Cacbon dioxit CO 2(carbon dioxide, carbon dioxide, carbon dioxide, anhydrit carbonic) tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ có thể ở trạng thái khí, lỏng hoặc rắn.
Ở trạng thái khí, carbon dioxide là một loại khí không màu, có vị và mùi hơi chua. Bầu khí quyển của Trái đất chứa khoảng 0,04% carbon dioxide. Trong điều kiện bình thường, mật độ của nó là 1,98 g/l - xấp xỉ 1,5 lần mật độ không khí.
Sơ đồ. Cân bằng pha của carbon dioxide
Carbon dioxide lỏng (carbon dioxide) là chất lỏng không màu, không mùi. Ở nhiệt độ phòng nó chỉ tồn tại ở áp suất trên 5850 kPa. Mật độ của carbon dioxide lỏng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Ví dụ, ở nhiệt độ dưới +11°C, carbon dioxide lỏng nặng hơn nước; ở nhiệt độ trên +11°C, nó nhẹ hơn. Do sự bay hơi của 1 kg carbon dioxide lỏng trong điều kiện bình thường, khoảng 509 lít khí được hình thành.
Ở nhiệt độ khoảng -56,6 ° C và áp suất khoảng 519 kPa, carbon dioxide lỏng biến thành chất rắn - "đá khô".
Trong công nghiệp, có 3 cách phổ biến nhất để tạo ra carbon dioxide:
- từ khí thải sản xuất hóa chất, chủ yếu là amoniac tổng hợp và metanol; khí thải chứa khoảng 90% carbon dioxide;
- từ khí thải của lò hơi công nghiệp đốt khí đốt tự nhiên, than đá và các nhiên liệu khác; khí thải chứa 12-20% carbon dioxide;
- từ khí thải hình thành trong quá trình lên men trong quá trình sản xuất bia, rượu và trong quá trình phân hủy chất béo; khí thải gần như là carbon dioxide tinh khiết.
Theo GOST 8050-85, carbon dioxide dạng khí và lỏng được cung cấp theo ba loại: loại cao cấp, loại một và loại hai. Để hàn, nên sử dụng carbon dioxide loại cao nhất và hạng nhất. Cho phép sử dụng carbon dioxide loại hai để hàn, nhưng nên sử dụng máy sấy khí. Hàm lượng cho phép của carbon dioxide và một số tạp chất trong các nhãn hiệu carbon dioxide khác nhau được đưa ra trong bảng dưới đây.
Bàn. Đặc điểm của thương hiệu carbon dioxide
Các biện pháp phòng ngừa an toàn khi làm việc với carbon dioxide:
- Carbon dioxide không độc hại và không gây nổ, tuy nhiên, khi nồng độ của nó trong không khí vượt quá 5% (92 g/m3), tỷ lệ oxy sẽ giảm, có thể dẫn đến thiếu oxy và ngạt thở. Vì vậy, bạn nên cảnh giác với sự tích tụ của nó ở những nơi thông gió kém. Để ghi lại nồng độ carbon dioxide trong không khí của các cơ sở công nghiệp, máy phân tích khí - tự động hoặc di động được sử dụng.
- Khi áp suất giảm xuống áp suất khí quyển, carbon dioxide lỏng biến thành khí và tuyết với nhiệt độ -78,5°C và có thể dẫn đến tổn thương màng nhầy của mắt và tê cóng trên da. Vì vậy, khi lấy mẫu carbon dioxide lỏng cần sử dụng kính và găng tay bảo hộ.
- Việc kiểm tra thùng chứa bên trong của bể chứa và vận chuyển carbon dioxide lỏng đã qua sử dụng trước đây phải được thực hiện bằng cách sử dụng mặt nạ phòng độc dạng ống. Bể phải được làm ấm đến nhiệt độ môi trường xung quanh và thùng chứa bên trong phải được làm sạch bằng không khí hoặc thông gió. Không được sử dụng mặt nạ phòng độc cho đến khi tỷ lệ thể tích carbon dioxide bên trong thiết bị giảm xuống dưới 0,5%.
Sử dụng carbon dioxide trong hàn
Carbon dioxide được sử dụng làm khí bảo vệ tích cực cho hàn hồ quang(thường là hàn bán tự động) bằng điện cực tiêu hao (dây), bao gồm cả một phần của hỗn hợp khí (với oxy, argon).
Các trạm hàn có thể được cung cấp carbon dioxide theo những cách sau:
- trực tiếp từ trạm sản xuất carbon dioxide tự trị;
- từ một tàu lưu trữ cố định - với lượng tiêu thụ carbon dioxide đáng kể và doanh nghiệp không có trạm tự trị riêng;
- từ bể chứa carbon dioxide vận chuyển - với lượng tiêu thụ carbon dioxide nhỏ hơn;
- từ xi lanh - khi lượng carbon dioxide được sử dụng không đáng kể hoặc không thể đặt đường ống đến trạm hàn.
Trạm sản xuất carbon dioxide tự trị là một xưởng chuyên biệt riêng biệt của một doanh nghiệp sản xuất carbon dioxide cho nhu cầu của chính mình và cung cấp cho các tổ chức khác. Carbon dioxide được cung cấp cho các trạm hàn thông qua đường ống dẫn khí đặt trong xưởng hàn.
Trong trường hợp lượng tiêu thụ carbon dioxide lớn và doanh nghiệp không có trạm tự trị, carbon dioxide được lưu trữ trong các thùng chứa cố định và được lấy từ các thùng vận chuyển (xem hình bên dưới).
Vẽ. Sơ đồ cung cấp carbon dioxide cho các trạm hàn từ bình chứa cố định
Đối với khối lượng tiêu thụ nhỏ hơn, carbon dioxide có thể được cung cấp trực tiếp qua đường ống từ bể vận chuyển. Đặc điểm của một số container văn phòng phẩm và container vận chuyển được thể hiện trong bảng dưới đây.
Bàn. Đặc điểm của thùng chứa và vận chuyển carbon dioxide (carbon dioxide)
| Thương hiệu | Khối lượng carbon dioxide, kg | Mục đích | Thời gian lưu trữ carbon dioxide, ngày | Thương hiệu máy khí hóa |
| TsZHU-3.0-2.0 | 2 950 | Ô tô vận tải ZIL-130 | 6-20 | EGU-100 |
| New Zealand-4-1.6 | 4 050 | Kho lưu trữ văn phòng phẩm | 6-20 | EGU-100 |
| TsZHU-9.0-1.8 | 9 000 | Ô tô vận tải MAZ 5245 | 6-20 | GU-400 |
| New Zealand-12.5-1.6 | 12 800 | Kho lưu trữ văn phòng phẩm | 6-20 | GU-400 |
| UDH-12.5 | 12 300 | Kho lưu trữ văn phòng phẩm | UGM-200M | |
| TsZHU-40-2 | 39 350 | Vận tải đường sắt | 40 | GU-400 |
| RDH-25-2 | 25 500 | Kho lưu trữ văn phòng phẩm | Không giới hạn, được trang bị thiết bị làm lạnh | GU-400 |
| New Zealand-50D | 50 000 | Kho lưu trữ văn phòng phẩm | Không giới hạn, được trang bị thiết bị làm lạnh | GU-400 |
Khi khối lượng tiêu thụ carbon dioxide nhỏ hoặc không thể đặt đường ống đến trạm hàn, xi lanh được sử dụng để cung cấp carbon dioxide. Một xi lanh màu đen tiêu chuẩn có dung tích 40 lít chứa đầy 25 kg carbon dioxide lỏng, thường được lưu trữ ở áp suất 5-6 MPa. Do sự bay hơi của 25 kg carbon dioxide lỏng, khoảng 12.600 lít khí được hình thành. Sơ đồ lưu trữ carbon dioxide trong xi lanh được thể hiện trong hình dưới đây.
Vẽ. Sơ đồ lưu trữ carbon dioxide (carbon dioxide) trong xi lanh
Để trích khí từ xi lanh, nó phải được trang bị bộ giảm tốc, bộ sưởi gas và máy sấy khí. Khi carbon dioxide rời khỏi xi lanh do sự giãn nở của nó, quá trình làm mát đoạn nhiệt của khí xảy ra. Ở tốc độ dòng khí cao (trên 18 l/phút), điều này có thể dẫn đến sự đóng băng của hơi nước có trong khí và tắc nghẽn bộ giảm tốc. Về vấn đề này, nên đặt bộ sưởi gas giữa bộ giảm tốc và van xi lanh. Khi khí đi qua cuộn dây, nó được làm nóng bởi một bộ phận làm nóng bằng điện được kết nối với mạng 24 hoặc 36 V.
Một máy sấy khí được sử dụng để tách độ ẩm từ carbon dioxide. Đó là một lớp vỏ chứa đầy vật liệu (thường là silica gel, đồng sunfat hoặc gel nhôm) có khả năng hút ẩm tốt. Máy sấy có áp suất cao, được lắp đặt trước bộ giảm tốc và áp suất thấp, được lắp đặt sau bộ giảm tốc.
Carbon dioxide là một loại khí không màu, có mùi khó nhận biết, không độc hại, nặng hơn không khí. Carbon dioxide được phân phối rộng rãi trong tự nhiên. Nó hòa tan trong nước tạo thành axit cacbonic H 2 CO 3, có vị chua. Không khí chứa khoảng 0,03% carbon dioxide. Mật độ lớn hơn 1,524 lần so với mật độ không khí và bằng 0,001976 g/cm 3 (ở nhiệt độ 0 và áp suất 101,3 kPa). Điện thế ion hóa 14,3V. Công thức hóa học - CO 2.
Trong sản xuất hàn thuật ngữ này được sử dụng "khí cacbonic" cm. Trong “Quy tắc thiết kế và vận hành an toàn bình chịu áp lực”, thuật ngữ này "khí cacbonic", và trong thời hạn "khí cacbonic".
Có nhiều cách để sản xuất carbon dioxide, những cách chính sẽ được thảo luận trong bài viết.
Mật độ của carbon dioxide phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và trạng thái kết tụ mà nó được tìm thấy. Ở áp suất khí quyển và nhiệt độ -78,5°C, carbon dioxide, bỏ qua trạng thái lỏng, biến thành khối màu trắng như tuyết "đá khô".
Dưới áp suất 528 kPa và ở nhiệt độ -56,6 ° C, carbon dioxide có thể ở cả ba trạng thái (gọi là điểm ba).
Carbon dioxide ổn định nhiệt, chỉ phân ly thành carbon monoxide ở nhiệt độ trên 2000°C.
cacbon dioxit là khí đầu tiên được mô tả như một chất riêng biệt. Vào thế kỷ XVII, một nhà hóa học người Flemish Jan Baptist van Helmont (Jan Baptist van Helmont) nhận thấy sau khi đốt than trong bình kín thì khối lượng tro nhỏ hơn rất nhiều so với khối lượng than đã đốt. Ông giải thích điều này bằng cách nói rằng than đã biến thành một khối vô hình mà ông gọi là “khí”.
Các tính chất của carbon dioxide được nghiên cứu muộn hơn nhiều vào năm 1750. nhà vật lý người Scotland Joseph đen (Joseph đen).
Ông phát hiện ra rằng đá vôi (canxi cacbonat CaCO 3), khi đun nóng hoặc phản ứng với axit, sẽ giải phóng một loại khí mà ông gọi là “không khí liên kết”. Hóa ra “không khí liên kết” đậm đặc hơn không khí và không hỗ trợ quá trình đốt cháy.
CaCO 3 + 2HCl = CO 2 + CaCl 2 + H 2 O
Bằng cách vượt qua "không khí ràng buộc" tức là. CO 2 qua dung dịch nước vôi Ca(OH) 2 canxi cacbonat CaCO 3 lắng xuống đáy. Joseph Black đã sử dụng thí nghiệm này để chứng minh rằng carbon dioxide được giải phóng qua quá trình hô hấp của động vật.
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O
Carbon dioxide lỏng là chất lỏng không màu, không mùi, có mật độ thay đổi rất nhiều theo nhiệt độ. Nó chỉ tồn tại ở nhiệt độ phòng ở áp suất trên 5,85 MPa. Mật độ của carbon dioxide lỏng là 0,771 g/cm3 (20°C). Ở nhiệt độ dưới +11°C, nó nặng hơn nước và trên +11°C, nó nhẹ hơn.
Trọng lượng riêng của carbon dioxide lỏng thay đổi đáng kể theo nhiệt độ, do đó, lượng carbon dioxide được xác định và bán theo trọng lượng. Độ hòa tan của nước trong carbon dioxide lỏng ở nhiệt độ 5,8-22,9 ° C không quá 0,05%.
Carbon dioxide lỏng biến thành khí khi nhiệt được cung cấp cho nó. Trong điều kiện bình thường (20°C và 101,3 kPa) Khi 1 kg CO2 lỏng bay hơi sẽ tạo thành 509 lít CO2. Khi khí được rút ra quá nhanh, áp suất trong xi lanh giảm và lượng nhiệt cung cấp không đủ, carbon dioxide nguội đi, tốc độ bay hơi của nó giảm và khi đạt đến “điểm ba” nó biến thành đá khô làm tắc nghẽn lỗ xi lanh. trong hộp số giảm tốc và quá trình trích khí tiếp theo sẽ dừng lại. Khi đun nóng, đá khô trực tiếp biến thành carbon dioxide, bỏ qua trạng thái lỏng. Để làm bay hơi đá khô, cần phải cung cấp nhiều nhiệt hơn đáng kể so với lượng nhiệt làm bay hơi carbon dioxide lỏng - do đó, nếu đá khô đã hình thành trong xi lanh, nó sẽ bay hơi chậm.
Carbon dioxide lỏng được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1823. Humphry Davy(Humphry Davy) và Michael Faraday(Michael Faraday).
"Băng khô" carbon dioxide rắn có bề ngoài giống như băng và tuyết. Hàm lượng carbon dioxide thu được từ than bánh đá khô cao - 99,93-99,99%. Độ ẩm nằm trong khoảng 0,06-0,13%. Đá khô ở ngoài trời sẽ bay hơi nhanh chóng nên các thùng chứa được sử dụng để bảo quản và vận chuyển. Carbon dioxide được sản xuất từ đá khô trong thiết bị bay hơi đặc biệt. Carbon dioxide rắn (đá khô), được cung cấp theo GOST 12162.
Carbon dioxide thường được sử dụng nhiều nhất:
- tạo môi trường bảo vệ cho kim loại;
- trong sản xuất đồ uống có ga;
- làm lạnh, cấp đông và bảo quản thực phẩm;
- đối với hệ thống chữa cháy;
- để làm sạch bề mặt bằng đá khô.
Mật độ carbon dioxide khá cao, cho phép bảo vệ không gian phản ứng hồ quang khỏi tiếp xúc với khí không khí và ngăn chặn quá trình thấm nitơ ở mức tiêu thụ carbon dioxide tương đối thấp trong máy bay phản lực. Carbon dioxide, trong quá trình hàn, nó tương tác với kim loại mối hàn và có tác dụng oxy hóa và cacbon hóa trên kim loại của bể hàn.
trước đây những trở ngại đối với việc sử dụng carbon dioxide làm phương tiện bảo vệ đã trong các đường nối. Các lỗ chân lông được gây ra bởi sự sôi của kim loại hóa rắn của bể hàn do giải phóng carbon monoxide (CO) do quá trình khử oxy không đủ.
Ở nhiệt độ cao, carbon dioxide phân ly để tạo thành oxy đơn nguyên tử, tự do có hoạt tính cao:
Quá trình oxy hóa kim loại hàn được giải phóng khỏi carbon dioxide trong quá trình hàn được trung hòa bởi hàm lượng bổ sung của các nguyên tố hợp kim có ái lực cao với oxy, thường là silicon và mangan (vượt quá lượng cần thiết để hợp kim hóa kim loại mối hàn) hoặc chất trợ dung được đưa vào vùng hàn (hàn).
Cả carbon dioxide và carbon monoxide thực tế không hòa tan trong kim loại rắn và nóng chảy. Hoạt chất tự do oxy hóa các nguyên tố có trong bể hàn tùy thuộc vào ái lực và nồng độ oxy của chúng theo phương trình:
Tôi + O = MeO
trong đó Me là kim loại (mangan, nhôm, v.v.).
Ngoài ra, bản thân carbon dioxide cũng phản ứng với các nguyên tố này.
Kết quả của những phản ứng này, khi hàn trong carbon dioxide, người ta quan sát thấy sự đốt cháy đáng kể của nhôm, titan và zirconi và sự đốt cháy ít nghiêm trọng hơn của silicon, mangan, crom, vanadi, v.v.
Quá trình oxy hóa tạp chất xảy ra đặc biệt mạnh mẽ ở . Điều này là do thực tế là khi hàn bằng điện cực tiêu hao, sự tương tác của kim loại nóng chảy với khí xảy ra khi một giọt vẫn còn ở cuối điện cực và trong vũng hàn, và khi hàn bằng điện cực không tiêu hao, nó chỉ xảy ra trong hồ bơi. Như đã biết, sự tương tác của khí với kim loại trong khe hở hồ quang xảy ra mạnh mẽ hơn nhiều do nhiệt độ cao và bề mặt tiếp xúc của kim loại với khí lớn hơn.
Do hoạt động hóa học của carbon dioxide liên quan đến vonfram, việc hàn trong khí này chỉ được thực hiện với một điện cực tiêu hao.
Carbon dioxide không độc hại và không nổ. Ở nồng độ trên 5% (92 g/m3), carbon dioxide có ảnh hưởng có hại đến sức khỏe con người vì nó nặng hơn không khí và có thể tích tụ ở những khu vực thông gió kém gần sàn nhà. Điều này làm giảm tỷ lệ thể tích oxy trong không khí, có thể gây thiếu oxy và ngạt thở. Cơ sở hàn được thực hiện bằng cách sử dụng carbon dioxide phải được trang bị hệ thống thông gió chung và thoát khí. Nồng độ carbon dioxide tối đa cho phép trong không khí của khu vực làm việc là 9,2 g/m 3 (0,5%).
Carbon dioxide được cung cấp bởi. Để có được các đường nối chất lượng cao, carbon dioxide dạng khí và hóa lỏng thuộc loại cao nhất và hạng nhất được sử dụng.
Carbon dioxide được vận chuyển và lưu trữ trong các bình thép hoặc bể chứa dung tích lớn ở trạng thái lỏng, sau đó được khí hóa tại nhà máy, với nguồn cung cấp tập trung đến các trạm hàn thông qua các đường dốc. Một bình tiêu chuẩn có dung tích nước 40 lít chứa đầy 25 kg carbon dioxide lỏng, ở áp suất bình thường chiếm 67,5% thể tích của xi lanh và tạo ra 12,5 m 3 carbon dioxide khi bay hơi. Không khí tích tụ ở phần trên của xi lanh cùng với khí carbon dioxide. Nước nặng hơn carbon dioxide lỏng, tích tụ ở đáy xi lanh.
Để giảm độ ẩm của carbon dioxide, nên lắp đặt xi lanh với van hướng xuống và sau khi lắng trong 10...15 phút, cẩn thận mở van và xả hơi ẩm ra khỏi xi lanh. Trước khi hàn, cần xả một lượng nhỏ khí từ xi lanh được lắp đặt thông thường để loại bỏ không khí còn sót lại trong xi lanh. Một phần hơi ẩm được giữ lại trong carbon dioxide dưới dạng hơi nước, làm cho mối hàn trở nên tồi tệ hơn.
Khi khí thoát ra khỏi xi lanh, do tác dụng tiết lưu và hấp thụ nhiệt trong quá trình bay hơi của carbon dioxide lỏng, khí nguội đi đáng kể. Với quá trình chiết khí chuyên sâu, bộ giảm tốc có thể bị tắc do hơi ẩm đông lạnh có trong carbon dioxide, cũng như đá khô. Để tránh điều này, khi chiết xuất carbon dioxide, một bộ sưởi gas được lắp đặt phía trước bộ giảm tốc. Việc loại bỏ độ ẩm cuối cùng sau hộp số được thực hiện bằng chất hút ẩm đặc biệt chứa đầy bông thủy tinh và canxi clorua, silica gel, đồng sunfat hoặc các chất hút ẩm khác
Bình chứa carbon dioxide được sơn màu đen, có dòng chữ “CARBON ACID” viết bằng chữ màu vàng..
Nội dung của bài viết
KHÍ CACBONIC(carbon(IV) monoxide, carbonic anhydrit, carbon dioxide) CO 2, một thành phần tạo bọt nổi tiếng trong nước ngọt có ga. Con người đã biết đến đặc tính chữa bệnh của “nước có ga” từ các nguồn tự nhiên từ thời xa xưa, nhưng chỉ đến thế kỷ 19. Tôi đã học cách tự mình có được nó. Đồng thời, chất làm sủi bọt nước đã được xác định - carbon dioxide. Lần đầu tiên nhằm mục đích cacbon hóa, khí này thu được vào năm 1887 trong phản ứng giữa đá cẩm thạch nghiền và axit sulfuric; nó cũng được phân lập từ các nguồn tự nhiên. Sau này, CO 2 bắt đầu được sản xuất ở quy mô công nghiệp bằng cách đốt than cốc, nung đá vôi và lên men rượu. Trong hơn một phần tư thế kỷ, carbon dioxide được lưu trữ trong các bình thép chịu áp lực và hầu như chỉ được sử dụng cho đồ uống có ga. Năm 1923, CO 2 rắn (đá khô) bắt đầu được sản xuất như một sản phẩm thương mại, và khoảng năm 1940, CO 2 lỏng được sản xuất, được đổ vào các thùng kín đặc biệt dưới áp suất cao.
Tính chất vật lý.
Ở nhiệt độ và áp suất bình thường, carbon dioxide là một loại khí không màu, có vị và mùi hơi chua. Nó nặng hơn không khí 50% nên có thể đổ từ thùng này sang thùng khác. CO 2 là sản phẩm của hầu hết các quá trình đốt cháy và với số lượng đủ lớn, có thể dập tắt ngọn lửa bằng cách thay thế oxy trong không khí. Khi nồng độ CO 2 tăng trong phòng thông gió kém, hàm lượng oxy trong không khí giảm đến mức con người có thể bị ngạt thở. CO 2 hòa tan trong nhiều chất lỏng; độ hòa tan phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, nhiệt độ và áp suất hơi CO 2. Khả năng hòa tan trong nước của carbon dioxide quyết định việc sử dụng rộng rãi nó trong sản xuất nước giải khát. CO 2 hòa tan nhiều trong dung môi hữu cơ như rượu, axeton và benzen.
Với áp suất ngày càng tăng và làm mát, carbon dioxide dễ dàng hóa lỏng và ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ từ +31 đến –57 ° C (tùy thuộc vào áp suất). Dưới -57°C nó chuyển sang trạng thái rắn (đá khô). Áp suất cần thiết cho quá trình hóa lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ: ở +21° C là 60 atm, và ở –18° C là 20 atm. CO 2 lỏng được bảo quản trong thùng kín dưới áp suất thích hợp. Khi đi vào khí quyển, một phần biến thành khí và một phần thành “tuyết carbon”, trong khi nhiệt độ của nó giảm xuống –84 ° C.
Hấp thụ nhiệt từ môi trường, đá khô chuyển sang trạng thái khí, bỏ qua pha lỏng - thăng hoa. Để giảm tổn thất thăng hoa, nó được bảo quản và vận chuyển trong các thùng chứa kín đủ chắc chắn để chịu được sự gia tăng áp suất khi nhiệt độ tăng.
Tính chất hóa học.
CO 2 là hợp chất có hoạt tính thấp. Khi hòa tan trong nước tạo thành axit cacbonic yếu làm giấy quỳ chuyển sang màu đỏ. Axit cacbonic cải thiện hương vị của đồ uống có ga và ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn. Phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ, cũng như với amoniac, CO 2 tạo thành cacbonat và bicarbonat.
Sự phổ biến trong tự nhiên và sản xuất.
CO 2 được hình thành trong quá trình đốt cháy các chất có chứa carbon, lên men rượu và phân hủy tàn dư thực vật và động vật; nó được giải phóng khi động vật thở và nó được thực vật giải phóng trong bóng tối. Ngược lại, trong ánh sáng, thực vật hấp thụ CO 2 và giải phóng oxy, giúp duy trì sự cân bằng tự nhiên của oxy và carbon dioxide trong không khí chúng ta hít thở. Hàm lượng CO 2 trong đó không vượt quá 0,03% (theo thể tích).
Có năm cách chính để tạo ra CO 2: đốt các chất có chứa carbon (than cốc, khí tự nhiên, nhiên liệu lỏng); hình thành như một sản phẩm phụ trong quá trình tổng hợp amoniac; nung đá vôi; quá trình lên men; bơm từ giếng. Trong hai trường hợp cuối, thu được gần như carbon dioxide tinh khiết và khi đốt các chất có chứa carbon hoặc nung đá vôi, hỗn hợp CO 2 với nitơ và dấu vết của các khí khác được hình thành. Hỗn hợp này được dẫn qua dung dịch chỉ hấp thụ CO 2 . Sau đó, dung dịch được đun nóng và thu được CO 2 gần như tinh khiết, được tách ra khỏi các tạp chất còn lại. Hơi nước được loại bỏ bằng cách đông lạnh và sấy khô bằng hóa chất.
CO 2 tinh khiết được hóa lỏng bằng cách làm lạnh ở áp suất cao và được bảo quản trong các thùng chứa lớn. Để sản xuất đá khô, CO2 lỏng được đưa vào buồng kín của máy ép thủy lực, tại đó áp suất giảm xuống áp suất khí quyển. Khi áp suất giảm mạnh, tuyết rời và khí rất lạnh được hình thành từ CO 2. Tuyết được nén lại và thu được băng khô. Khí CO 2 được bơm ra ngoài, hóa lỏng và quay trở lại bể chứa.
ỨNG DỤNG
Tiếp nhận nhiệt độ thấp.
Ở dạng lỏng và rắn, CO 2 được sử dụng chủ yếu làm chất làm lạnh. Đá khô là một vật liệu nhỏ gọn, dễ cầm nắm và cho phép bạn tạo ra các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Với cùng khối lượng, nó lạnh hơn gấp đôi so với băng thông thường, chiếm một nửa thể tích. Đá khô được sử dụng trong bảo quản thực phẩm. Nó được sử dụng để làm mát rượu sâm panh, nước giải khát và kem. Nó được sử dụng rộng rãi trong quá trình “nghiền lạnh” các vật liệu nhạy nhiệt (sản phẩm thịt, nhựa, polyme, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, sơn, gia vị); khi nhào lộn (làm sạch các gờ) các sản phẩm cao su và nhựa có đóng dấu; trong quá trình thử nghiệm nhiệt độ thấp của máy bay và thiết bị điện tử trong buồng đặc biệt; để “trộn lạnh” các loại bánh nướng xốp và bánh ngọt bán thành phẩm để chúng vẫn đồng nhất trong quá trình nướng; để làm lạnh nhanh các thùng chứa sản phẩm được vận chuyển bằng cách thổi chúng bằng dòng đá khô nghiền; khi làm cứng hợp kim và thép không gỉ, nhôm, v.v. để cải thiện tính chất vật lý của họ; để lắp chặt các bộ phận máy trong quá trình lắp ráp; để làm mát dao cắt khi gia công phôi thép cường độ cao.
Cacbon hóa.
Ứng dụng chính của khí CO 2 là cacbonat hóa nước và nước giải khát. Đầu tiên, nước và xi-rô được trộn theo tỷ lệ cần thiết, sau đó hỗn hợp này được bão hòa khí CO 2 dưới áp suất. Sự cacbonat hóa trong bia và rượu vang thường xảy ra do các phản ứng hóa học xảy ra trong đó.
Ứng dụng dựa trên quán tính.
CO 2 được sử dụng làm chất chống oxy hóa trong quá trình bảo quản lâu dài nhiều loại thực phẩm: phô mai, thịt, sữa bột, các loại hạt, trà hòa tan, cà phê, ca cao, v.v. Là chất ức chế quá trình đốt cháy, CO 2 được sử dụng trong việc lưu trữ và vận chuyển các vật liệu dễ cháy, như nhiên liệu tên lửa, dầu, xăng, sơn, vecni và dung môi. Nó được sử dụng như một phương tiện bảo vệ trong hàn điện thép cacbon để có được mối hàn đồng đều, bền chắc, đồng thời chi phí hàn rẻ hơn so với khi sử dụng khí trơ.
CO 2 là một trong những phương tiện chữa cháy hiệu quả nhất xảy ra khi chất lỏng dễ cháy bốc cháy và sự cố về điện. Các loại bình chữa cháy carbon dioxide khác nhau được sản xuất: từ loại xách tay có sức chứa không quá 2 kg đến các thiết bị cung cấp tự động cố định có tổng dung tích xi lanh lên tới 45 kg hoặc bình chứa khí áp suất thấp có sức chứa lên đến 60 tấn. CO2. CO 2 lỏng chịu áp suất trong các bình chữa cháy như vậy khi thoát ra sẽ tạo thành hỗn hợp tuyết và khí lạnh; thứ hai có mật độ cao hơn không khí và đẩy nó ra khỏi vùng đốt. Hiệu ứng này cũng được tăng cường nhờ tác dụng làm mát của tuyết, tuyết bay hơi và biến thành khí CO 2.
Các khía cạnh hóa học
Carbon dioxide được sử dụng trong sản xuất aspirin, chì trắng, urê, perborat và cacbonat tinh khiết về mặt hóa học. Axit cacbonic, được hình thành khi hòa tan CO 2 trong nước, là một thuốc thử rẻ tiền để trung hòa chất kiềm. Trong các xưởng đúc, carbon dioxide được sử dụng để xử lý khuôn cát bằng cách cho CO 2 phản ứng với natri silicat trộn với cát. Điều này cho phép bạn có được vật đúc chất lượng cao hơn. Gạch chịu lửa dùng để lót lò luyện thép, thủy tinh và nhôm trở nên bền hơn sau khi xử lý bằng carbon dioxide. CO 2 còn được sử dụng trong hệ thống làm mềm nước đô thị bằng vôi soda.
Tạo áp lực gia tăng.
CO 2 được sử dụng để kiểm tra áp suất và kiểm tra rò rỉ của các thùng chứa khác nhau, cũng như để hiệu chỉnh đồng hồ đo áp suất, van và bugi. Nó được sử dụng để đổ đầy các thùng chứa di động để bơm căng dây cứu sinh và thuyền bơm hơi. Hỗn hợp carbon dioxide và oxit nitơ từ lâu đã được sử dụng để tạo áp lực cho các bình xịt. CO 2 được bơm dưới áp suất vào các thùng chứa kín bằng ete (trong các thiết bị khởi động nhanh động cơ), dung môi, sơn, thuốc trừ sâu để phun các chất này tiếp theo.
Ứng dụng trong y học.
CO 2 được thêm một lượng nhỏ vào oxy (để kích thích hô hấp) và trong quá trình gây mê. Ở nồng độ cao, nó được sử dụng để giết hại động vật một cách nhân đạo.
Mục tiêu:
- Mở rộng hiểu biết của bạn về lịch sử khám phá, tính chất và ứng dụng thực tế của carbon dioxide.
- Giới thiệu cho học sinh các phương pháp trong phòng thí nghiệm để sản xuất carbon dioxide.
- Tiếp tục phát triển kỹ năng thực nghiệm của học sinh.
Kỹ thuật được sử dụng:“câu đúng và câu sai”, “ngoằn ngoèo-1”, cụm.
Thiết bị phòng thí nghiệm: giá đỡ phòng thí nghiệm, thiết bị thu khí, cốc thủy tinh 50 ml, miếng đá cẩm thạch, axit clohydric (1:2), nước vôi, kẹp Mohr.
I. Giai đoạn gọi điện
Ở giai đoạn thử thách, kỹ thuật “tuyên bố đúng và sai” được sử dụng.
Báo cáo |
||
II. Giai đoạn thụ thai
1. Tổ chức các hoạt động theo nhóm công tác, những người tham gia nhận được văn bản về năm chủ đề chính của “đường ngoằn ngoèo”:
- Lịch sử phát hiện ra carbon dioxide
- Cacbon dioxit trong tự nhiên
- Sản xuất khí cacbonic
- Tính chất của carbon dioxide
- Ứng dụng thực tế của carbon dioxide
Có sự làm quen ban đầu với văn bản, lần đọc đầu tiên.
2. Làm việc theo nhóm chuyên gia.
Các nhóm chuyên gia tập hợp các “chuyên gia” về các vấn đề cụ thể. Nhiệm vụ của họ là đọc kỹ văn bản, đánh dấu các cụm từ khóa và khái niệm mới hoặc sử dụng các cụm và sơ đồ khác nhau để mô tả bằng đồ họa nội dung của văn bản (công việc được thực hiện riêng lẻ).
3. Lựa chọn tài liệu, cấu trúc và bổ sung (làm việc nhóm)
4. Chuẩn bị phát văn bản trong nhóm làm việc
- nhóm thứ nhất các chuyên gia biên soạn bản tóm tắt tham khảo “Lịch sử khám phá ra Carbon Dioxide”
- nhóm thứ 2 các chuyên gia vẽ sơ đồ phân bố carbon dioxide trong tự nhiên
- nhóm thứ 3 các chuyên gia lập kế hoạch sản xuất carbon dioxide và bản vẽ lắp đặt để sản xuất nó
- nhóm thứ 4 các chuyên gia biên soạn một phân loại các tính chất của carbon dioxide
- nhóm thứ 5 các chuyên gia vạch ra kế hoạch sử dụng carbon dioxide trong thực tế
5. Chuẩn bị cho bài thuyết trình (poster)
III. Giai đoạn phản ánh
Quay lại nhóm làm việc
- Phát sóng tuần tự theo nhóm chủ đề từ 1–5.
- Lắp ráp một nhà máy sản xuất carbon dioxide.
- Thu được carbon dioxide và nghiên cứu tính chất của nó.
- Thảo luận về kết quả thí nghiệm.
Trình bày các chủ đề riêng lẻ.
Báo cáo |
||
| Quay trở lại “câu nói đúng và sai.” Kiểm tra các giả định ban đầu của bạn Sắp xếp các biểu tượng mới. | ||
| Nó có thể trông như thế này: | ||
| 1. Carbon dioxide là một loại “khí hoang dã”. | ||
| 2. Biển và đại dương chứa lượng carbon dioxide nhiều gấp 60 lần so với bầu khí quyển trái đất. | ||
| 3. Nguồn carbon dioxide tự nhiên được gọi là mofet. | ||
| 4. Ở vùng lân cận Naples có một “Hang chó” nơi chó không được phép vào. | ||
| 5. Trong phòng thí nghiệm, carbon dioxide được tạo ra do tác dụng của axit sulfuric trên các mảnh đá cẩm thạch. | ||
| 6. Carbon dioxide là chất khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí, tan nhiều trong nước. |
Các văn bản về năm chủ đề chính của “ngoằn ngoèo”
1. Lịch sử phát hiện ra carbon dioxide
Carbon dioxide là loại khí đầu tiên trong số tất cả các loại khí khác được nhà giả kim thế kỷ 16 gọi là “khí hoang dã”. Van't Helmont.
Việc phát hiện ra CO 2 đánh dấu sự khởi đầu của một nhánh hóa học mới - hóa học khí nén (hóa học về khí).
Nhà hóa học người Scotland Joseph Black (1728 - 1799) vào năm 1754 đã xác định rằng đá hoa khoáng chứa canxi (canxi cacbonat) bị phân hủy khi đun nóng, giải phóng khí và tạo thành vôi sống (canxi oxit):
CaCO3 CaO + CO2
canxi cacbonat canxi oxit carbon dioxide
Khí thoát ra có thể kết hợp lại với canxi oxit để tạo thành canxi cacbonat một lần nữa:
CaO + CO 2 CaCO 3
canxi oxit carbon dioxide canxi cacbonat
Khí này giống hệt với “khí hoang dã” do Van Helmont phát hiện, nhưng Black đặt cho nó một cái tên mới - “không khí liên kết” - vì khí này có thể bị liên kết và lại trở thành chất rắn, đồng thời nó cũng có khả năng bị hút. thành nước vôi (canxi hydroxit) và làm cho nước bị đục:
carbon dioxide canxi hydroxit canxi cacbonat nước
Vài năm sau, Cavendish phát hiện ra hai tính chất vật lý đặc trưng hơn của carbon dioxide - mật độ cao và khả năng hòa tan đáng kể trong nước.
2. Carbon dioxide trong tự nhiên
Hàm lượng carbon dioxide trong khí quyển tương đối nhỏ, chỉ 0,04–0,03% (theo thể tích). CO2 tập trung trong khí quyển có khối lượng 2200 tỷ tấn.
Lượng carbon dioxide được tìm thấy hòa tan nhiều hơn 60 lần ở biển và đại dương.
Trong mỗi năm, khoảng 1/50 tổng lượng CO 2 chứa trong nó được loại bỏ khỏi khí quyển bởi lớp phủ thực vật trên toàn cầu thông qua quá trình quang hợp, chuyển đổi các chất khoáng thành chất hữu cơ.
Phần lớn carbon dioxide trong tự nhiên được hình thành do kết quả của nhiều quá trình phân hủy chất hữu cơ khác nhau. Carbon dioxide được giải phóng trong quá trình hô hấp của thực vật, động vật và vi sinh vật. Lượng carbon dioxide được thải ra bởi các ngành công nghiệp khác nhau không ngừng tăng lên. Carbon dioxide có trong khí núi lửa và nó cũng được giải phóng khỏi lòng đất ở các khu vực có núi lửa. “Hang Chó” đã hoạt động như một máy tạo CO 2 vĩnh viễn trong nhiều thế kỷ gần thành phố Naples ở Ý. Nó nổi tiếng vì chó không thể ở trong đó, nhưng con người có thể ở đó trong tình trạng bình thường. Thực tế là trong hang động này, carbon dioxide được thải ra từ mặt đất, và vì nó nặng hơn không khí 1,5 lần nên nó nằm bên dưới, xấp xỉ chiều cao của một con chó (0,5 m). Trong không khí như vậy, nơi có 14% carbon dioxide, chó (và tất nhiên là các động vật khác) không thể thở được, nhưng một người trưởng thành đứng trên đôi chân của mình không cảm nhận được lượng carbon dioxide dư thừa trong hang động này. Những hang động tương tự cũng tồn tại ở Vườn quốc gia Yellowstone (Mỹ).
Nguồn carbon dioxide tự nhiên được gọi là mofet. Mofets là đặc trưng của giai đoạn suy giảm cuối cùng, muộn của núi lửa, đặc biệt là nơi có ngọn núi lửa Elbrus nổi tiếng. Vì vậy, có rất nhiều nguồn suối nước nóng bão hòa carbon dioxide xuyên qua băng tuyết.
Bên ngoài địa cầu, carbon monoxide (IV) được tìm thấy trong bầu khí quyển của Sao Hỏa và Sao Kim, các hành tinh “trên mặt đất”.
3. Sản xuất khí cacbonic
Trong công nghiệp, carbon dioxide thu được chủ yếu là sản phẩm phụ của quá trình đốt đá vôi, lên men rượu, v.v..
Trong các phòng thí nghiệm hóa học, họ sử dụng các bình chứa carbon dioxide lỏng làm sẵn hoặc thu được CO 2 trong thiết bị Kipp hoặc thiết bị tạo ra khí bằng tác dụng của axit clohydric trên các mảnh đá cẩm thạch:
CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
canxi cacbonat axit clohydric canxi clorua carbon dioxide nước
Không thể sử dụng axit sulfuric thay vì axit clohydric, vì khi đó thay vì canxi clorua, chất hòa tan trong nước, bạn sẽ nhận được thạch cao - canxi sunfat (CaSO 4) - một loại muối ít tan trong nước. Khi lắng đọng trên các mảnh đá cẩm thạch, thạch cao khiến axit cực kỳ khó tiếp cận chúng và do đó làm chậm đáng kể phản ứng.
Để tạo ra khí cacbonic:
- Gắn thiết bị lấy khí vào chân của giá ba chân trong phòng thí nghiệm
- Tháo nút bằng phễu ra khỏi ống nghiệm có phần phụ
- Đặt 2-3 miếng đá cẩm thạch vào vòi, kích thước ? đậu Hà Lan
- Đậy nút phễu vào ống nghiệm một lần nữa.
- Mở kẹp
- Đổ axit clohydric (1:2) vào phễu (cẩn thận!) sao cho axit phủ nhẹ lên đá cẩm thạch
Đổ đầy cacbon(IV) monoxit vào cốc và đóng kẹp lại.
4. Tính chất của carbon dioxide
CO 2 là chất khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí 1,5 lần, khó hòa trộn với nó (theo D.I. Mendeleev là “chìm” trong không khí), điều này có thể được chứng minh bằng thí nghiệm sau: trên một tấm kính, trong trong đó một ngọn nến đang cháy được cố định, hãy lật đổ một chiếc cốc chứa đầy carbon dioxide. Ngọn nến tắt ngay lập tức.
Carbon monoxide (IV) có tính axit và khi khí này hòa tan trong nước sẽ tạo thành axit carbonic. Khi CO 2 đi qua nước quỳ tím, có thể quan sát thấy sự thay đổi màu của chất chỉ thị từ tím sang đỏ.
Khả năng hòa tan tốt của carbon dioxide trong nước khiến không thể thu hồi nó bằng phương pháp “chuyển nước”.
Một phản ứng định tính đối với hàm lượng carbon dioxide trong không khí là cho khí đi qua dung dịch canxi hydroxit (nước vôi) loãng. Carbon dioxide gây ra sự hình thành canxi cacbonat không hòa tan trong dung dịch này, làm cho dung dịch bị đục:
CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O
carbon dioxide canxi hydroxit canxi cacbonat nước
Khi thêm lượng CO2 dư, dung dịch đục sẽ trở nên trong hơn do sự chuyển hóa cacbonat không tan thành canxi bicarbonat hòa tan:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3) 2
canxi cacbonat nước carbon dioxide canxi bicarbonate
5. Ứng dụng thực tế của carbon dioxide
Carbon dioxide rắn được ép được gọi là “đá khô”.
CO 2 rắn giống như tuyết dày đặc bị nén, có độ cứng tương tự như phấn. Nhiệt độ của “đá khô” là –78 o C. Đá khô, không giống như nước đá, rất đặc. Anh chìm trong nước, làm nó nguội hẳn. Xăng đang cháy có thể được dập tắt nhanh chóng bằng cách ném vài cục đá khô vào ngọn lửa.
Công dụng chính của đá khô là bảo quản và vận chuyển thực phẩm: cá, thịt, kem,… Giá trị của đá khô không chỉ nằm ở tác dụng làm mát mà còn ở chỗ thực phẩm chứa trong carbon dioxide không bị mốc hay mốc. thối rữa.
Carbon dioxide được sử dụng để tạo ra cacbonat trong trái cây và nước khoáng, và trong y học – để tắm bằng carbon dioxide.
Carbon dioxide lỏng được sử dụng trong bình chữa cháy carbon dioxide, hệ thống chữa cháy trên máy bay và tàu thủy, cũng như trong xe cứu hỏa carbon dioxide. Nó đặc biệt hiệu quả trong những trường hợp nước không phù hợp, chẳng hạn như khi dập tắt đám cháy chất lỏng dễ cháy hoặc khi có hệ thống dây điện hoặc thiết bị đặc biệt trong phòng có thể bị hư hỏng do nước.
Trong nhiều trường hợp, CO 2 không được sử dụng ở dạng thành phẩm mà thu được trong quá trình sử dụng, chẳng hạn như bột nở có chứa hỗn hợp natri bicarbonate và kali tartrat. Khi các loại bột này được trộn với bột nhào, muối sẽ hòa tan và xảy ra phản ứng giải phóng CO 2 . Kết quả là, bột nổi lên, chứa đầy bọt khí carbon dioxide, và sản phẩm nướng từ đó trở nên mềm và ngon.
Văn học
- Change // Tạp chí quốc tế về phát triển tư duy thông qua đọc và viết. – 2000. – Số 1, 2.
- Sinh viên hiện đại trong lĩnh vực thông tin và truyền thông: Cẩm nang giáo dục và phương pháp luận. – St.Petersburg: PETROC, 2000.
- Zagashev I.O., Zair-Bek S.I. Tư duy phê phán: phát triển công nghệ. – St. Petersburg: Nhà xuất bản Alliance Delta, 2003.
Trong công nghiệp, các phương pháp sản xuất carbon dioxide CO2 chính là sản xuất nó như một sản phẩm phụ của phản ứng chuyển metan CH4 thành hydro H2, phản ứng đốt cháy (oxy hóa) hydrocarbon, phản ứng phân hủy đá vôi CaCO3 thành vôi CaO và nước H20.
CO2 là sản phẩm phụ của quá trình biến đổi hơi nước CH4 và các hydrocacbon khác thành hydro H2
Ngành công nghiệp cần có hydro H2, chủ yếu để sử dụng trong quá trình sản xuất NH3 amoniac (quy trình Haber, phản ứng xúc tác của hydro và nitơ); Amoniac cần thiết để sản xuất phân khoáng và axit nitric. Hydro có thể được sản xuất theo nhiều cách khác nhau, bao gồm cả điện phân nước, phương pháp được các nhà sinh thái học yêu thích - tuy nhiên, thật không may, tại thời điểm này, tất cả các phương pháp sản xuất hydro, ngoại trừ cải cách hydrocarbon, hoàn toàn không hợp lý về mặt kinh tế trên quy mô lớn. sản xuất - trừ khi có quá nhiều nguyên liệu “miễn phí” trong sản xuất. Do đó, phương pháp chính để sản xuất hydro, trong đó carbon dioxide cũng được giải phóng, là chuyển hóa khí metan bằng hơi nước: ở nhiệt độ khoảng 700...1100°C và áp suất 3...25 bar, với sự có mặt của Là chất xúc tác, hơi nước H2O phản ứng với metan CH4 giải phóng khí tổng hợp (quá trình thu nhiệt, nghĩa là xảy ra khi hấp thụ nhiệt):
CH4 + H2O (+ nhiệt) → CO + 3H2
Propane có thể được cải cách bằng hơi nước theo cách tương tự:
С3H8 + 3H2O (+ nhiệt lượng) → 2CO + 7H2
Và cả ethanol (rượu ethyl):
C2H5OH + H2O (+ nhiệt) → 2CO + 4H2
Ngay cả xăng cũng có thể được cải tạo bằng hơi nước. Xăng chứa hơn 100 hợp chất hóa học khác nhau, phản ứng Reforming hơi nước của isooctan và toluene được trình bày dưới đây:
C8H18 + 8H2O (+ nhiệt) → 8CO + 17H2
C7H8 + 7H2O (+ nhiệt lượng) → 7CO + 11H2
Vì vậy, trong quá trình cải tạo hơi nước của loại nhiên liệu hydrocarbon này hoặc loại nhiên liệu hydrocarbon khác, sẽ thu được hydro và carbon monoxide CO (carbon monoxide). Trong bước tiếp theo của quy trình sản xuất hydro, carbon monoxide, với sự có mặt của chất xúc tác, sẽ trải qua phản ứng chuyển một nguyên tử oxy O từ nước sang khí = CO bị oxy hóa thành CO2 và hydro H2 được giải phóng ở dạng tự do. Phản ứng tỏa nhiệt, giải phóng khoảng 40,4 kJ/mol nhiệt:
CO + H2O → CO2 + H2 (+ nhiệt)
Trong môi trường công nghiệp, carbon dioxide CO2 thải ra trong quá trình chuyển hóa hydrocarbon bằng hơi nước có thể dễ dàng được cô lập và thu thập. Tuy nhiên, CO2 trong trường hợp này là một sản phẩm phụ không mong muốn, chỉ đơn giản là thải nó tự do vào khí quyển, mặc dù cách loại bỏ CO2 phổ biến hiện nay là không mong muốn xét về mặt môi trường và một số doanh nghiệp thực hiện các phương pháp “tiên tiến” hơn. , chẳng hạn như bơm CO2 vào các mỏ dầu đang cạn kiệt hoặc bơm vào đại dương.
Sản xuất CO2 từ quá trình đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu hydrocarbon
Khi đốt cháy, tức là bị oxy hóa với một lượng oxy vừa đủ, các hydrocacbon như metan, propan, xăng, dầu hỏa, nhiên liệu diesel, v.v., carbon dioxide và thông thường, nước sẽ được hình thành. Ví dụ, phản ứng đốt cháy CH4 metan trông như thế này:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
CO2 là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất H2 bằng quá trình oxy hóa một phần nhiên liệu
Khoảng 95% lượng hydro sản xuất công nghiệp trên thế giới được sản xuất bằng phương pháp cải cách hơi nước của nhiên liệu hydrocarbon, chủ yếu là CH4 metan có trong khí tự nhiên. Ngoài quá trình Reforming hơi nước, hydro có thể được sản xuất từ nhiên liệu hydrocarbon với hiệu suất khá cao bằng phương pháp oxy hóa từng phần, khi metan và các hydrocacbon khác phản ứng với một lượng oxy không đủ để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu (hãy nhớ rằng trong quá trình đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu). quá trình đốt cháy nhiên liệu, được mô tả ngắn gọn ở trên, carbon dioxide thu được khí CO2 và nước H20). Khi cung cấp lượng oxy nhỏ hơn lượng oxy cân bằng hóa học, sản phẩm phản ứng chủ yếu là hydro H2 và carbon monoxide, còn được gọi là carbon monoxide CO; carbon dioxide CO2 và một số chất khác được sản xuất với số lượng nhỏ. Vì thông thường, trong thực tế, quá trình này được thực hiện không phải bằng oxy tinh khiết mà bằng không khí, ở cả đầu vào và đầu ra của quá trình đều có nitơ, không tham gia vào phản ứng.
Quá trình oxy hóa một phần là một quá trình tỏa nhiệt, nghĩa là phản ứng tạo ra nhiệt. Quá trình oxy hóa một phần thường diễn ra nhanh hơn nhiều so với quá trình Reforming bằng hơi nước và yêu cầu thể tích lò phản ứng nhỏ hơn. Như có thể thấy từ các phản ứng dưới đây, quá trình oxy hóa một phần ban đầu tạo ra ít hydro hơn trên một đơn vị nhiên liệu so với lượng hydro được tạo ra bởi quá trình cải cách hơi nước.
Phản ứng oxy hóa một phần metan CH4:
CH 4 + ½O 2 → CO + H 2 (+ nhiệt)
Propan C3H8:
C 3 H 8 + 1½O 2 → 3CO + 4H 2 (+ nhiệt)
Rượu etylic C2H5OH:
C 2 H 5 OH + ½O 2 → 2CO + 3H 2 (+ nhiệt)
Quá trình oxy hóa một phần xăng bằng ví dụ về isooctan và toluene, từ hơn một trăm hợp chất hóa học có trong xăng:
C 8 H 18 + 4O 2 → 8CO + 9H 2 (+ nhiệt)
C 7 H 18 + 3½O 2 → 7CO + 4H 2 (+ nhiệt)
Để chuyển CO thành carbon dioxide và tạo ra hydro bổ sung, nước→khí phản ứng dịch chuyển oxy, đã được đề cập trong phần mô tả quá trình cải cách hơi nước, được sử dụng:
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (+ lượng nhiệt nhỏ)
CO2 từ quá trình lên men đường
Trong sản xuất đồ uống có cồn và đồ nướng từ bột men, quá trình lên men đường được sử dụng - glucose, fructose, sucrose, v.v., với sự hình thành rượu etylic C2H5OH và carbon dioxide CO2. Ví dụ: phản ứng lên men glucose C6H12O6 là:
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2
Và quá trình lên men fructose C12H22O11 trông như thế này:
C 12 H 22 O 11 + H 2 O → 4C 2 H 5 OH + 4CO 2
Thiết bị sản xuất CO2 do Wittemann sản xuất
Trong quá trình sản xuất đồ uống có cồn, rượu thu được là một sản phẩm mong muốn và thậm chí, người ta có thể nói, là sản phẩm cần thiết của phản ứng lên men. Carbon dioxide đôi khi được thải vào khí quyển và đôi khi được để lại trong đồ uống để tạo thành cacbonat. Trong nướng bánh mì, điều ngược lại xảy ra: CO2 cần thiết để tạo thành bong bóng khiến bột nổi lên và cồn etylic bay hơi gần như hoàn toàn trong quá trình nướng.
Nhiều doanh nghiệp, chủ yếu là các nhà máy chưng cất, trong đó CO 2 là sản phẩm phụ hoàn toàn không cần thiết, đã thiết lập hoạt động thu gom và bán. Khí từ các bể lên men được cung cấp qua bẫy cồn đến xưởng sản xuất carbon dioxide, nơi CO2 được tinh chế, hóa lỏng và đóng chai. Trên thực tế, chính các nhà máy chưng cất là nhà cung cấp carbon dioxide chính ở nhiều khu vực - và đối với nhiều người trong số họ, việc bán carbon dioxide không có nghĩa là nguồn thu nhập cuối cùng.
Có cả một ngành công nghiệp sản xuất thiết bị tách carbon dioxide tinh khiết trong các nhà máy bia và nhà máy rượu (Nhà máy bia Huppmann/GEA, Wittemann, v.v.), cũng như sản xuất trực tiếp từ nhiên liệu hydrocarbon. Các nhà cung cấp khí đốt như Air Products và Air Liquide cũng lắp đặt các trạm tách CO2, sau đó lọc và hóa lỏng trước khi đổ vào xi lanh.
CO2 trong sản xuất vôi sống CaO từ CaCO3
Quá trình sản xuất vôi sống được sử dụng rộng rãi, CaO, cũng có carbon dioxide là sản phẩm phụ của phản ứng. Phản ứng phân hủy đá vôi CaCO3 là phản ứng thu nhiệt, đòi hỏi nhiệt độ khoảng +850°C và trông như thế này:
CaCO3 → CaO + CO2
Nếu đá vôi (hoặc cacbonat kim loại khác) phản ứng với axit thì carbon dioxide H2CO3 được giải phóng như một trong những sản phẩm phản ứng. Ví dụ: Axit clohydric HCl phản ứng với đá vôi (canxi cacbonat) CaCO3 như sau:
2HCl + CaCO 3 → CaCl 2 + H 2 CO 3
Axit cacbonic rất không ổn định và trong điều kiện khí quyển, nó nhanh chóng phân hủy thành CO2 và nước H2O.