Кіріспе

КӨС-тің критикалық нүктесі жоғары Суперкритикалық көмірқышқыл газы - көмірқышқыл газының сұйық күйі, онда ол өзінің критикалық температурасы мен қысымынан жоғары немесе одан жоғары ұсталады. Көмірқышқыл газы әдетте ауадағы газ түрінде стандартты температура мен қысымда (СТП) немесе жеткілікті суытылғанда және/немесе қысымда болған кезде құрғақ мұз деп аталатын қатты зат түрінде әрекет етеді. Егер температура мен қысымды STP-ден көбейтіп, көмірқышқыл газының критикалық нүктесіне немесе одан жоғары болса, ол газ бен сұйық аралығында қасиеттерді қабылдай алады. Нақтырақ айтқанда, ол өзінің критикалық температурасы мен қысымынан жоғары суперкритикалық сұйықтық ретінде әрекет етеді, бұл селективті экстракцияға мүмкіндік береді.

Еріткіш

Көмірқышқыл газы кофе өндірушілер арасында кеңінен танылып, кофеинсіз еріткіштерден бас тартуға тырысуда. Кофеинді жою үшін жоғары қысыммен су бүркіп, көк кофе дәндерін қысып алады. Кейін кофеинді қайта сату үшін (мысалы, фармацевтикалық немесе сусын өндірушілерге) суды белсендірілген көмір сүзгілер арқылы немесе дестилляция, кристалластыру немесе кері осмоз арқылы бөліп алуға болады. Суперкритикалық көмірқышқыл газын өсімдіктер өнімдерінің құрамындағы қажетті компоненттерді бұрмаламай, органохлоридті пестицидтер мен металдарды ауыл шаруашылығы дақылдарынан алу үшін өсімдіктер өнімдерінің құрамындағы қоспалар өндірісінде пайдаланады. Суперкритикалық көмірқышқыл газын құрғақ тазалауда еріткіш ретінде пайдалануға болады. Суперкритикалық көмірқышқыл газы эфир майлары мен басқа да өсімдіктер дестиляцияларын жасау үшін экстракциялық еріткіш ретінде қолданылады. Бұл процесте гексан және ацетон сияқты еріткіштерге қарағанда оның басты артықшылығы - ол тұтанғыш емес және уытты қалдықтар қалдырмайды. Сонымен қатар, реакция компоненттерін бастапқы материалдан бөлу дәстүрлі органикалық еріткіштерге қарағанда әлдеқайда қарапайым. Ол ауаға буланып кетуі немесе қайта өңдеу ыдысына конденсация арқылы қайта өңдеуі мүмкін. Оның бумен дәмдеуішпен салыстырғанда артықшылығы - төмен температурада жұмыс істеу, бұл өсімдік балауыздарын майлардан бөлуге мүмкіндік береді. Зертханаларда s экстракциялық еріткіш ретінде, мысалы топырақтан, шөгіндіден, ұшқыш күлден және басқа ортадан алынатын жалпы көмірсутектерді анықтау үшін және топырақ пен қатты қалдықтардағы полициклді ароматты көмірсутектерді анықтау үшін қолданылады. Судағы көмірсутек компоненттерін анықтау үшін суперкритикалық сұйықтық экстракциясы қолданылды. Микро және нано өлшемді бөлшектерді өндіру үшін, көбінесе фармацевтикалық мақсаттар үшін, S-ті пайдаланатын процестер әзірленуде. Газдық еріткішке қарсы процесс, суперкритикалық ерітінділердің тез кеңеюі және суперкритикалық еріткішке қарсы жауын-шашын (оған байланысты бірнеше әдістер) әр түрлі заттарды бөлшектерге айналдырады. Органикалық қосылыстарды іріктеп еріту және ферменттердің жұмыс істеуіне көмектесу қабілетіне байланысты s Венера немесе супер Жер типті планеталардағы биологиялық белсенділікті қолдау үшін әлеуетті еріткіш ретінде ұсынылды.

Өңдеу өнімдері

Термопластикалық қатты және отталған керамиканың экологиялық тиімді, арзан орнына химиялық реагент ретінде S қолданылады. Бұл процестердегі s толық қатайтылған гидравликалық цемент немесе гипс пластырының сілтілік компоненттерімен әр түрлі карбонаттарды қалыптастыру үшін әрекеттеседі. Негізгі қосалқы өнім - су. s полимерлерді көбіктілеуде қолданылады. Суперкритикалық көмірқышқыл полимерді еріткішпен қанықтыра алады. Депрессуризация және қыздыру кезінде көмірқышқыл газ тез кеңейіп, полимер матрицасында саңылаулар пайда болады, яғни көбік пайда болады. Микроклеткалық көбіктерді зерттеу жалғасуда. Параизобутилбензил хлоридінің ибупрофенге электрохимиялық карбоксилдеуін s бойынша қолданады.

Жұмыс сұйықтығы

s химиялық жағынан тұрақты, сенімді, арзан, жанбайтын және тез қол жетімді, сондықтан ол транскриттік циклдер үшін қолайлы жұмыс сұйықтығы болып табылады. Суперкритикалық су жылу сорғыларында жұмыс сұйықтығы ретінде қолданылады. Өндіріліп, кеңінен қолданылатын жылу сорғылары тұрмыстық және бизнес жылыту мен салқындату үшін қол жетімді. Концентрацияланған күн энергиясы үшін көмірқышқыл газының критикалық температурасы энергияны максималды тиімді айналдыру үшін жеткілікті жоғары емес. Күн энергиясының жылу станциялары әдетте құрғақ жерлерде орналасқан, сондықтан жылу бөлгішті төмен температураға дейін салқындату мүмкін емес. Сондықтан, жоғары криттік температурасы бар суперкритикалық көмірқышқыл диоксиді қоспалары, электр энергиясын өндіруді жақсарту үшін, күн энергиясын шоғырландырып өндіруді жақсарту үшін әзірленуде. Оның үстіне, оның жоғары жылу тұрақтылығы мен тұтанбаушылығы жоғары температуралы көздерден тікелей жылу алмасуды қамтамасыз етеді, бұл жұмыс сұйықтығының жоғары температурасына және жоғары цикл тиімділігіне мүмкіндік береді. Екі фазалы ағымнан айырмашылығы, s-тің бір фазалы табиғаты судың буға айналуы үшін қажетті фазалық өзгерістер үшін жылу енгізу қажеттілігін жояды, осылайша байланысты жылулық шаршау мен коррозияны жояды. С-ны пайдалану коррозия инженериясы, материалды таңдау және жобалау мәселелерін ұсынады. Электр энергиясын өндіру компоненттеріндегі материалдар жоғары температура, тотыққан және жыртылған зақымдануларға төзімді болуы тиіс. Осы қасиеттер мен өнімділік мақсаттарына сай келетін кандидат материалдарға электр энергиясын өндірудегі қазіргі қорытпалар, мысалы, турбомашина компоненттері үшін никельге негізделген суперқорытпалар және құбырлар үшін аустенитті тот баспайтын болаттар жатады. Брейтон циклдарындағы компоненттер коррозия мен эрозияға ұшырайды, әсіресе турбомашиналар мен рекуперативті жылу алмастырғыштар компоненттеріндегі эрозия және құбырлардағы түйіршікті коррозия мен шұңқырлар. Ni негізіндегі қоспалар, аустенитті болаттар, ферритті болаттар және керамиканың коррозияға төзімділігі үшін сынақтар жүргізілді. Бұл материалдарға қызығушылық олардың көмірқышқыл газының қатысуымен қорғаныш беті оксид қабаттарын қалыптастыруынан туындайды, алайда көбінесе реакция механикасы мен коррозия / эрозия кинетикасы мен механизмдерін одан әрі бағалау қажет, өйткені материалдардың ешқайсысы қажетті мақсаттарға сәйкес келмейді. 2016 жылы General Electric жылу энергиясын электр энергиясына айналдырудың 50% тиімділігін қамтамасыз ететін s-ге негізделген турбинаны жариялады. Онда 700 °C-ға дейін қыздырылады. Бұл аз қысуды талап етеді және жылуды тасымалдауға мүмкіндік береді. Ол толық қуатына 2 минут ішінде жетеді, ал бу турбиналарына кем дегенде 30 минут қажет. Прототип 10 МВт өндірді және шамамен салыстырмалы бу турбинасының 10% -ы. 10 МВт 155 млн АҚШ долларына арналған суперкритикалық трансформациялық электр қуаты (STEP) пилоттық зауыты 2023 жылы Сан-Антониода аяқталды. Ол үстелдің өлшеміне тең және шамамен 10 000 үйге электр қуатын бере алады.

Басқа

550 °C температурада жұмыс істейтін жабық циклді газ турбинасын әзірлеу жұмыстары жүргізілуде. Бұл электр энергиясын жаппай өндіруге әсер етеді, өйткені 500 °C және 20 MPa жоғарыдағы көмірқышқыл газының суперкритикалық қасиеттері 45 пайызға жуық жылу тиімділігін қамтамасыз етеді. Бұл бір бірлік отын үшін қажетті электр қуатын 40 немесе одан да көп пайызға арттырады. Электр энергиясын өндіруде пайдаланылатын көміртегі отынның көлемін ескере отырып, цикл тиімділігін арттырудың қоршаған ортаға әсері елеулі болады. Суперкритикалық - бұл жаңадан пайда болатын табиғи тоңазытқыш, ол тұрмыстық жылу сорғылары үшін жаңа, аз көміртегілі ерітінділерде қолданылады. Азияда суперкритикалық жылу сорғылары коммерциялық сатылымға шығарылады. Жапонияның Mayekawa компаниясы әзірлеген EcoCute жүйелері қоршаған ортадан жылуды жүйеге көшіру арқылы электр қуатының аз мөлшерін жоғары температурадағы тұрмыстық суды өндіреді. Суперкритикалық 1980 жылдан бастап ескі мұнай кен орындарында өндірісті арттыру үшін қолданылады. "Таза көмір" технологиясы пайда болып, көміртегі қоректендіруді көміртегі қоректендірумен біріктіруі мүмкін. Кәдімгі пештердің орнына газдандырғыштарды пайдалану көмір мен суды сутек газына, көмірқышқыл газына және күлге дейін азайтады. Бұл сутегі газы электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Комбинированный цикл газ турбиналарында, ол жиналады, суперкритикалық күйге дейін сығылады және геологиялық сақтауға, мүмкін өнімділікті арттыру үшін қолданыстағы мұнай кен орындарына енгізіледі. Суперкритикалық геотермиялық электр энергиясын өндіру үшін жұмыс сұйықтығы ретінде геотермиялық жүйелерде де, шөгінді геотермиялық жүйелерде де (Плюм геотермиясы деп аталады) пайдаланылуы мүмкін. EGS жүйелері жертөледегі жыныстарда жасанды сынық резервуарды пайдаланады, ал CPG жүйелері табиғи түрде өткізгіш шөгінді резервуарларды пайдаланады. Геологиялық резервуарда сумен салыстырғанда пайдаланудың мүмкін артықшылықтары оның төменгі тұтқырлығынан пайда болған жоғары энергия өнімділігі, жақсы химиялық өзара әрекеттесу және тұрақты сақтау, өйткені резервуар үлкен массалармен толтырылуы керек. 2011 жылға дейін бұл тұжырымдама далада сыналған жоқ.

Аэрогель өндірісі

Суперкритикалық көмірқышқыл газы кремний, көміртек және металл негізіндегі аэрогельдерді өндіруде қолданылады. Мысалы, кремний диоксиді гелі пайда болады, содан кейін s-ке ұшырайды. Суперкритикалық болған кезде, барлық беткі кернеу алынып тасталады, сұйықтық аэрогельден шығып, нанометрлік мөлшердегі тесіктерін шығарады.

Биомедициналық материалдарды стерильдеу

Суперкритикалық биологиялық материалдарды және медициналық бұйымдарды термиялық стерильдеуге арналған қосымша перацет қышқылымен (ПАҚ) біріктірілген альтернатива болып табылады. Суперкритикалық құрал ортаны стерильдендірмейді, өйткені ол микроорганизмдердің спораларын өлтірмейді. Сонымен қатар, бұл процесс жұмсақ, өйткені белсенді емес микробтардың морфологиясы, ультрақұрылымы және ақуыздық профилі сақталады.

Тазалау

Суперкритикалық кейбір өнеркәсіптік тазалау процестерінде қолданылады.