Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №11

Журнал «Домашняя лаборатория»

Рис. 8. Эжекторный смеситель воздуха и метана

Эжекторный смеситель воздуха и метана состоит из двух сопел одно подает метан, насыщенный парами воды, а другое — эжектор воздуха. Воздух поступает от компрессора, количество его регулируется клапаном давления (Рис. 9).

Рис. 9. Клапан давления

Компрессор может быть практически от любого бытового холодильника, давление регулируется от "нуля" до необходимого, которое будет не на много выше давления в газовой магистрали (т. е. >= 150 мм. вод. ст.).

Необходимость подачи воздуха (кислорода)

в конвертор обусловлена тем, что по реакции [5] часть водорода должна быть поглощена с выделением СО, тем самым увеличивается количество окиси углерода до пропорции СО: Н₂ == 1:2, т. е. число молей (объемов) водорода должно быть в два раза большим объемов окиси углерода (прим. — наличие избыточного воздуха приведёт к синтезу побочных продуктов — кислот, высших спиртов — "сивухи" и прочих вредных компонентов). Но возникновение СО₂ произойдет по реакции [1] с выделением большого количества тепла. Поэтому вначале процесса компрессор мы не включаем и винт держим вывернутым. Воздух не подаем. И по мере разогрева камеры и включении всей системы будем постепенно, включив компрессор и вворачивая винт клапана давления, увеличивать подачу воздуха и одновременно уменьшать пламя на горелках, Контроль будем вести по количеству излишков водорода на выходе из конденсатора метанола (теплообменник 3. и 3.1) через фитиль (13 — см. рис. 10), сокращая его. Фитиль для дожига излишка синтез — газа представляет собой 8-миллиметровую трубку, длиной 100 мм, набитую медным проводом по всей длине — чтобы пламя не пошло вниз, в канистру с метанолом. Мы разобрали все узлы установки получения метанола. Как ясно из предыдущего, вся установка состоит из двух основных узлов: конвертора для создания синтез-газа (конверсия метана) и синтезатора метанола. Синтезатор (каталитический насос, см. рис. 2) достаточно хорошо описан выше. Единственно, что следует добавить — это необходимость установки теплоизолятора между трубой и катушкой. Как изготовить теплоизолятор, мы сообщали при описании изготовления конвертора (см. рис. 7).

ОБЩАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ

Перейдем к общей схеме установки. Работа общей схемы: из газовой магистрали метан поступает через вентиль (14) в теплообменник (3.1), разогревается до 250–300 °C, затем поступает в фильтрующий реактор (15), который работает по принципу каталитического насоса (см. рис. 2 — только диаметр трубы = 8 см), содержит в себе окись цинка — для очистки газа от примесей серы и лишь затем газ поступает в смеситель — диспергатор (2), где насыщается парами воды. Вода (дистиллированная) добавляется в диспергатор непрерывно из бачка (1). Вышедшая газовая смесь поступает в теплообменник (3.2), где разогревается до 500–600 °C и идет в конвертор (4). На NiO — катализаторе (ГИАП-16) при температуре 800 °C происходит реакция [2]. Для создания этой температуры работают горелки (12). После установления температурных режимов включается компрессор (5) и постепенно подается воздух в смеситель (11). Повышение давления осуществляется путем вворачивания винта в клапане (8). Одновременно уменьшаем пламя на горелках (12) при помощи вентиля (14.2). Полученный на выходе синтез — газ поступает в теплообменники (3.1; 3.2), где охлаждается до температуры 320–350°. Затем синтез — газ поступает в синтезатор метанола (6), где на катализаторе из смеси одинакового количества ZnO, CuO, СоО (например, СМС-4, К-140) происходит превращение его в метанол СН₃ОН. Смесь газообразных продуктов на выхода охлаждается в теплообменнике (3.3), который описан выше (см. рис. 1) и поступает в накопительный бачок (10). В верхней его части находится трубка — фитиль (13), где дожигаются продукты, которые не прореагировали в процессах. Поджигание необходимо, обязательно!

Рис. 10. Общая схема установки

НЕСКОЛЬКО СОВЕТОВ

Катализаторы можно готовить самому путем прокаливания порошковых металлов на воздухе. Измерение температуры можно осуществлять при помощи термоиндикаторных красок, которые в настоящее время достаточно распространены. Измерение нужно проводить на входных и выходных трубках. Если термокрасок вы не достанете, можно изготовить сплав олово — свинец — цинк. При определенных, найденных экспериментально пропорциях смешения они будут иметь необходимую температуру плавления. Нанося полученные сплавы на трубки и следя за их плавлением, можно с некоторой погрешностью

контролировать температуру. Если вы не допустили образования газовых карманов (т. е. полностью заполнены все полости соответствующей крошкой), если устранили утечки и самое главное — своевременно зажжен и постоянно горит фитиль (11), то установка будет абсолютно безопасна. Подбирая катализаторы можно повышать тепловой КПД, увеличить процент выхода метанола. Для достижения оптимума здесь требуются эксперименты. Они проводят ся во многих институтах разных стран. В России к числу таких НИИ относится, например, ГИАП (Государственный институт азотной промышленности). Следует иметь в виду, что получение метанола из природного газа в компактных установках — новое дело, и многие процессы еще недостаточно изучены. В то же время метанол — одно из самых экологически чистых и практически идеальных топлив. И, самое главное, получение его основано на безграничных и возобновляемых ресурсах — метане.

Вот и все, на этот раз. Выглядит достаточно сложно, но следует помнить, что любую сложную задачу можно решить, разбив ее на маленькие части, решение каждой из которых уже не вызывает проблем. А для чего еще можно использовать метанол? Вот основные синтезы на его основе в промышленности:

ГИПОТЕЗА

Охота на шаровую молнию

КРАТКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ ФИЗИКА

Что такое шаровая молния? Строго говоря, этого никто не знает. Природные шаровые молнии возникают редко в непредсказуемых местах, исследовать их с помощью приборов не удавалось. Наблюдения очевидцев ненадежны: «от страха глаза велики», т. к. где-то в половине случаев шаровая молния исчезает со взрывом. В лабораторных условиях удавалось получать разряды в газе, похожие на шаровую молнию, но утверждать, что это именно она нет оснований.

На русском языке есть несколько книг, в которых описаны наблюдения очевидцев и перечисляются возможные объяснения:

• Имянитов И., Тихий Д. За гранью законов науки. М., Атомиздат, 1980.

• Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. М., Энергоатомиздат, 1985.

• Смирнов Б.М. Загадка шаровой молнии. М., Знание, 1987.

Все авторы сходятся в том, что при встрече с шаровой молнией надо вести себя как при встрече с большой злой собакой: все время смотреть на нее и избегать резких движений.

С точки зрения теории — основная проблема объяснить большое время жизни шаровой молнии. Одна из наиболее продвинутых теорий предложена в книге Смирнова Б.М. Проблема шаровой молнии. М., Наука, 1988.

Основным предположением является то, что шаровая молния — фрактальный объект, образованный случайно соединившимися частичками углерода. За счет фрактальности у этого объекта низкая плотность и очень большая площадь поверхности, что обеспечивает возможность легко передвигаться в воздухе и долго поддерживать энерговыделение при не интенсивном окислении.

ВИКИПЕДИЯ

Шаровая молния — светящийся сгусток горячего газа, изредка появляющийся в грозовых погодных условиях.

Несмотря на то, что это явление пока ещё до конца не понято физикой, не стоит относиться к нему как к чему-то крайне необычному, тем более как к сверхъестественному. Это явление до конца не изучено, но активно изучается. На сегодняшний день ясно, что шаровая молния — просто красочное атмосферное явление, проявление атмосферного электричества, и для его объяснения не потребуется привлечение каких-либо кардинально новых физических концепций.

Основной камень преткновения в этих исследованиях — отсутствие надёжной методики воспроизводимого получения шаровой молнии в управляемых, лабораторных условиях. Если бы это было достигнуто, задача была бы практически решена. Поныне в экспериментах удавалось получить нечто, лишь отдалённо схожее с шаровой молнией. И, изучая это «нечто», экспериментаторы пока не могут сказать, изучают ли они саму шаровую молнию или какое-то другое явление. Такое состояние дел в эксперименте и позволяет теоретикам выдвигать совершенно разные (а иногда и самые фантастические) предположения и гипотезы о сущности шаровой молнии.