d'hydrolyse est d'environ 1,5 et sa hauteur est de 7 à 13 m. Dans le cône supérieur de l'appareil d'hydrolyse lors de l'hydrolyse à travers le tuyau 5 de l'acide sulfurique dilué chauffé à 160-200° est alimenté.

Un filtre est installé dans le cône inférieur 4 pour la sélection de l'hydrolysat obtenu. L'hydrolyse dans de tels dispositifs est effectuée périodiquement.

Comme déjà mentionné ci-dessus, l'appareil d'hydrolyse est chargé en matières premières broyées à travers un entonnoir de guidage. Lors du chargement de matières premières par un tuyau 5 de l'acide sulfurique dilué chauffé à 70-90 ° est fourni, ce qui mouille la matière première, contribuant à son compactage. Avec cette méthode de chargement, 1 m3 l'appareil d'hydrolyse s'adapte à environ 135 Kg sciure de bois ou 145-155 Kg Copeaux, en termes de bois complètement sec. A la fin du chargement, le contenu de l'appareil d'hydrolyse est chauffé avec de la vapeur vive entrant dans son cône inférieur. Dès que la température de 150-170 ° est atteinte, 0,5-0,7% - d'acide sulfurique, chauffé à 170-200 °, commence à s'écouler dans l'appareil d'hydrolyse par le tuyau 5. Hydrolysat formé simultanément à travers le filtre 4 commence à être déchargé dans l'évaporateur b. La réaction d'hydrolyse dans l'appareil d'hydrolyse dure de 1 à 3 heures. Plus le temps d'hydrolyse est court, plus la température et la pression dans l'appareil d'hydrolyse sont élevées.

Au cours du processus d'hydrolyse, les polysaccharides du bois passent dans les monosaccharides correspondants, qui se dissolvent dans l'acide dilué chaud. Pour éviter la dégradation de ces monosaccharides lors de haute température l'hydrolysat les contenant est soutiré en continu à travers le filtre pendant toute la cuisson 4 Et rapidement refroidi dans un évaporateur 6. Car, selon les conditions du procédé, il s'agit d'une matière végétale hydrolysable. l'appareil d'hydrolyse « doit être rempli de liquide à tout moment, niveau visé e est supporté par de l'acide chaud circulant dans le tuyau 5,

Cette méthode de travail est appelée percolation. Plus la percolation se déroule rapidement, c'est-à-dire plus l'acide chaud s'écoule rapidement à travers l'appareil d'hydrolyse, plus le sucre formé est éliminé rapidement de l'espace réactionnel et moins il se décompose. D'autre part, plus la percolation est rapide, plus on dépense d'acide chaud pour la cuisson et plus la concentration de sucre dans l'hydrolysat est faible et, par conséquent, plus la vapeur et l'acide sont consommés pour la cuisson.

En pratique, pour obtenir des rendements en sucre suffisamment élevés (à une concentration économiquement acceptable dans l'hydrolysat), il faut choisir des conditions moyennes de percolation. Habituellement ils s'arrêtent à la sortie du sucre à 45-50% du poids de bois absolument sec avec une concentration en sucre dans l'hydrolysat de 3,5-3,7% - Ces conditions de réaction optimales correspondent à la sélection par le filtre inférieur de l'hydrolysat - 12-15 m3 hydrolysat pour 1 T bois absolument sec chargé dans l'appareil d'hydrolyse. La quantité d'hydrolysat prélevé pour la cuisson pour chaque tonne de matière première hydrolysée est appelée hydromodule de sortie, et c'est l'un des principaux indicateurs du régime d'hydrolyse utilisé à l'usine.

Lors du processus de percolation entre les cols supérieur et inférieur de l'appareil d'hydrolyse, une certaine différence de pression apparaît, ce qui contribue à la compression de la matière première au fur et à mesure que les polysaccharides qu'elle contient se dissolvent.

La compression de la matière première conduit au fait qu'en fin de cuisson la lignine non dissoute restante occupe environ 25 % du volume initial de la matière première. Etant donné que, selon les conditions de réaction, le liquide doit recouvrir la matière première, son niveau diminue en conséquence au cours du processus de cuisson. Le contrôle du niveau de liquide pendant le processus de cuisson est effectué à l'aide d'un peseur 30, montrant l'évolution du poids total des matières premières et du liquide dans l'appareil d'hydrolyse.

En fin de cuisson, il reste de la lignine dans l'appareil, contenant 1 Kg matière sèche 3 Kg acide sulfurique dilué, chauffé à 180-190 °.

De l'appareil d'hydrolyse, la lignine est déchargée dans un cyclone 22 selon le travail 21. A cet effet, la vanne est rapidement ouverte. 20, reliant l'espace intérieur de l'appareil d'hydrolyse au cyclone 22. En raison de la diminution rapide de la pression entre les morceaux de lignine, l'eau surchauffée qu'elle contient bout instantanément, formant de gros volumes de vapeur. Ce dernier déchire la lignine et la transporte sous forme de suspension le long du tuyau. 21 dans un cyclone 22. Tuyau 21 s'approche tangentiellement du cyclone, grâce à quoi un jet de vapeur contenant de la lignine, faisant irruption dans le cyclone, se déplace le long des parois, effectuant un mouvement de rotation. La lignine est projetée par la force centrifuge sur les parois latérales et, perdant de la vitesse, tombe au fond du cyclone. Vapeur sans lignine à travers tube central 23 libéré dans l'atmosphère.

Cyclone 22 généralement un cylindre vertical en acier d'un volume d'environ 100 m3,équipé d'une porte latérale 31 et agitateur rotatif 25, qui aide à décharger la lignine du fond du cyclone sur un convoyeur à bande ou à racleur 24.

Pour la protection contre la corrosion surface intérieure les cyclones sont parfois protégés par une couche de béton résistant aux acides.Comme mentionné ci-dessus, pendant le processus de percolation, de l'acide sulfurique dilué chauffé est introduit dans le cône supérieur de l'appareil d'hydrolyse. Il est préparé en mélangeant dans un mélangeur résistant aux acides 17 eau surchauffée fournie par le tuyau 28, avec de l'acide sulfurique concentré froid provenant d'un réservoir de mesure 19 via une pompe à acide à piston 18.

Étant donné que l'acide sulfurique concentré à froid corrode faiblement le fer et la fonte, ces métaux sont largement utilisés pour la fabrication de réservoirs, de pompes et de canalisations pour leur stockage et leur transport vers le mélangeur. Des matériaux similaires sont utilisés pour fournir de l'iode surchauffé au mélangeur. Pour protéger les parois du mélangeur contre la corrosion, ils utilisent du bronze phosphoreux, du graphite ou de la masse plastique - fluoroplastique 4. Les deux derniers sont utilisés pour le revêtement interne des mélangeurs et donnent les meilleurs résultats.

Le gndrolysat fini de l'appareil d'hydrolyse pénètre dans l'évaporateur 6 haute pression. Il s'agit d'une cuve en acier, fonctionnant sous pression et revêtue à l'intérieur de carreaux de céramique, à la manière d'un appareil d'hydrolyse. Il y a un couvercle dans la partie supérieure de l'évaporateur d'une capacité de 6-8 g3. L'évaporateur est maintenu à une pression de 4-5 au m inférieur à celui de l'appareil d'hydrolyse. Pour cette raison, l'hydrolysat qui y pénètre bout instantanément, s'évapore partiellement et se refroidit à 130-140°. La vapeur résultante est séparée des gouttelettes d'hydrolysat et à travers le tuyau 10 entre dans le resofer (échangeur de chaleur) 11, où il se condense. Hydrolysat partiellement refroidi de l'évaporateur 6 par le tuyau 7 entre dans l'évaporateur 8 basse pression, où il est refroidi à 105-110 ° à la suite d'une ébullition à une pression inférieure, ne dépassant généralement pas une atmosphère. Vapeur générée dans cet évaporateur à travers le tuyau 14 servi dans le deuxième resofer 13, où se condense également. Condensats de resofers 11 et 13 contiennent 0,2-0,3% de furfural et sont utilisés pour son isolement dans des installations spéciales, qui seront discutées ci-dessous.

Chaleur contenue dans la vapeur qui sort des évaporateurs 6 et 8, utilisé pour chauffer l'eau entrant dans le mélangeur 17. A cet effet du réservoir 16 pompe à eau de circulation 1b L'eau chaude, obtenue à partir du département de distillation de l'usine d'hydrolyse, est introduite dans un resoffer basse pression 13, où il chauffe de 60-80° à 100-110°. Puis le long du tuyau 12 l'eau chauffée passe à travers un resoffer à haute pression 11, où la vapeur à une température de 130-140° est chauffée à 120-130°. Ensuite, la température de l'eau est augmentée à 180-200 ° dans la colonne de chauffe-eau 27. Ce dernier est un cylindre vertical en acier avec un couvercle inférieur et supérieur, conçu pour une pression de service de 13-15 au m.

La vapeur est introduite dans le chauffe-eau par un tuyau vertical 26, au bout desquels sont fixés 30 disques horizontaux 2b. Vapeur du tuyau 26 passe à travers les fentes entre les disques individuels dans une colonne remplie d'eau. Ce dernier est alimenté en continu dans la colonne par la buse inférieure, mélangé à de la vapeur, chauffé à une température prédéterminée et à travers un tuyau 28 entre dans le mélangeur 17.

Les machines d'hydrolyse sont installées sur une fondation spéciale dans une rangée de 5 à 8 pièces. Dans les grandes usines, leur nombre est doublé et installé sur deux rangées. Les canalisations d'hydrolysat sont en cuivre rouge ou en laiton. Les raccords, constitués de vannes et de vannes, sont en bronze phosphorique ou passeport.

Le procédé d'hydrolyse ci-dessus est discontinu. Actuellement, de nouvelles conceptions d'installations d'hydrolyse sont testées - des dispositifs à action continue dans lesquels, à l'aide de mangeoires spéciales, le bois broyé est alimenté en continu, la lignine et l'hydrolysat sont éliminés en continu.

Des travaux sont également en cours pour automatiser les appareils d'hydrolyse discontinue. Cette mesure permet de respecter plus précisément le mode de cuisson préréglé et facilite en même temps le travail des cuisiniers.

Hydrolysat acide provenant d'un évaporateur basse pression 8 (fig. 76) le long du tuyau 9 servi dans l'appareil pour son traitement ultérieur. La température de cet hydrolysat est de 95-98°. Il contient (en %) :

Acide sulfurique. ... ... ……………………………………………………………………………………………………… .. 0,5 -0,7 :

Hexose (glucose, mannose, galactose) ……………………………………………………… .. 2,5 -2,8 ;

Pentose (xylose, arabinose) …………………………………………………………………………………. 0,8 -1,0 ;

Acides organiques volatils (formiques, acétiques) …………………………… .. 0,24-0,30 ;

Acides organiques non volatils (lévuliniques). ... 0,2 -0,3 ;

Furfural ……………………………………………………………………………………………………………. 0,03-0,05 ;

Oxyméthylfurfural ………………………………………………………………………………………………. 0,13-0,16 ;

Méthanol. ………………………………………………………………………………………………………………… .. 0,02-0,03

Des substances colloïdales (lignine, dextrines), des cendres, des terpènes, des résines... sont également présentes dans les hydrolysats... La teneur en monosaccharides des hydrolysats végétaux dans des études chimiques précises est établie par chromatographie quantitative sur papier.

Dans les laboratoires d'usine, pour les dosages express de masse des sucres, leur capacité en milieu alcalin à réduire les composés complexes d'oxyde de cuivre avec formation d'oxyde de cuivre est utilisée :

2 Cu (OH) 2 Cu5 O + 2 H2 O + 02.

Selon la quantité d'oxyde de cuivre formé, la co-fusion des monosaccharides dans la solution est calculée.

Cette méthode de détermination des sucres est conditionnel, donc Le furfural, l'oxyméthylfurfural, les dextrines et la lignine colloïdale sont également réduits en oxyde nitreux simultanément avec des monosaccharides. Ces impuretés interfèrent avec la détermination de la vraie teneur en sucre des hydrolysats. L'erreur générale atteint ici 5-8%. Étant donné que la correction de ces impuretés nécessite beaucoup de travail, elle n'est généralement pas effectuée et les sucres résultants, contrairement aux monosaccharides, sont appelés substances réductrices ou RV en abrégé. A l'usine, la comptabilisation de la quantité de sucre produite dans l'hydrolysat est prise en compte en tonnes de VR.

Pour obtenir de l'alcool éthylique, l'hexose (glucose, mannose et galactose) est fermenté avec des levures alcoologènes - saccharomycètes ou schizosaccharomycètes.

L'équation totale de la fermentation alcoolique des hexoses

C (i Hf, 06 - 2 2 НГ) ОН + 2 С02 Hexoseéthanol

Montre que pendant ce processus, théoriquement, pour 100 Kg le sucre devrait être 51,14 kg, ou environ 64 je 100% alcool éthylique et environ 49 Kg gaz carbonique.

Ainsi, lors de la fermentation alcoolique, les hexoses sont obtenus quasiment en quantités égales deux produits principaux : l'éthanol et le dioxyde de carbone. Pour réaliser ce procédé, l'hydrolysat acide chaud doit être soumis au traitement suivant :

1) neutralisation ; 2) rejet de solides en suspension; 3) refroidissement jusqu'à 30 °; 4) enrichissement de l'hydrolysat en nutriments nécessaires à l'activité vitale de la levure.

L'hydrolysat acide a un pH de 1 à 1,2. Un milieu adapté à la fermentation doit avoir un pH de 4,6 à 5,2. Afin de conférer l'acidité nécessaire à l'hydrolysat, l'acide sulfurique libre et une partie importante des acides organiques qu'il contient doivent être neutralisés. Si tous les acides contenus dans l'hydrolysat sont classiquement exprimés en acide sulfurique, alors sa concentration sera d'environ 1%. L'acidité résiduelle de l'hydrolysat à pH = 4,6-5,2 est d'environ 0,15%.

Par conséquent, pour obtenir la concentration requise d'ions hydrogène dans l'hydrolysat, 0,85% d'acides doivent y être neutralisés. Dans le même temps, l'acide sulfurique libre, formique et une partie de l'acide acétique sont complètement neutralisés. L'acide lévulinique et une petite partie de l'acide acétique restent libres.

L'hydrolysat est neutralisé avec du lait de chaux, c'est-à-dire avec une suspension d'oxyde de calcium hydraté dans de l'eau à une concentration de 150-200 g de CaO par litre.

Le schéma de préparation du lait de chaux est illustré à la Fig. 77.

La chaux vive CaO est alimentée en continu dans la trémie du tambour rotatif de trempe à la chaux 34. En même temps, la quantité d'eau requise est introduite dans le tambour. Lorsque le tambour tourne, la chaux vive, liant l'eau, se transforme en oxyde de calcium hydraté. Ce dernier est dispersé dans l'eau, formant une suspension. Les morceaux de chaux n'ayant pas réagi sont séparés du lait de chaux à l'extrémité du tambour et sont jetés dans le chariot. Le lait de chaux avec le sable s'écoule à travers le tuyau vers le séparateur de sable 35. Ce dernier est une auge en fer située horizontalement avec des cloisons transversales et un puits longitudinal avec des lames.

Le lait de chaux dans cet appareil s'écoule lentement de droite à gauche et plus loin le long du tuyau 36 se fond dans la collection 2.

Le sable se dépose lentement entre les chicanes du séparateur de sable et est retiré de l'appareil à l'aide de lames à rotation lente. Avant que le lait de chaux n'entre dans le neutraliseur, il est mélangé à une quantité donnée de sulfate d'ammonium dont la solution provient de la cuve 37. Lorsque le lait de chaux est mélangé avec du sulfate d'ammonium, la réaction se déroule

Ca (OH) 3 + (NH4) 2 SO4-> CaSO4 + 2 NH, OH, à la suite de quoi une partie de la chaux est liée par l'acide sulfurique de sulfate d'ammonium et des cristaux de sulfate de calcium dihydraté peu soluble CaS04-2H20 se forment . En même temps, il se forme de l'ammoniac qui reste à l'état dissous dans le lait de chaux.

Les petits cristaux de gypse présents dans le lait de chaux lors de la neutralisation ultérieure sont les centres de cristallisation du gypse obtenu et le protègent de la formation de solutions sursaturées dans l'hydrolysat neutralisé. Cet événement est important pour la distillation ultérieure de l'alcool de la purée, car les solutions de gypse sursaturées dans la purée provoquent du plâtre de gypse des colonnes de purée et les désactivent rapidement. Cette méthode de travail est appelée neutralisation avec cristallisation directionnelle du gypse.

Simultanément avec du lait de chaux dans un neutralisant 5 Un extrait aqueux de superphosphate légèrement acide d'un réservoir de mesure est alimenté 38.

Les sels sont donnés au neutralisant à raison de 0,3 Kg sulfate d'ammonium et 0,3 Kg superphosphate pour 1 m3 hydrolyser.

Neutralisant 5 (avec une capacité de 35-40 m 3) est un réservoir en acier doublé de résistant aux acides carreaux de céramique et équipé d'agitateurs verticaux et de pales de frein, fixés fixement sur les parois du réservoir. La neutralisation dans les usines d'hydrolyse était auparavant effectuée périodiquement. Actuellement, elle est supplantée par une neutralisation continue plus parfaite. En figue. 77 montre le dernier diagramme. Le procédé est réalisé dans deux convertisseurs en série 5 et 6, qui ont le même dispositif. L'hydrolysat acide est alimenté en continu par le tuyau 1 jusqu'au premier neutraliseur, où le lait de chaux et les sels nutritifs sont fournis simultanément. Le contrôle de la complétude de la neutralisation est effectué en mesurant la concentration en ions hydrogène à l'aide d'un potentiomètre 3 avec une électrode en antimoine ou en verre 4. Le potentiomètre enregistre en continu le pH de l'hydrolysat et l'ajuste automatiquement dans les limites spécifiées en envoyant des impulsions électriques au moteur inverseur connecté à la vanne d'arrêt sur la canalisation alimentant le lait de chaux au premier neutraliseur. Dans les neutralisants, la réaction de neutralisation se déroule relativement rapidement et le processus de cristallisation du gypse à partir d'une solution sursaturée se déroule relativement lentement.

Par conséquent, le débit de fluide à travers l'unité de neutralisation est dû au deuxième processus, qui nécessite 30-40 min.

Passé ce délai, l'hydrolysat neutralisé, dit « neutralisé », pénètre dans le décanteur 7 de fonctionnement semi-continu ou continu.

Un processus semi-continu consiste dans le fait que le neutralisant traverse le puisard en continu et que le gypse qui se dépose au fond est éliminé périodiquement, au fur et à mesure qu'il s'accumule.

Avec un fonctionnement continu du puisard, toutes les opérations sont effectuées en continu. Avant de descendre à l'égout, les boues 8 dans le récepteur, il est en outre rincé à l'eau. Cette dernière méthode ne s'est pas encore généralisée en raison de certaines difficultés de production.

Les boues de gypse du puisard sont généralement constituées pour moitié de sulfate de calcium dihydraté et pour moitié de lignine et de substances humiques précipitées de l'hydrolysat. Dans certaines usines d'hydrolyse, les boues de gypse sont déshydratées, séchées et cuites, se transformant en albâtre. Ils sont déshydratés dans des filtres à vide à tambour, puis séchés et cuits dans des fours à tambour rotatif chauffés par les gaz de combustion.

Le neutralisant, débarrassé des particules en suspension, est refroidi au réfrigérateur avant fermentation 10 (fig. 77) de 85 à 30°. À cette fin, des échangeurs de chaleur à spirale ou à plaques sont généralement utilisés, caractérisés par un coefficient de transfert de chaleur élevé et de petites dimensions. Une fois refroidies, des substances résineuses sont libérées du neutralisant, qui se déposent sur les parois des échangeurs thermiques et les contaminent progressivement. Pour le nettoyage, les échangeurs de chaleur sont périodiquement éteints et lavés avec une solution aqueuse chaude à 2 à 4% d'hydroxyde de sodium, qui dissout les substances résineuses et humiques.

Hydrolysat neutralisé, purifié et refroidi.

Le moût de bois est fermenté avec des levures spéciales germinatrices acclimatées dans cet environnement. La fermentation est réalisée en continu dans une batterie de cuves de fermentation connectées en série 11 et 12.

La suspension de levure, contenant environ 80-100 g de levure comprimée par litre, est alimentée en flux continu à travers un tuyau 15 en levure 44 puis au sommet de la première cuve de fermentation ou de tête 11. Le moût de bois réfrigéré est introduit dans le réservoir de levure en même temps que la suspension de levure. Pour chaque mètre cube de suspension de levure, 8 à 10 m3 de moût sont fournis à la cuve de fermentation.

Levure contenue dans l'environnement de l'hexose Sakharov,à l'aide d'un système d'enzymes, ils décomposent les sucres, formant de l'alcool éthylique et du dioxyde de carbone. L'alcool éthylique passe dans le liquide environnant et du dioxyde de carbone est libéré à la surface de la levure sous forme de petites bulles, qui augmentent progressivement de volume, puis flottent progressivement à la surface de la cuve, emportant la levure qui y adhère.

Au contact de la surface, des bulles de dioxyde de carbone éclatent et la levure qui a gravité spécifique 1.1, c'est-à-dire plus que celui du moût (1,025), descendent jusqu'à ce qu'ils soient à nouveau soulevés par le dioxyde de carbone à la surface. Le mouvement continu de la levure de haut en bas facilite le mouvement des flux de liquide dans la cuve de fermentation, créant une agitation ou une "fermentation" du liquide. Dioxyde de carbone libéré à la surface du liquide des cuves de fermentation par un tuyau 13 pénètre dans l'usine pour la production de dioxyde de carbone liquide ou solide, est utilisé pour la production de produits chimiques (par exemple, l'urée) ou est rejeté dans l'atmosphère.

Le moût de bois partiellement fermenté avec la levure est transféré de la cuve de fermentation de tête à la cuve de queue 12, Où se termine la fermentation. La concentration de saccharose dans la cuve de queue étant faible, la fermentation y est moins intense, et une partie de la levure, sans avoir le temps de former des bulles de gaz carbonique, se dépose au fond de la cuve. Pour éviter cela, un mélange forcé du liquide est souvent organisé dans la cuve de queue avec des mélangeurs ou des pompes centrifuges.

Le liquide fermenté ou fermenté est appelé purée. En fin de fermentation, le moût est transféré au séparateur 14, fonctionnant sur le principe d'une centrifugeuse. La purée qui y pénètre, ainsi que la levure qui y est suspendue, commence à tourner à une vitesse de 4 500 à 6 000 tr/min. La force centrifuge due à la différence de densité de la purée et de la levure les sépare. Le séparateur divise le liquide en deux flux : le plus gros, qui ne contient pas de levure, entre dans l'entonnoir 16 et le plus petit contenant de la levure passe par l'entonnoir dans le tuyau 15. Typiquement, le premier flux est 8 à 10 fois plus grand que le second. En bas du tuyau 15 la bouillie de levure est renvoyée dans la cuve de fermentation de tête 11 Grâce à la levure 44. Le moût jeté et débarrassé de la levure est collecté dans un collecteur de moût intermédiaire 17.

À l'aide de séparateurs, la levure est constamment mise en circulation dans un système fermé de l'installation de fermentation. Capacité du séparateur 10- 35 m3/heure.

Lors de la fermentation et surtout lors de la séparation, une partie des colloïdes humiques contenus dans le moût de bois coagule, formant de lourds flocons qui se déposent lentement au fond des cuves de fermentation. Au fond des cuves sont disposés des aménagements par lesquels les sédiments sont périodiquement rejetés à l'égout.

Comme mentionné ci-dessus, le rendement théorique en alcool de 100 Kg hexoses fermentés est de 64 l. Cependant, pratiquement en raison de l'éducation due à Sakharov sous-produits (glycérine, acétaldéhyde, acide succinique etc.), ainsi qu'en raison de la présence d'impuretés nocives pour la levure dans le moût, le rendement en alcool est de 54-56 l.

Pour obtenir de bons rendements en alcool, la levure doit être maintenue active en permanence. Pour ce faire, vous devez maintenir soigneusement la température de fermentation définie, la concentration en ions hydrogène, la pureté requise du moût, et laisser une petite quantité d'hexoses, les soi-disant "méchants" (généralement pas plus de 0,1% de sucre en solution) dans le moût avant d'entrer dans le séparateur. En raison de la présence de méchanceté, la levure reste sous une forme active tout le temps.

Périodiquement, l'usine d'hydrolyse est arrêtée pour un programme préventif ou révision... Pendant ce temps, la levure doit être maintenue en vie. Pour cela, la suspension de levure est épaissie à l'aide de séparateurs et versée avec du moût de bois froid. À basse température, la fermentation ralentit considérablement et la levure consomme nettement moins de sucre.

Les cuves de fermentation d'une capacité de 100 à 200 m3 sont généralement en tôle d'acier ou, moins souvent, en béton armé. La durée de fermentation dépend de la concentration en levures et varie de 6 à 10 heures. Il est nécessaire de surveiller la pureté de la culture de production de levure et de la protéger de l'infection par des micro-organismes nuisibles étrangers. A cet effet, tout le matériel doit être maintenu propre et périodiquement stérilisé. La méthode de stérilisation la plus simple consiste à vaporiser tous les équipements et en particulier les canalisations et les pompes à la vapeur vive.

En fin de fermentation et séparation des levures, le brassin alcoolique contient de 1,2 à 1,6% d'alcool éthylique et environ 1% de pentose Sakharov.

L'alcool est isolé de l'infusion, nettoyé et renforcé dans un rectificateur d'infusion à trois colonnes, composé d'une infusion 18, rectification 22 et méthanol 28 colonnes (fig. 77).

Purée de la collection 17 pompe alimentée par un échangeur de chaleur 41 sur le plateau d'alimentation de la colonne de brassage 18. En descendant les plaques de la partie exhaustive de la colonne de purée, la purée rencontre une vapeur montante sur son chemin. Ce dernier, s'enrichissant progressivement en alcool, passe dans la partie supérieure et renforçante de la colonne. La purée qui coule vers le bas est progressivement débarrassée de l'alcool, puis du côté immobile de la colonne 18 à travers le tuyau 21 va dans l'échangeur de chaleur 41, où il chauffe la purée entrant dans la colonne à 60-70s. Ensuite, la purée est chauffée à 105° dans une colonne avec de la vapeur vive circulant dans un tuyau 20. La purée libérée de l'alcool est appelée « barde ». En bas du tuyau 42 Barda sort de l'échangeur de chaleur bardy 41 et est envoyé au magasin de levure pour obtenir de la levure fourragère à partir des pentoses. Ce processus sera discuté en détail plus tard.

La colonne de moût dans la partie supérieure de renforcement se termine par un condenseur à reflux 19, dans lequel les vapeurs sont condensées - un mélange d'alcool provenant du plateau supérieur de la colonne.

Dans 1 m3 de moût à une température de 30°, environ 1 m3 de dioxyde de carbone formé lors de la fermentation se dissout. Lors du chauffage de la purée dans un échangeur de chaleur 41 et avec de la vapeur vive dans la partie inférieure de la colonne de brassage, du dioxyde de carbone dissous est libéré et, avec la vapeur d'alcool, monte dans la partie de renforcement de la colonne puis dans le condenseur à reflux 19. Les gaz non condensables sont séparés par des évents installés sur les conduites de condensat d'alcool après les réfrigérateurs. Les fractions à bas point d'ébullition constituées d'alcool, d'aldéhydes et d'éthers passent dans un condenseur à reflux 19 et enfin condenser au réfrigérateur 39a D'où, sous forme de reflux, ils retournent dans la colonne par un joint hydraulique 40. Gaz non condensables constitués de dioxyde de carbone avant de quitter le réfrigérateur 39 passent un condenseur supplémentaire ou sont lavés dans un laveur avec de l'eau pour capturer les derniers résidus de vapeurs d'alcool.

Sur les plateaux supérieurs de la colonne à bière, la phase liquide contient 20 à 40 % d'alcool.

Condensat à travers le tuyau 25 pénètre dans le plateau d'alimentation de la colonne de rectification 22. Cette colonne fonctionne de manière similaire à la colonne de purée, mais à des concentrations d'alcool plus élevées. V partie inférieure cette colonne à travers le tuyau 24 de la vapeur chaude est fournie, qui fait progressivement bouillir l'alcool du condensat d'alcool s'écoulant vers le bas de la colonne. Un liquide débarrassé de l'alcool, appelé un luther, dans le tuyau 23 descend à l'égout. La teneur en alcool de la vinasse et du luth ne dépasse pas 0,02 %.

Un condenseur à reflux est installé au dessus du plateau supérieur de la colonne de rectification 26. Les vapeurs non condensées dedans sont finalement condensées dans le condenseur 26a et refluer dans la colonne. Une partie des fractions à bas point d'ébullition est prélevée dans un tuyau 43 sous forme d'une fraction éther-aldéhyde, qui est renvoyée dans les cuves de fermentation si elle n'est pas utilisée.

Pour libérer l'alcool éthylique des acides organiques volatils, la colonne est alimentée par le réservoir 45 Solution d'hydroxyde de sodium à 10%, qui neutralise les acides sur les plateaux intermédiaires de la partie renforçante de la colonne. Dans la partie médiane de la colonne de distillation, où le titre alcoométrique est de 45 à 50 %, les huiles de fusel s'accumulent, qui sont aspirées par le tuyau 46. Les huiles de fusel sont un mélange d'alcools supérieurs (butyle, propyle, amyle) formé à partir d'acides aminés.

Alcool éthylique, exempt d'éthers et d'aldéhydes, et huiles de fusel, est prélevé au moyen d'un peigne dans les plateaux supérieurs de la partie de renfort de la colonne de rectification et le long de la conduite 27 pénètre dans le plateau d'alimentation de la colonne de méthanol 28. L'alcool brut provenant de la colonne de distillation contient environ 0,7% d'alcool méthylique, qui s'est formé lors de l'hydrolyse des matières premières végétales et, avec les monosaccharides, est entré dans le moût de bois.

L'alcool méthylique ne se forme pas lors de la fermentation des hexoses. Par spécifications techniques pour l'alcool éthylique produit par les installations d'hydrolyse, il ne doit pas contenir plus de 0,1% d'alcool méthylique. Des études ont montré que l'alcool méthylique est le plus facilement séparé de l'alcool brut avec une teneur en eau minimale. Pour cette raison, l'alcool brut avec une concentration maximale (94-96 % d'éthanol) est introduit dans la colonne de méthanol. Au-dessus de 96 %, l'alcool éthylique ne peut être obtenu sur des colonnes de rectification conventionnelles, car cette concentration correspond à la composition d'un mélange eau-alcool non séparable.

Dans une colonne de méthanol, la fraction à bas point d'ébullition est le méthanol, qui monte en tête de colonne et est renforcé dans un condenseur à reflux 29 et le long du tuyau 30 est rejetée dans les collecteurs de la fraction méthanolique contenant environ 80 % de méthanol. Pour la libération du méthanol commercial à 100 %, une deuxième colonne de méthanol est installée, non illustrée à la Fig. 77.

L'alcool éthylique, s'écoulant dans les plateaux, descend au fond de la colonne de méthanol 28 et le long du tuyau 33 fusionne dans les récepteurs de produits finis. La colonne de méthanol est chauffée à la vapeur sourde dans un réchauffeur à distance 31, qui est installé de telle manière que, selon le principe des vases communicants, son espace annulaire soit rempli d'alcool. La vapeur d'eau entrant dans le réchauffeur chauffe l'alcool à ébullition et les vapeurs d'alcool résultantes sont utilisées pour chauffer la colonne. Vapeur entrant dans le réchauffeur 31, s'y condense et sous forme de condensat est introduit dans les collecteurs d'eau propre ou drainé dans les égouts.

La quantité et la force de l'alcool éthylique obtenu sont mesurées dans un équipement spécial (lampe de poche, coque de contrôle, mesure d'alcool). L'alcool éthylique est pompé du réservoir de mesure avec une pompe à vapeur à l'extérieur du bâtiment principal - vers des réservoirs fixes situés dans l'entrepôt d'alcool. À partir de ces réservoirs, selon les besoins, l'alcool éthylique commercial est versé dans des réservoirs ferroviaires, dans lesquels il est transporté vers les lieux de consommation.

Décrit ci-dessus processus technologique permet de recevoir de 1 T bois de conifère absolument sec 150-180 je 100% alcool éthylique. De plus, 1 dkl consommation d'alcool

Bois absolument sec en kg. ... ... ... ... 55-66 ;

COT o "1-3" h z acide sulfurique - moohydrate dans Kg … . 4,5;

Chaux vive, 85 % Kg…………………………………………………. 4,3;

Une paire de technologies 3- et 16-atmosphériques

En mégacalories. …………………………………………………………………………………… .. 0,17-0,26;

Eau en m3 ……………………………………………………………………………………………………. 3.6 ;

Elekgrozner dans kWh…………………………………………………………………….. 4,18

Productivité annuelle de l'usine d'hydrolyse et d'alcool puissance moyenne pour l'alcool est de 1 -1,5 mln. donné. Dans ces usines, le produit principal est l'alcool éthylique. Comme déjà mentionné, dans le même temps, du dioxyde de carbone solide ou liquide, du furfural, des levures fourragères et des produits de transformation de la lignine sont produits à partir des déchets de la production principale de l'usine d'hydrolyse-alcool. Ces productions seront discutées plus loin.

Dans certaines usines d'hydrolyse, qui reçoivent du furfural ou du xylitol comme produit principal, après hydrolyse des hémicelluloses riches en pentose, il reste un résidu difficilement hydrolysable, constitué de cellulose et de lignine, appelé cellolignine.

La cellolignine peut être hydrolysée par le procédé de percolation comme décrit ci-dessus, et l'hydrolysat d'hexose résultant, contenant habituellement 2 à 2,5 % de sucres, peut être transformé comme décrit ci-dessus en alcool éthylique technique ou en levure alimentaire. Selon ce schéma, les cosses de coton, les tiges de maïs, le chêne, les cosses de tournesol, etc. sont traitées. processus de fabrication n'est économiquement viable qu'avec des matières premières et du carburant bon marché.

Les usines d'hydrolyse d'alcool produisent généralement de l'alcool éthylique technique, qui est utilisé pour le traitement chimique ultérieur. Cependant, si nécessaire, cet alcool
relativement facilement purifié par rectification et oxydation supplémentaires avec une solution alcaline de permanganate. Après un tel nettoyage, l'alcool éthylique est tout à fait approprié à des fins alimentaires.

Je suis assis le matin, je ne dérange personne, je répare le thé Primus, je bois du café, je regarde les informations. Dans l'actualité, tout est comme d'habitude : "En Ukraine, ils ont remarqué que les sanctions contre la Russie ne sont pas en vigueur depuis un mois" (efficacité louable), "Lavrov est arrivé en Suisse pour des négociations sur la Syrie" (à Dieu ne plaise à Sergueï Viktorovich patience) , "La CIA prépare une cyberattaque contre la Russie." (La CIA est toujours beaucoup plus sale), "Dylan s'est prix Nobel"(Pourquoi pas, Husseinich a également été donné) ... Et tout à coup l'inattendu -" Les scientifiques ont créé un nanomatériau qui produit de l'alcool à partir de l'air. " C'est une nouvelle donc une nouvelle :

Des physiciens américains ont créé des "nano-aiguilles" spéciales à partir de graphène et de cuivre qui utilisent de l'énergie courant électrique pour convertir le dioxyde de carbone (CO2) en molécules d'éthanol - un alcool commun, selon un article publié dans la revue ChemistrySelect.
« En fait, nous avons découvert par accident que ce matériau fonctionne comme il fonctionne. Au départ, nous voulions juste mettre en œuvre la première étape de cette réaction, mais au cours des expérimentations, nous nous sommes vite rendu compte que le catalyseur effectuait toute la réaction à lui seul, sans notre intervention », a déclaré Adam Rondinone d'Oak Ridge National Laboratory. (États-Unis) .
Ces dernières années, les scientifiques ont activement essayé de trouver un moyen de convertir le CO2 atmosphérique en biocarburants et autres substances utiles. Par exemple, en juillet de cette année, des physiciens de Chicago ont présenté une cellule solaire inhabituelle faite de nanomatériaux qui utilise directement l'énergie lumineuse pour décomposer les molécules de dioxyde de carbone et produire du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, à partir desquels du méthane, de l'éthanol et d'autres types de biocarburants peuvent être obtenus. .
Rondinon et ses collègues ont mené ce processus à sa conclusion logique, en essayant de trouver de nouvelles, plus moyens efficaces diviser le CO2 en monoxyde de carbone et de l'oxygène sans générer d'autres sous-produits de réaction inutiles voire interférant avec la production de biocarburants à partir de dioxyde de carbone.
Les scientifiques ont choisi le cuivre comme matériau principal pour ce catalyseur, dont les propriétés électrochimiques sont idéales pour réduire le CO2 en monoxyde de carbone et autres types de molécules.
Le problème est que les nanoparticules et les plaques de cuivre transforment le CO2 non pas en une substance, mais en plusieurs dizaines de molécules à la fois, dont la présence et la concentration dépendent de la tension du courant qui traverse le catalyseur. Cela rend l'utilisation industrielle de tels séparateurs de CO2 pratiquement impossible.
Les physiciens d'Oak Ridge se sont attaqués à ce problème avec un autre nanomatériau prometteur, le graphène. Après avoir froissé les feuilles de graphène en une sorte d'"accordéon", les scientifiques ont ensemencé leurs plis avec des nanoparticules de cuivre, ce qui a conduit au fait que les molécules de CO2 se sont divisées à des endroits strictement désignés - au sommet des "nano-aiguilles" de graphène.
Cela a permis aux chercheurs américains de contrôler avec souplesse ce qui se passe lors de cette décomposition et de transformer presque toujours le CO2 en alcool éthylique ordinaire - en moyenne, environ 60% des molécules de dioxyde de carbone sont converties en éthanol.
Les scientifiques ne savent pas encore ce qui se passe exactement à ces points, mais ils supposent que les plis du graphène interfèrent avec la réduction complète des molécules de CO2 et les empêchent ainsi de se transformer en éthylène, éthane et autres hydrocarbures, et concentrent et redirigent également les flux d'électrons vers les nanoparticules de cuivre. .
Cette technologie d'obtention d'alcool à partir de l'air, selon les physiciens, est presque entièrement prête pour applications industrielles- le coût de tels catalyseurs est faible, et ils peuvent être produits en n'importe quelle quantité. Les scientifiques pensent que leur invention peut être utilisée pour stocker l'excès d'énergie collecté panneaux solaires ou les éoliennes, sous forme d'alcool, qui peuvent ensuite être utilisées comme biocarburant pour les voitures ou comme fluide de travail pour les piles à combustible.

Tout cela est bien, mais il n'y a qu'une seule question : « D'où vient l'hydrogène ? Le dioxyde de carbone (dioxyde de carbone) est du CO 2 (un carbone, deux oxygènes) et l'alcool (éthanol) est C 2 H 5 OH (un oxygène, deux carbones et six hydrogène). D'où les citoyens de la physique ont-ils obtenu l'hydrogène ? De quoi avons-nous affaire ici : à l'acte divin de créer de l'hydrogène à partir de l'esprit saint, ou à une réaction nucléaire jusqu'alors inconnue ? En général, les collègues, jusqu'à ce que les physiciens aient répondu à la question "hydrogène", ne se précipitent pas pour remettre l'appareil de distillation à la ferraille.

Et, j'ai presque oublié le titre de l'actualité - "Les scientifiques ont créé un nanomatériau qui produit de l'alcool à partir de l'air"... Bon, pour les journalistes tout est pareil, que l'air, ce gaz carbonique, ils ont des maladies, et les vagues tombent avec un jack raide et les flèches des oscilloscopes sautent comme des chats de mars.

Un groupe de scientifiques dirigé par Matthias Beller de l'Institute of Catalysis. Leibniz à Rostock a développé nouveau catalyseur, à l'aide duquel de l'hydrogène peut être obtenu dans le processus de traitement des bio-alcools - ce sont des alcools isolés à partir de matières premières biologiques. Le nouveau procédé catalytique présenté a de bonnes performances même dans des conditions relativement douces.

Aujourd'hui, environ 80 % de la consommation mondiale d'énergie est en quelque sorte liée à la combustion de produits pétroliers, gaz naturel ou du charbon. Mais ceux-ci Ressources naturelles sont non renouvelables, et de plus, lorsqu'elles brûlent, des substances sont libérées qui ont un effet négatif sur l'état environnement... À cet égard, de plus en plus de personnes se tournent vers les carburants alternatifs, en particulier l'hydrogène issu de la biomasse.

La production d'hydrogène à partir d'éthanol ou d'autres alcools est associée à certaines difficultés - des catalyseurs actifs sont nécessaires pour la déshydrogénation des alcools. Les procédés catalytiques utilisés aujourd'hui pour l'extraction de l'hydrogène des alcools présentent un gros inconvénient : des conditions très sévères pour leur mise en oeuvre (la température du procédé, même en présence de bases fortes, doit être supérieure à 200°C). Mais les chercheurs de Rostock ont ​​réussi à créer un catalyseur qui accélère la réaction cible dans des conditions de réaction beaucoup plus douces.

La nouveauté démontre des résultats auparavant inaccessibles, elle s'est avérée très efficace dans la déshydrogénation des alcools avec libération d'hydrogène. Il s'agit du premier système du genre capable d'extraire de l'hydrogène à 100 degrés Celsius sans bases ni autres additifs.

Tout d'abord, les scientifiques ont effectué des tests sur un modèle d'alcool - il a succombé relativement facilement à l'élimination de l'hydrogène (isopropanol). Puis le nouveau système a été testé sur l'éthanol - il est plus attractif pour une utilisation comme source de carburant alternatif, mais sa conversion catalytique procédant avec libération d'hydrogène est assez difficile à réaliser. Mais malgré cela, nouveau système a démontré une très bonne conversion de l'éthanol dans des conditions encore plus douces que pour l'isopropanol (60-80 C), ce qui montre une augmentation de dix fois l'activité par rapport aux systèmes catalytiques similaires.

Le catalyseur actif à travers lequel cette réaction se déroule est un produit complexe de dihydrure de ruthénium stabilisé par un ligand tridenté contenant de l'azote protégeant l'atome de ruthénium de trois côtés. Lorsqu'il est chauffé, l'hydrogène est éliminé du complexe de ruthénium et la particule contenant du ruthénium insaturé par coordination, interagissant avec l'éthanol ou le butanol, élimine deux atomes d'hydrogène de la molécule d'alcool, régénérant le cycle catalytique.