هل التسخين بالهيدروجين محتمل؟

طرق إنتاج الهيدروجين في الظروف الصناعية

الاستخراج عن طريق تحويل الميثان
. يتم خلط الماء المتبخر ، المسخن مسبقًا إلى 1000 درجة مئوية ، مع الميثان تحت الضغط وفي وجود محفز. هذه الطريقة مثيرة للاهتمام ومثبتة ، وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه يتم تحسينها باستمرار: البحث جاري عن محفزات جديدة أرخص وأكثر كفاءة.

فكر في أقدم طريقة للحصول على الهيدروجين - تغويز الفحم
. في حالة عدم وجود منفذ للهواء ودرجة حرارة تصل إلى 1300 درجة مئوية ، يتم تسخين الفحم وبخار الماء. وهكذا ، يتم إزاحة الهيدروجين من الماء ، ويتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون (سيكون الهيدروجين في الأعلى ، وثاني أكسيد الكربون ، الذي يتم الحصول عليه أيضًا نتيجة التفاعل ، سيكون في الأسفل). سيكون هذا هو فصل خليط الغاز ، كل شيء بسيط للغاية.

الحصول على الهيدروجين التحليل الكهربائي للماء
يعتبر الخيار الأسهل. لتنفيذه ، من الضروري صب محلول الصودا في الحاوية ، وكذلك وضع عنصرين كهربائيين هناك. سيكون أحدهما موجب الشحنة (الأنود) والآخر سالبًا (الكاثود). عندما يتم تطبيق التيار ، ينتقل الهيدروجين إلى القطب السالب والأكسجين إلى القطب الموجب.

الحصول على الهيدروجين حسب الطريقة أكسدة جزئية
. لهذا الغرض ، يتم استخدام سبيكة من الألومنيوم والغاليوم. يتم وضعه في الماء ، مما يؤدي إلى تكوين أكسيد الهيدروجين والألمنيوم أثناء التفاعل. الغاليوم ضروري لحدوث التفاعل بالكامل (لن يسمح هذا العنصر للألمنيوم بالتأكسد قبل الأوان).

اكتسبت أهمية مؤخرًا طريقة استخدام التقنيات الحيوية
: في حالة نقص الأكسجين والكبريت ، تبدأ الكلاميوموناس في إطلاق الهيدروجين بشكل مكثف. تأثير مثير للغاية ، والذي تتم دراسته الآن بنشاط.

لا تنس طريقة أخرى قديمة ومثبتة لإنتاج الهيدروجين ، وهي استخدامات مختلفة العناصر القلوية
و الماء. من حيث المبدأ ، هذه التقنية ممكنة في ظروف المختبر مع التدابير الأمنية اللازمة. وهكذا ، أثناء التفاعل (عندما يتم تسخينه ومع المحفزات) ، يتشكل أكسيد الفلز والهيدروجين. يبقى فقط لجمعها.

احصل على الهيدروجين تفاعلات الماء وأول أكسيد الكربون
ممكن فقط في بيئة صناعية. يتكون ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين ، تم وصف مبدأ فصلهما أعلاه.

للاختراع المزايا التالية

يمكن استخدام الحرارة الناتجة عن أكسدة الغازات مباشرة في الموقع ، ويتم الحصول على الهيدروجين والأكسجين من التخلص من بخار العادم والمياه الصناعية.

انخفاض استهلاك المياه عند توليد الكهرباء والحرارة.

بساطة الطريقة.

وفورات كبيرة في الطاقة ، مثل يتم إنفاقه فقط على تدفئة البادئ إلى نظام حراري ثابت.

إنتاجية عالية للعملية ، لأن تفكك جزيئات الماء يستمر لعشر من الثانية.

طريقة الإنفجار والسلامة من الحريق ، لأن في تنفيذه ، ليست هناك حاجة لخزانات لجمع الهيدروجين والأكسجين.

أثناء عملية التثبيت ، يتم تنقية الماء بشكل متكرر ، وتحويله إلى ماء مقطر. هذا يلغي الترسيب والقياس ، مما يزيد من عمر خدمة التركيب.

التثبيت مصنوع من الفولاذ العادي ؛ باستثناء الغلايات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للحرارة مع تبطين ودرع جدرانها. وهذا يعني أن المواد باهظة الثمن الخاصة ليست مطلوبة.

قد يجد الاختراع تطبيقًا في
من خلال استبدال الهيدروكربونات والوقود النووي في محطات توليد الطاقة بمياه رخيصة الثمن وواسعة الانتشار وصديقة للبيئة ، مع الحفاظ على قوة هذه المحطات.

مطالبة

طريقة لإنتاج الهيدروجين والأكسجين من بخار الماء
، والذي يتضمن تمرير هذا البخار عبر مجال كهربائي ، يتميز بأن بخار الماء شديد الحرارة يستخدم مع درجة حرارة 500-550 درجة مئوية
، يمر عبر مجال كهربائي تيار مباشر عالي الجهد لفصل البخار وفصله إلى ذرات هيدروجين وأكسجين.

أردت أن أفعل شيئًا كهذا لوقت طويل. لكن تجارب أخرى على بطارية وزوج من الأقطاب الكهربائية لم تصل. كنت أرغب في صنع جهاز كامل لإنتاج الهيدروجين بكميات من أجل نفخ البالون. قبل عمل جهاز كامل لتحليل المياه الكهربائي في البيت، قررت التحقق من كل شيء في النموذج.

يبدو المخطط العام للمحلل الكهربائي هكذا.

هذا النموذج غير مناسب للاستخدام اليومي الكامل. لكن الفكرة اختبرت.

لذلك بالنسبة للأقطاب الكهربائية ، قررت استخدام الجرافيت. مصدر ممتاز للجرافيت للأقطاب الكهربائية هو جامع تيار عربة الترولي. هناك الكثير منهم يرقدون في المحطات النهائية. يجب أن نتذكر أنه سيتم تدمير أحد الأقطاب الكهربائية.

النشر والتشطيب بملف. تعتمد شدة التحليل الكهربائي على قوة التيار ومنطقة الأقطاب الكهربائية.

يتم توصيل الأسلاك بالأقطاب الكهربائية. يجب عزل الأسلاك بعناية.

الزجاجات البلاستيكية مناسبة تمامًا لجسم نموذج المحلل الكهربائي. تصنع ثقوب في غطاء الأنابيب والأسلاك.

كل شيء مغطى بعناية بمادة مانعة للتسرب.

أعناق الزجاجة المقطوعة مناسبة لتوصيل حاويتين.

يجب أن يكونوا متصلين معًا وأن يذوبوا التماس.

المكسرات مصنوعة من أغطية الزجاجات.

يتم عمل ثقوب في قاع زجاجتين. كل شيء متصل ومملوء بعناية بمادة مانعة للتسرب.

سنستخدم شبكة منزلية 220 فولت كمصدر جهد. أريد أن أحذرك من أن هذه لعبة خطيرة إلى حد ما. لذا ، إذا لم تكن هناك مهارات كافية أو كانت هناك شكوك ، فمن الأفضل عدم التكرار. في الشبكة المنزلية ، لدينا تيار متناوب ، للتحليل الكهربائي يجب تقويمه. جسر الصمام الثنائي مثالي لهذا. لم يكن الشخص الموجود في الصورة قويًا بدرجة كافية وسرعان ما تم حرقه. كان الخيار الأفضل هو جسر الصمام الثنائي MB156 الصيني في علبة من الألومنيوم.

يصبح جسر الصمام الثنائي ساخنًا جدًا. يتطلب تبريدًا نشطًا. مبرد لمعالج الكمبيوتر سيكون مناسبًا تمامًا. بالنسبة للحالة ، يمكنك استخدام صندوق لحام بحجم مناسب. تباع في سلع كهربائية.

تحت جسر الصمام الثنائي ، من الضروري وضع عدة طبقات من الورق المقوى.

يتم عمل الثقوب اللازمة في غطاء صندوق اللحام.

هذا ما تبدو عليه الوحدة المجمعة. يتم تشغيل المحلل الكهربائي من التيار الكهربائي ، والمروحة من مصدر طاقة عالمي. يستخدم محلول صودا الخبز كإلكتروليت. هنا يجب أن نتذكر أنه كلما زاد تركيز المحلول ، زاد معدل التفاعل. لكن في نفس الوقت يكون التسخين أعلى. علاوة على ذلك ، فإن تفاعل تحلل الصوديوم عند الكاثود سيساهم في التسخين. هذا التفاعل طارد للحرارة. نتيجة لذلك ، سيتم تكوين الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم.

كان الجهاز الموجود في الصورة أعلاه ساخنًا جدًا. يجب إيقاف تشغيله بشكل دوري والانتظار حتى يبرد. تم حل مشكلة التسخين جزئيًا عن طريق تبريد المنحل بالكهرباء. لهذا ، استخدمت مضخة نافورة منضدية. يمتد أنبوب طويل من زجاجة إلى أخرى عبر مضخة ودلو من الماء البارد.

إن أهمية هذه المشكلة اليوم عالية جدًا نظرًا لحقيقة أن نطاق استخدام الهيدروجين واسع للغاية ، وفي شكله النقي لا يوجد عمليًا في أي مكان في الطبيعة. لهذا تم تطوير عدة طرق لاستخراج هذا الغاز من المركبات الأخرى من خلال التفاعلات الكيميائية والفيزيائية. هذا ما تمت مناقشته في هذه المقالة.

إنتاج الهيدروجين في المنزل

اختيار خلية التحليل الكهربائي

للحصول على عنصر من المنزل ، هناك حاجة إلى جهاز خاص - محلل كهربائي.هناك العديد من الخيارات لمثل هذه المعدات في السوق ، ويتم تقديم الأجهزة من قبل كل من شركات التكنولوجيا المعروفة والشركات المصنعة الصغيرة. الوحدات ذات العلامات التجارية أغلى ثمناً ، لكن جودة بنائها أعلى.

الجهاز المنزلي صغير الحجم وسهل الاستخدام. تفاصيلها الرئيسية هي:

المحلل الكهربائي - ما هو

• مصلح.
• نظام التنظيف
• خلايا الوقود؛
• معدات ضاغط
• خزان تخزين الهيدروجين.

تؤخذ مياه الصنبور البسيطة كمادة خام ، وتأتي الكهرباء من منفذ عادي. الوحدات التي تعمل بالطاقة الشمسية توفر في الكهرباء.

يستخدم الهيدروجين "المنزلي" في أنظمة التدفئة أو الطبخ. كما أنها تثري خليط الوقود والهواء لزيادة قوة محركات السيارات.

صنع الجهاز بيديك

من الأرخص أن تصنع الجهاز بنفسك في المنزل. تشبه الخلية الجافة حاوية مغلقة ، تتكون من لوحين قطبين في وعاء به محلول إلكتروليتي. تقدم شبكة الويب العالمية مجموعة متنوعة من المخططات لتجميع الأجهزة من طرز مختلفة:

• مع مرشحين
• مع الترتيب العلوي أو السفلي للحاوية ؛
• مع اثنين أو ثلاثة صمامات ؛
• مع لوح مجلفن
• على الأقطاب الكهربائية.

مخطط جهاز التحليل الكهربائي

من السهل إنشاء جهاز بسيط لإنتاج الهيدروجين. سوف يتطلب:

• صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ
• أنبوب شفاف
• توصيلات؛
• حاوية بلاستيكية (1.5 لتر) ؛
• فلتر مياه وصمام فحص.

جهاز بسيط لإنتاج الهيدروجين

بالإضافة إلى ذلك ، ستكون هناك حاجة إلى العديد من الأجهزة: المكسرات ، الغسالات ، البراغي. بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى قطع الورقة إلى 16 مقصورة مربعة ، وقطع زاوية من كل منها. في الزاوية المقابلة منه ، يلزم حفر ثقب لربط الألواح. لضمان تيار ثابت ، يجب توصيل الألواح وفقًا للمخطط: زائد ناقص زائد ناقص. يتم عزل هذه الأجزاء عن بعضها البعض باستخدام أنبوب ، وعند التوصيل بمسامير وغسالات (ثلاث قطع بين الألواح). 8 لوحات توضع على موجب وناقص.

مع التجميع الصحيح ، لن تلمس حواف الألواح الأقطاب الكهربائية. يتم إنزال الأجزاء المجمعة في وعاء بلاستيكي. في المكان الذي تتلامس فيه الجدران ، يتم إجراء فتحتين للتثبيت باستخدام البراغي. قم بتركيب صمام أمان لإزالة الغاز الزائد. يتم تثبيت التركيبات في غطاء الحاوية ويتم إغلاق اللحامات بالسيليكون.

اختبار الجهاز

لاختبار الجهاز ، قم بتنفيذ عدة إجراءات:

مخطط إنتاج الهيدروجين

1. املأ بالسائل.
2. مع تغطية بغطاء ، قم بتوصيل أحد طرفي الأنبوب بالتركيب.
3. يتم إنزال الثاني في الماء.
4. قم بتوصيله بمصدر طاقة.

بعد توصيل الجهاز بالمقبس ، بعد بضع ثوانٍ ، ستكون عملية التحليل الكهربائي وهطول الأمطار ملحوظة.

لا تتمتع المياه النقية بموصلية كهربائية جيدة. لتحسين هذا المؤشر ، تحتاج إلى إنشاء محلول إلكتروليتي بإضافة القلوي - هيدروكسيد الصوديوم. إنه موجود في تركيبات لتنظيف الأنابيب مثل "الخلد".

طرق إنتاج الهيدروجين

الهيدروجين عنصر غازي عديم اللون والرائحة بكثافة 1/14 بالنسبة للهواء. نادرا ما توجد في الدولة الحرة. عادة يتم الجمع بين الهيدروجين وعناصر كيميائية أخرى: الأكسجين والكربون.

يتم إنتاج الهيدروجين للاحتياجات الصناعية والطاقة بعدة طرق. الأكثر شيوعًا هي:

• التحليل الكهربائي للماء
• طريقة التركيز
• تكثيف درجة حرارة منخفضة
• الامتزاز.

يمكن عزل الهيدروجين ليس فقط من الغاز أو الماء. يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق تعريض الخشب والفحم لدرجات حرارة عالية ، وكذلك عن طريق معالجة النفايات الحيوية.

يتم الحصول على الهيدروجين الذري لهندسة الطاقة باستخدام طريقة التفكيك الحراري لمادة جزيئية على سلك مصنوع من البلاتين أو التنجستن أو البلاديوم. يتم تسخينه في بيئة هيدروجين عند ضغط أقل من 1.33 باسكال.تستخدم العناصر المشعة أيضًا لإنتاج الهيدروجين.

التفكك الحراري

طريقة التحليل الكهربائي

الطريقة الأبسط والأكثر شيوعًا لاستخراج الهيدروجين هي التحليل الكهربائي للماء. يسمح بالحصول على الهيدروجين النقي عمليا. المزايا الأخرى لهذه الطريقة هي:

مبدأ تشغيل مولد الهيدروجين الكهربائي

• توافر المواد الخام
• الحصول على عنصر تحت الضغط ؛
• إمكانية أتمتة العملية بسبب نقص الأجزاء المتحركة.

إجراء تقسيم السائل بالتحليل الكهربائي هو عكس احتراق الهيدروجين. جوهرها هو أنه تحت تأثير التيار المباشر ، يتم إطلاق الأكسجين والهيدروجين على أقطاب كهربائية مغموسة في محلول إلكتروليت مائي.

ميزة إضافية هي إنتاج المنتجات الثانوية ذات القيمة الصناعية. وبالتالي ، فإن الأكسجين بكميات كبيرة ضروري لتحفيز العمليات التكنولوجية في قطاع الطاقة ، وتنظيف التربة والمسطحات المائية ، والتخلص من النفايات المنزلية. يستخدم الماء الثقيل الناتج عن التحليل الكهربائي في صناعة الطاقة في المفاعلات النووية.

إنتاج الهيدروجين بالتركيز

تعتمد هذه الطريقة على فصل عنصر من مخاليط الغازات المحتوية عليه. وبالتالي ، فإن الجزء الأكبر من المادة المنتجة في الأحجام الصناعية يتم استخراجه باستخدام بخار إصلاح الميثان. يستخدم الهيدروجين المنتج في هذه العملية في الطاقة وتكرير النفط وصناعة الصواريخ وكذلك لإنتاج الأسمدة النيتروجينية. تتم عملية الحصول على H2 بطرق مختلفة:

• دورة قصيرة
• مبردة.
• غشاء.

تعتبر الطريقة الأخيرة الأكثر فعالية وأقل تكلفة.

التكثيف في درجات حرارة منخفضة

تتكون هذه التقنية للحصول على H2 في التبريد القوي لمركبات الغاز تحت الضغط. نتيجة لذلك ، يتم تحويلها إلى نظام من مرحلتين ، والذي يتم فصله لاحقًا بواسطة فاصل إلى مكون سائل وغاز. تستخدم الوسائط السائلة للتبريد:

• ماء؛
• الإيثان المسال أو البروبان ؛
• الأمونيا السائلة.

هذا الإجراء ليس بالبساطة التي يبدو عليها. لن يكون من الممكن فصل الغازات الهيدروكربونية بشكل نظيف في وقت واحد. سيترك جزء من المكونات مع الغاز المأخوذ من حجرة الفصل ، وهو أمر غير اقتصادي. يمكن حل المشكلة عن طريق التبريد العميق للمواد الخام قبل الانفصال. لكن هذا يتطلب الكثير من الطاقة.

في الأنظمة الحديثة للمكثفات ذات درجة الحرارة المنخفضة ، يتم توفير أعمدة إزالة الميثان أو إزالة الميثان بشكل إضافي. تتم إزالة الطور الغازي من مرحلة الفصل الأخيرة ، ويرسل السائل إلى عمود التقطير مع تدفق الغاز الخام بعد التبادل الحراري.

طريقة الامتزاز

أثناء الامتزاز ، تُستخدم المواد الماصة لإطلاق الهيدروجين - المواد الصلبة التي تمتص المكونات الضرورية لخليط الغاز. يتم استخدام الكربون المنشط وهلام السيليكات والزيوليت كمواد ماصة. لتنفيذ هذه العملية ، يتم استخدام أجهزة خاصة - الممتزات الدورية أو المناخل الجزيئية. عند تنفيذ هذه الطريقة تحت الضغط ، يمكن استعادة 85 بالمائة من الهيدروجين.

إذا قارنا الامتزاز بتكثيف درجات الحرارة المنخفضة ، يمكننا ملاحظة انخفاض تكاليف المواد والتشغيل للعملية - في المتوسط ​​، بنسبة 30 في المائة. طريقة الامتزاز تنتج الهيدروجين للطاقة وباستخدام المذيبات. تسمح هذه الطريقة باستخراج 90٪ من H2 من خليط الغاز وإنتاج المنتج النهائي بتركيز هيدروجين يصل إلى 99.9٪.