Получение углекислого газа разными способами

Статья ставит перед собой цель довести до сведения людей информацию о газе, который необходим человеку для жизнедеятельности и поддержания важных процессов в природе на земле. Но его воздействие, при увеличении, дестабилизирует окружающую среду и может привести к глобальным и необратимым процессам разрушения для планеты. В настоящее время мы уже можем наблюдать изменение климатических условий на разных континентах, связанные с одним из значимых газов на земле – диоксидом углерода.

Происхождение

Образование диоксида углерода носит естественный характер. Основная часть углерода на Земле миллионы лет хранится в надежных кладовых карбонатных горных пород, вроде той, из которых состоят известные «Белые Скалы Дувра» на побережье Ла-Манша.

В создании этих скал участвовали существа, в тысячу раз меньше булавочной головки. Триллионы подобных, микроскопических существ — одноклеточные водоросли.

Вулканы, горячие источники и гейзеры выбрасывали CO2 в атмосферу, а океаны осуществляли его медленное поглощение. Сотни миллионов лет одноклеточные водоросли растворяли в себе двуокись углерода и формировали из нее крошечные раковины. Обилие этих раковин образовывало огромные залежи мела или известняка на дне океана. В результате смещения тектонических плит, земля подняла морское дно из глубины и высекла из него большие «Белые Скалы Дувра». Полипы и водоросли, которые умеют из воды извлекать известь, использовали двуокись углерода для постройки гигантских коралловых рифов. Сами же океаны превращали в известняк поглощенный диоксид углерода, без помощи со стороны живых существ.

Поглощение океаном CO2

С течением времени в атмосфере планеты остались едва заметные следы CO2, концентрация углекислого газа на данный момент составляет около 0,04 процента от общего объема воздуха. Сейчас наряду с азотом (N2), кислородом (O2) и аргоном (Ar) диоксид углерода образует составную часть воздуха планеты, которым мы дышим.

В массовом эквиваленте на кубометр воздуха приходится 760 миллиграмм CO2. Однако в этом и заключается разница между бесплодной пустошью и буйством жизни в земном саду. При полном отсутствии углекислого газа Земля превратилась бы в ледяной шар. При увеличении его в 2 раза, а именно при 8 молекулах на каждые 10000, нам стало бы не комфортно при такой жаре.

Открытие

Первооткрывателем углекислого газа является шотландский физик и химик, Джозеф Блэк (Joseph Black). В 1756 году ученный проводил эксперимент, нагревая белую магнезию (MgCO3). В результате нагрева он выявил, что карбонат магния разложился до жженой магнезии (оксида магния) с потерей массы и образованием так называемого «связанного воздуха». Этим воздухом, как не трудно догадаться, был диоксид углерода.

Впервые, при детальном изучении CO2, Джозеф Блэк доказал что, окружающий нас воздух, это не единая субстанция, а смесь газов. До этого момента все ученные считали воздух одним газом.

Круговорот в природе

Организмам и растениям для поддержания жизненных процессов необходим углерод, круговорот которого в углеродном цикле планеты осуществляется двуокисью углерода. Регулирование концентрации CO2, с конца докембрийского периода (540 млн. лет назад) и до начала индустриально-промышленной эпохи, производится происходящими в земной коре геологическими процессами и производящими фотосинтез организмами. Одни из них образуют и выбрасывают, другие поглощают и вдыхают.

Энергия света, попадая на растительные организмы, водоросли и некоторые виды бактерий, активирует процессы, производящие сложные органические соединения (углеводы) из простых неорганических (CO2 и вода). При этом кислород образуется в качестве побочного продукта. Двуокись углерода также является побочным продуктом организмов, для дыхания которым необходим кислород. Газ попадает в воду через жабры рыб и в воздух через легкие людей и животных. Углекислый газ появляется в результате распада органики (гниение) и в процессе брожения. Вулканы производят выброс углекислого газа, океаны осуществляют его поглощение. Сжигая дрова и другие органические материалы, ископаемые виды топлива, также происходит выделение углекислоты.

Промышленность и CO2

Диоксид углерода — востребованный промышленный материал, который используется во многих отраслях в твердом, жидком и газообразном состоянии.

• В качестве инертного газа при сварке.
• Является наполнителем для углекислотных огнетушителей.
• В качестве газа наддува в авиационных пушках и при добыче нефти.
• Его добавляют в питьевую воду, вино и газированные напитки.
• В твердом состоянии используется как хладагент.

Влияние на атмосферу

Наличие углекислоты регулировалось в течение длительного срока естественными процессами, происходящими на поверхности земли. К искусственным процессам увеличения содержания CO2, в охватывающих весь земной шар масштабах, наша цивилизация приступила в середине 20 века. Человечество, сжигая уголь, нефть и природный газ, производит огромные выбросы диоксида углерода, как отработанного и ненужного продукта в крупномасштабных процессах окисления.

Увеличение населения земли за последние сто лет в 5 раз (1900 год — 1,6 миллиарда человек, 2018 год – 7,6 миллиарда человек) также вносит существенный вклад в накопление этого газа. Производство и использование транспорта увеличивается с ростом населения. Вместе с возрастанием промышленности это приводит к значительной эмиссии CO2 в окружающий воздух. Естественные фильтровальные насосы (океаны и растения) не справляются с увеличением углекислого газа. Об этом говорят измерения, производимые постоянно в разных уголках земли. Так, наличие CO2 в доиндустриальную эпоху составляло 280 ppm, в наше время 406 ppm.

Усугубляет ситуацию вырубка и горение лесов. Пропуская ультрафиолетовое и поглощая инфракрасное (отраженное от земли) излучение углекислота способствует нагреванию океанов и атмосферы земли, образуется парниковый эффект. Увеличение и хорошее проникновение в верхние слои океанов, приводит к образованию угольной кислоты. Данный процесс вызывает окисление, что в совокупности с повышенной температурой, приводит к гибели фитопланктона, важнейшего поставщика кислорода на земле и утилизатора CO2.

Заключение

Хоть немного узнав об углекислом газе, вы осознаете его значимость практически во всей биосфере земли. Сформировав эти не большие, но важные знания, можете ознакомиться с остальными взаимодействиями диоксида углерода в других статьях. Рассказать об этом своим родственникам, знакомым и друзьям и быть может мы, все вместе продлим существование нашей планеты. Что вы об этом думаете?

Получение углекислого газа

Различают следующие
промышленные способы получения
углекислого газа:

– путем рекуперации
двуокиси углерода из газов брожения на
спиртовых и пивоваренных заводах;

– путем рекуперации
двуокиси углерода из отбросных газов
различных производственных процессов;

– путем добычи из
подземных естественных источников;

– путем производства
двуокиси углерода из дымовых газов и
продуктов сгорания;

– путем производства
двуокиси углерода методом прямого
сжигания газообразного или жидкого
топлива.

Соответственно,
в зависимости от концентрации углекислого
газа источники его условно можно
разделить на три группы.

Первую группу
составляют источники сырья, из которых
можно производить чистый диоксид
углерода без специального оборудования
для повышения его концентрации. В эту
группу входят:

а) газы химических
и нефтехимических производств
(производства аммиака, водорода и др.
продуктов) с содержанием 98-99 % СО2; б) газы
спиртового брожения на пивоваренных,
спиртовых и гидролизных заводах с 98-99
% СО2; в) газы из естественных источников
с 92-99 % СО2.

Вторую группу
формируют источники сырья, использование
которых обеспечивает получение чистого
диоксида углерода методом фракционной
конденсации.

К этой группе
относят газы некоторых химических
производств с содержанием 80-95 % СО2.

Установки рекуперации
CO2 предназначены для извлечения
углекислоты из газов первой и второй
группы. Газы, получаемые в процессах
брожения при производстве спирта или
пива, представляют собой практически
чистый углекислый газ, содержащий
водяные пары и следы органических
соединений (сернистый ангидрид,
сероводород, сивушные масла и альдегиды),
легко отмываемые водой. Содержание
двуокиси углерода в т.н. экспанзерных
газах зависит от типа технологических
процессов химических производств и
может составлять до 99,9 %. Остальной объем
занимают пары воды и низкокипящие
примеси, преимущественно водород. Для
доведения двуокиси углерода до пищевого
качества (99,995 % СО2 и 0,0005% О2) эти установки
оснащаются системой ректификационной
(дистилляционной) очистки.

а) состоящие в
основном из азота и диоксида углерода
(продукты сгорания углеродсодержащих
веществ, например, природного газа,
жидкого топлива, кокса в котельных,
газо-поршневых и газотурбинных установках
с содержанием 8-20 % СО2; от-

ходящие газы
известковых и цементных заводов с 30-40
% СО2; колошниковые газы доменных печей
с 21-23 % СО2);

б) состоящие в
основном из метана и диоксида углерода
и содержащие значительные примеси
других газов (биогаз и свалочный газ из
биореакторов с 30-45 % СО2; сопутствующие
газы при добыче природного газа и нефти
с содержанием 20-40 % СО2).

При использовании
источников сырья третьей группы чаще
всего применяются углекислотные станции
абсорбционно-десорбционного типа с
жидкими химическими абсорбентами. Это
— один из основных промышленных способов
получения чистого СО2. Наиболее
распространенным сырьем для производства
двуокиси углерода являются дымовые
газы, а природный газ считается оптимальным
источником сырья. При сжигании природного
газа в дыме отсутствуют соединения серы
и механические примеси.

Типичная схема
получения СО2 выглядит так: обогащенный
СО2 пар поступает в скрубберы, где
оделяются механические примеси и тяжелые
углеводороды. Газ сжимается и прогоняется
через очиститель, в котором удаляются
влага и нежелательные газы.

Произведенная
двуокись углерода может накапливаться
в резервуарах длительного хранения,
подаваться на станцию зарядки баллонов
и огнетушителей, транспортные цистерны,
установки для производства «сухого»
льда, непосредственно на производственные
газирующие линии.

Углекислый газ, имея универсальные свойства, используется в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Сегодня CO2 – это удобрение в сельском хозяйстве, медицинский инструмент, регулятор температуры и источник новой энергии.

• Получение в промышленности
• Применение в промышленности
• Применение в других сферах деятельности
• Заключение

Получение в промышленности

Получение диоксида углерода в промышленности методологически разнообразно. Он находится в дымовых отходах, выпускаемых в атмосферу ТЭЦ и электростанциями, получается при брожении спирта и выступает как продукт реакции с природными карбонатами.

Индустрия получения двуокиси углерода широка. Газ можно абсорбировать несколькими способами из одного источника. Во всех случаях это поэтапный процесс очистки от примесей (для достижения требований ГОСТа) и достижения нужной консистенции, агрегатного состояния.

Получение газообразной двуокиси углерода

Газообразный CO2 извлекают из промышленных (нефтяных) дымов путем адсорбции моноэтаноламина (коммерчески выгодно) и карбонатом калия (редко). Принцип сбора частиц углерода одинаков для обоих веществ. Они направляются по трубопроводу к отходам и собирают в себя углекислый газ. После сбора, насыщенные углекислотой газы направляются на очистку.

В специальных емкостях происходит реакция в при повышенной температуре или заниженном давлении. В процессе высвобождается чистая углекислота и продукты распада (аммиак и другие).

Установка добычи углекислоты

Схематически процесс выглядит так:

• Отходящий дым смешивается с адсорбентами (газообразным карбонатом калия или моноэтаноламином);
• Накопившие в себе двуокись углерода газы поступают в специальный газгольдер для очистки;
• В реакции с высокой температурой или низким давлением происходит отделение углекислого газа от адсорбента.

В лаборатории извлечь много CO2 не получается. Но это возможно в реакции с гидрокарбонатами и кислотами. В отдельности CO2 можно выделить на промышленных станках для получения кислорода, аргона или азота. Углекислый газ здесь выступает как побочный продукт. Хранится он в специальных баллонах, поставляемых потребителю.

Получение жидкой углекислоты

Добыча жидкой углекислоты поэтапно связана с получением ее из газа. Из летучего газообразного состояния, при обработке водородом, раствором перманганата калия и углем, образуется жидкая двуокись.

Сжижение происходит из-за низкого давления, сопровождающего реакцию. После многоступенчатой очистки, жидкий диоксид углерода попадает в компрессор. Там он сжимается и подается для сушки в 2 адсорбера, поочередно перенимающие работу для восстановления. Параллельно сжатая жидкость очищается от запахов и переводится в конденсатор, а оттуда – на хранение.

Этот метод сжижения применяется для газов спиртового брожения. Он актуален для пропана, бутана и т.д. Его используют на крупных пивоварнях, а получаемая очищенная углекислота имеет высокие показатели качества.

Получение твердого диоксида углерода

Твердый диоксид образуют из жидкого путем обработки низкой температурой (-56°). В промышленных условиях только 20% переходят в твердое состояние, а остальные – испаряются.

Порядок извлечения углекислотных кристаллов (сухого льда):

• Из емкости брожения газ переходит в емкость для промывки;
• В газгольдере после мытья он сжимается и сжижается;
• Многократно сжимаясь и нагреваясь, газообразный углерод охлаждается в специальных холодильниках;
• Жидкость очищается активированным углем;
• Поступает в холодильник, где охлаждается и дополнительно очищается от примесей;
• Охлажденный CO2 направляется на испарение и пресс, где комплектуется сухой лед.

Применение в промышленности

Применение углекислого газа в различных областях промышленности связано с химическими и физическими свойствами вещества. Он не горит, не опасен в минимальных концентрациях для человека и животных и является основным компонентом для жизнедеятельности растений.

• Участвует в синтезе искусственных химикатов;
• Регулирует температуру в реакциях;
• Нейтрализует щелочи;
• Очищает ткани животных и растений;
• Может восстанавливаться до метана.

• Осаждение отходящего дыма;
• Регулирует направления течения воды при отводе шахт;
• Некоторые лазеры используют CO2 в качестве источника энергии (неон).

• Регулирует водородный показатель в древесной массе или целлюлозе;
• Усиливает в мощности производственные машины.

Особую роль в промышленной и смежных индустриях играет сухой лед. Он применяется как:

• Источник охлаждения в морозильных камерах при перевозках;
• Охлаждение при затвердевании сплавов;
• Очистка сухим льдом оборудования (криобластинг).

Применение в других сферах деятельности

Человек также использует углекислоту в других областях деятельности и в быту. Доступность диоксида обуславливает его широкую распространенность, а свойства – востребованность даже среди обывателей.

Схема применения углекислоты

Где еще применяется углекислота:

• При сварке. Защищает металл от нагрева и окисления, обтекая электрическую дугу.
• В сельском хозяйстве. Углекислый газ в купе с солнечным светом – идеальный способ удобрить любые культуры. Распыление газа в парнике или теплице увеличивает урожайность в 2-3 раза;
• В медицине служит для создания атмосферы, близкой к реальной, при проведении искусственных операций на органах. Он применяется как стимулятор для восстановления дыхания пациента и при введении его в наркоз;
• Фармацевтика. Создает идеальную среду для синтеза химии и низкотемпературной транспортировки вод;
• Приборы и оборудование. Охлаждает оборудование и агрегаты без разбора на модули, выступает как абразивный элемент прочистки;
• Защита окружающей среды. Регулирует показатель водорода в стоках;
• Пищевая промышленность. Используется как консервант и разрыхлитель теста. Добавляется в напитки, делая их газированными;
• Для создания давления в пневматическом оружии.

Применение углекислого газа особенно востребовано в системах пожаротушения. Он заполняется в углекислотные газовые огнетушители и при возгорании позволяет изолировать очаг пожара от источника кислорода. Горение не может долго продолжаться без подпитки воздухом, а газификация углекислотой не даст ему проникнуть к огню.

Получаемый в малом количестве от спиртового брожения используется как способ газировки напитков. Он также уберегает муку, сухофрукты, арахис от насекомых, не влияя на качество и скорость их порчи.

Углекислый газ – первоклассная среда для разведения цветов, подкормки овощей и подводных растений. Он ускоряет фотосинтез и улучшает обменные процессы в растительных клетках. Главное – имеет доступную цену даже для обывателей.

Диоксид углерода может применяться и в криодеструкции, в качестве заморозки. Он сжигает холодом поверхность бородавок и родинок, заставляя их отваливаться, но не оставлять шрамов от скальпеля и швов.

Углекислый газ – простое и распространенное по всей планете вещество, играющее практическую функцию в ключевых отраслях деятельности. Без него не обходится промышленность, медицина, пищевая отрасль и даже простой человеческий быт.

С недавних пор CO2 применяется как основа для производства источника топлива (метанола). Популярность набирает способ использования в качестве возобновляемого геотермального источника энергии, способного увеличить производство электроэнергии и сократить выбросы газа в атмосферу.

Как сделать углекислый газ

Вопрос не совсем корректный, правильней будет: “Как получить углекислый газ”.
Основным и самым простым методом получения углекислого газа пользуются любители аквариумных рыбок. Смешиваем уксусную кислоту с пищевой содой и получаем диоксид углерода в виде газов.

Как распознать углекислый газ

Визуально распознать диоксид углерода не возможно. При больших концентрациях возникает кисловатый запах в носу и кисловатый привкус в ротовой полости. В атмосфере углекислого газа горит только магний. Остальные вещества, которые горят на воздухе, в углекислоте гореть не будут. Одним из самых простых способов распознавания концентрации углекислого газа в любом месте, это приобретение портативных газоанализаторов по CO2

Что тяжелее, кислород или углекислый газ

Кислород состоит из двух атомов кислорода, молярная масса его равна 32 г/моль. Углекислый газ кроме 2 атомов кислорода имеет еще 1 атом углерода. Соответственно, диоксид углерода тяжелее кислорода и масса его равна 44 г/моль.

Как добывают углекислый газ

Углекислый газ можно добывать напрямую из воздуха с помощью химических реакций. Наибольшую распространенность в европейских странах получили установки для добычи диоксида углерода непосредственно из уходящих газов электростанций. Более подробно о добыче углекислого газа можно почитать здесь.

Как углекислый газ воздействует на дыхательный центр

В дыхательном центре имеются хеморецепторы – чувствительные нервные окончания, воспринимающие химические раздражения. Когда в крови уровень углекислого газа становится выше, происходит снижение щелочной реакции в крови и хеморецепторы дают команду в дыхательный центр об усилении дыхательных процессов. При нехватке диоксида углерода дыхание становится поверхностным и замедляется до тех пор, пока баланс CO2 в крови не будет восстановлен.

Как заморозить углекислый газ

Заморозить углекислый газ в домашних условиях можно только при наличии баллона с жидкой углекислотой или углекислотного огнетушителя. Возьмите неплотный брезентовый или тряпичный мешок. Наденьте его на штуцер баллона с газом и откройте вентиль на баллоне, создав большое давление на выходе. При резком снижении давления в мешке часть диоксида углерода испаряется, часть преобразуется в сухой лед, который оседает в мешке. Температура сухого льда -78,5 градусов, поэтому голыми руками его трогать не желательно.

Углекислый газ горит или нет

Сам по себе углекислый газ является окончательным продуктом горения. Поэтому процесс сгорания различных веществ он не поддерживает. Благодаря этим свойствам его используют для зарядки огнетушителей. Однако, при создании определенных условий, CO2 поддерживает горение некоторых веществ. Ярким представителем является нагретый магний.

Углекислый газ взрывоопасен или нет

Сам по себе диоксид углерода не взрывоопасен, так как реакцию горения с кислородом он не поддерживает. Но, если газ находится в замкнутом сосуде и подвержен сильному нагреву, возможен разрыв непрочного сосуда из-за теплового расширения газа.

Как повысить уровень углекислого газа в организме

Для повышения диоксида углерода в организме применяют специальную методику дыхания, которая состоит из неглубоких вдохов и выдохов с паузой между циклами в 20 секунд. Также для этих целей используются самодельные, дыхательные тренажеры или фирменные типа “Самоздрав”.

Углекислый газ, как топливо

Речь об углекислом газе, как о топливе, ведется уже давно. В частности американские ученные нашли способы для преобразования CO2 в монооксид углерода (CO). Соединив оксид углерода с водородом (H) можно получить углеводородное топливо, но в промышленных масштабах производство еще не запущено.

Углекислый газ ядовит или нет

Нет, не ядовит. При больших концентрациях в воздухе он оказывает удушающее действие, замещая собой кислород.