Экзамен на разумность Хохлов С. О

Вид материала

Подобный материал:

1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Угарный газ (СО) в дальнейших превращениях не участвует и выводится из зоны реакции. Однако называть его при этом «отходом» было бы несправедливо, так как его вполне реально, к примеру, использовать на реакцию с хлором (СО + Сl₂ = СОСl₂) - образовавшийся фосген является применяемым сырьем для производства полимеров в современной промышленности, либо как составную часть синтез-газа (см. ниже).

) CаC₂ + 2H₂О Са(ОН)₂ + С₂Н₂

Получившийся в результате этой реакции ацетилен (С₂Н₂), являясь основным продуктом, выводится из зоны реакции. На основе ацетилена как исходного сырья имеются промышленно используемые технологии синтеза таких важнейших продуктов, как уксусная кислота, синтетический каучук, пластмассы, различные растворители и пр.

Гашеная известь (Са(ОН)₂) нагревом с отщеплением воды переводится в негашеную (СаО) и направляется на начало процесса:

4

) Са(ОН)₂ СаО + H₂О

Получившаяся в качестве побочного продукта вода может быть сконденсирована и направлена на третью стадию процесса.

Таким образом, итоговая реакция процесса, исключая побочную «фосгеновую» ветвь и реакции, связанные с восстановлением окиси кальция, который в реакциях является в принципе нерасходуемым, будет такой:

3

СО₂ + H₂О 3О₂ + СО + С₂Н₂

Исходными веществами для процесса будут являться такие простейшие и распространеннейшие вещества (наличие воды на Марсе признано в настоящее время в научных кругах уже не подлежащим сомнениям), как углекислый газ (СО₂) и вода (H₂О), а продуктами будут являться кислород (О₂) (необходимый как непосредственно для дыхания, так и, к примеру, как окислитель для двигателей транспорта, как вещество для химического синтеза различных веществ и т.п.), угарный газ (СО) (который может быть превращен, к примеру, в фосген, который, в свою очередь, может использоваться как сырье для дальнейшего синтеза и т.п.) и ацетилен (С₂Н₂), который является важным сырьем химического синтеза разнообразнейших веществ.

Так, одно из применений ацетилена заключается в производстве из него бензола (С₆Н₆):

3

С₂Н₂ С₆Н₆

Также возможна полимеризация по другому пути – при пропускании ацетилена через раствор хлористой меди и хлорида аммония в соляной кислоте при 80^оС образуется винилацетилен, который в дальнейшем, при присоединении НCl, превращается в хлоропрен, применяемый для получения синтетического каучука.

При присоединении воды, протекающем при каталитическом действии солей ртути (реакция Кучерова), получается виниловый спирт, который изомеризуется в уксусный альдегид. Данная реакция имеет большое промышленное значение, т.к. уксусный альдегид является в технике веществом, которое в огромных количествах применяется для получения уксусной кислоты, этилового спирта и ряда других веществ.

Также ацетилен служит в промышленности исходным продуктом для синтеза таких растворителей, как, например, трихлорэтилен и т.д.

Химически чистый ацетилен в смеси с этиленом (данный газ именуется «нарцилен») может применяться в качестве наркоза при хирургических операциях.

Итак, данный вариант получения сырья для химического производства марсианской колонии позволяет наладить производство на месте столь важных веществ, как каучук, различные растворители, ароматические вещества (производные бензола), уксусная кислота и т. д., что, несомненно, должно представлять интерес при проектировании серьезного освоения Марса. Предполагается, что создание технологии цепочки производств, максимально автоматизированных и взаимосвязанных, должно являться одной из главных задач проекта освоения.

Возражением может служить тот момент, что реакции начального этапа требуют для своего осуществления больших количеств энергии. Однако, не имея на иных планетах (равно как и в трудных для жизни уголках нашей планеты) большинства доступных ресурсов, мы должны идти по пути их «замены», а точнее, создания с помощью других доступных ресурсов, имеющихся в наличии, тех, что нам требуются. Одним из таких базовых ресурсов должна стать энергия. (О ресурсах см. в части 4.)

В качестве таких источников могут выступать на первых порах атомные электростанции, привезенные с Земли, а в дальнейшем энергетика ТБС-поселений должна строиться на основе использования местных возможностей - к примеру, энергии ветра, солнца или перепада ночных и дневных температур и т.п. В любом случае колонии обязаны иметь мощную энергетику.

Другой из возможных вариантов использования углекислого газа как источника углерода для дальнейшего синтеза сложных веществ:

Этот вариант основан на каталитических превращениях синтез-газа.

Первичной реакцией этого варианта также будет реакция разложения углекислого газа (СО₂), протекающая при высоких температурах, но идущая до промежуточной стадии – образования угарного газа (СО). Ее можно представить следующим образом:

2

СО₂ 2СО + О₂

Данная реакция также требует больших затрат энергии.

Полученный кислород из реакционной зоны удаляется и идет на обработку его для дальнейшего использования, а угарный газ направляется на дальнейшее превращения.

Второй исходной реакцией данного варианта представляет собой реакция электролиза воды:

H₂О H₂ + О₂

Кислород также удаляется из зоны реакции и идет для дальнейшего использования.

Таким образом, мы получаем синтез-газ. Меняя катализаторы и условия, из него можно получать самые разнообразные соединения, причем ряд реакций достаточно хорошо отработан в промышленности.

Так, в настоящее время применяют следующие каталитические процессы переработки синтез-газа (СО + H₂):

синтез метанола (катализатор – оксиды Сu – Zn – Cr):

О+ 2H₂ СН₃ ОН

метанирование (катализатор Ni):

О+ 3H₂ СH₄ + H₂О

синтез углеводородных смесей (процесс Фишера – Тропша) (катализатор Fe):

О + H₂ жидкие углеводородные смеси

синтез высших спиртов (катализатор Zn – Cr):

О + H₂ смесь метанола и высших спиртов

5) синтез альдегидов и спиртов гидроформилированием олефинов (катализатор Со или Rh):

R

CH=CH₂ + СО+ 2H₂ RCH₂CH₂CHO

синтез органических кислот гидроксикарбонилированием непредельных соединений (катализатор Ni):

H₂=CH₂ + СО + 2H₂О CH₃CH₂CООH

7) синтез эфиров жирных кислот метоксикарбонилированием высших олефинов (катализатор Со):

R

CH=CH₂ + СО + МеОН RCH₂CH₂COОМе

Наиболее крупнотоннажным среди них является производство метанола. Метанол – многоцелевой полупродукт, из которого можно получить различные химические соединения. В промышленности освоены, например, синтез формальдегида (катализатор Ag или оксиды Fe – Mo):

C

H₃ОН + ½ О₂ H₂CО + H₂О

и получение уксусной кислоты (катализатор Rh):

C

H₃ОH + СО CH₃ CООH

Из формальдегида, в свою очередь, в химической промышленности производят массу других продуктов. Это мочевиноформальдегидные смолы, фенолформальдегидные смолы, бутандиол, ацетальные смолы, пентаэритрит, гексаметилентетрамин, меламинформальдегидная смола, мочевиноформальдегидные концентраты, хелатообразующие агенты и другие продукты.

Также представляются перспективными следующие процессы:

Гомологизация метанола в этанол (катализатор Со):

C

H₃ОH + СО + H₂ CH₃CH₂ОH + H₂О

(это к вопросу о получении топлива для транспортных средств, о чем говорилось выше)

Синтез низших олефинов из метанола на высококремнистых цеолитных катализаторах.

Синтез этиленгликоля:

C

H₃ОH НОСH₂ СH₂ОН

Полагаю, приведенные примеры показывают, что организация химической промышленности в условиях минимума ресурсов принципиально возможна.

Впрочем, есть и еще один подход к проблеме. До сих пор часть сырья для химической промышленности производится с помощью определенных сельскохозяйственных производств. Примером могут служить плантации гевеи, дающие каучук. Представляется, что в условиях ТБС-поселений возможна различная комбинация тех или иных подходов, в зависимости от внешних условий и установленной эффективности различных производств.

Blog

Экзамен на разумность Хохлов С. О