Методи за производство на водород в промишлени условия
Екстракция чрез преобразуване на метан
. Изпарената вода, предварително загрята до 1000 градуса по Целзий, се смесва с метан под налягане и в присъствието на катализатор. Този метод е интересен и доказан, трябва също да се отбележи, че той непрекъснато се подобрява: в ход е търсене на нови катализатори, които са по-евтини и по-ефективни.
Помислете за най-древния метод за получаване на водород - газификация на въглища
. При липса на достъп на въздух и температура от 1300 градуса по Целзий, въглищата и водните пари се нагряват. По този начин водородът се измества от водата и се получава въглероден диоксид (водородът ще бъде отгоре, въглеродният диоксид, също получен в резултат на реакцията, ще бъде отдолу). Това ще бъде отделянето на газовата смес, всичко е много просто.
Получаване на водород чрез водна електролиза
счита за най-лесния вариант. За неговото изпълнение е необходимо да се излее разтвор на сода в контейнера, както и да се поставят два електрически елемента там. Единият ще бъде положително зареден (анод), а другият отрицателно (катод). Когато се приложи ток, водородът отива към катода, а кислородът - към анода.
Получаване на водород по метода частично окисление
. За това се използва сплав от алуминий и галий. Поставя се във вода, което води до образуването на водород и алуминиев оксид по време на реакцията. Галият е необходим за пълното протичане на реакцията (този елемент няма да позволи на алуминия да се окисли преждевременно).
Наскоро придоби актуалност метод за използване на биотехнологии
: при липса на кислород и сяра хламидомонадите започват интензивно да отделят водород. Много интересен ефект, който сега се проучва активно.
Не забравяйте още един стар, доказан метод за производство на водород, който е да използвате различни алкални елементи
и вода. По принцип тази техника е осъществима в лабораторни условия с необходимите мерки за сигурност. Така по време на реакцията (тя протича при нагряване и с катализатори) се образуват метален оксид и водород. Остава само да го съберем.
Вземете водород взаимодействие на вода и въглероден оксид
възможно само в промишлени условия. Образуват се въглероден диоксид и водород, принципът на тяхното разделяне е описан по-горе.
ИЗОБРЕТЕНИЕТО ИМА СЛЕДНИТЕ ПРЕДИМСТВА
Топлината, получена от окисляването на газове, може да се използва директно на място, а водородът и кислородът се получават от изхвърлянето на отработена пара и промишлена вода.
Ниска консумация на вода при производство на електрическа и топлинна енергия.
Простотата на метода.
Значителна икономия на енергия, т.к изразходва се само за загряване на стартера до постоянен топлинен режим.
Висока производителност на процеса, т.к дисоциацията на водните молекули продължава десети от секундата.
Взривна и пожарна безопасност на метода, т.к при изпълнението му няма нужда от резервоари за събиране на водород и кислород.
По време на работа на инсталацията водата се пречиства многократно, превръщайки се в дестилирана вода. Това елиминира валежите и котлен камък, което увеличава експлоатационния живот на инсталацията.
Инсталацията е изработена от обикновена стомана; с изключение на котли от топлоустойчиви стомани с облицовка и екраниране на стените им. Тоест не се изискват специални скъпи материали.
Изобретението може да намери приложение в
индустрия чрез замяна на въглеводородно и ядрено гориво в електроцентралите с евтина, широко разпространена и екологична вода, като същевременно се запази мощността на тези централи.
ИСК
Метод за получаване на водород и кислород от водна пара
, което включва преминаване на тази пара през електрическо поле, характеризиращо се с това, че се използва прегрята водна пара с температура 500 - 550 oС
, преминава през електрическо поле с постоянен ток с високо напрежение, за да дисоциира парата и да я раздели на водородни и кислородни атоми.
Отдавна исках да направя нещо подобно. Но по-нататъшни експерименти с батерия и чифт електроди не стигнаха. Исках да направя пълноценен апарат за производство на водород, в количества, за да надувам балона. Преди да направите пълноценен апарат за водна електролиза вкъщи, реших да проверя всичко по модела.
Общата схема на електролизера изглежда така.
Този модел не е подходящ за пълноценна ежедневна употреба. Но идеята беше изпробвана.
Затова за електродите реших да използвам графит. Отличен източник на графит за електроди е токоприемникът на тролейбуса. Има много от тях, които лежат наоколо на крайните спирки. Трябва да се помни, че един от електродите ще бъде унищожен.
Рязане и довършване с пила. Интензивността на електролизата зависи от силата на тока и площта на електродите.
Към електродите са прикрепени проводници. Проводниците трябва да бъдат внимателно изолирани.
Пластмасовите бутилки са доста подходящи за тялото на модела електролизер. В капака се правят дупки за тръби и проводници.
Всичко е внимателно покрито с уплътнител.
Отрязаните гърла на бутилки са подходящи за свързване на два контейнера.
Те трябва да бъдат свързани заедно и да разтопят шева.
Ядките се правят от капачки за бутилки.
На дъното на две бутилки се правят дупки. Всичко е свързано и внимателно запълнено с уплътнител.
Като източник на напрежение ще използваме битова мрежа 220V. Искам да ви предупредя, че това е доста опасна играчка. Така че, ако няма достатъчно умения или има съмнения, тогава е по-добре да не се повтаря. В битовата мрежа имаме променлив ток, за електролиза трябва да се изправи. Диоден мост е идеален за това. Този на снимката не беше достатъчно мощен и бързо изгоря. Най-добрият вариант беше китайският диоден мост MB156 в алуминиев корпус.
Диодният мост се нагрява много. Изисква активно охлаждане. Охладител за компютърен процесор ще пасне идеално. За кутията можете да използвате подходяща по размер кутия за запояване. Продава се в електрически стоки.
Под диодния мост е необходимо да поставите няколко слоя картон.
В капака на кутията за запояване се правят необходимите отвори.
Ето как изглежда сглобената единица. Електролизерът се захранва от електрическата мрежа, вентилаторът от универсален източник на захранване. Като електролит се използва разтвор на сода за хляб. Тук трябва да се помни, че колкото по-висока е концентрацията на разтвора, толкова по-висока е скоростта на реакцията. Но в същото време отоплението е по-високо. Освен това реакцията на разлагане на натрий на катода ще допринесе за нагряването. Тази реакция е екзотермична. В резултат на това ще се образуват водород и натриев хидроксид.
Устройството на снимката по-горе беше много горещо. Трябваше периодично да се изключва и да се изчаква, докато изстине. Проблемът с нагряването беше частично решен чрез охлаждане на електролита. За това използвах настолна помпа за фонтан. Дълга тръба минава от една бутилка в друга през помпа и кофа със студена вода.
Актуалността на този въпрос днес е доста висока поради факта, че обхватът на използването на водорода е изключително широк и в чиста форма той практически не се среща никъде в природата. Ето защо са разработени няколко метода за извличане на този газ от други съединения чрез химични и физични реакции. Това е, което се обсъжда в тази статия.
Производство на водород в домакинството
Избор на електролитна клетка
За да се получи елемент от къщата, е необходим специален апарат - електролизатор.На пазара има много опции за такова оборудване, устройствата се предлагат както от известни технологични корпорации, така и от малки производители. Марковите единици са по-скъпи, но качеството им на изработка е по-високо.
Домашният уред е малък по размери и лесен за използване. Основните му детайли са:
Електролизатор - какво е това
- реформатор;
- система за почистване;
- горивни клетки;
- компресорно оборудване;
- резервоар за съхранение на водород.
Като суровина се приема обикновена чешмяна вода, а електричеството идва от обикновен контакт. Слънчевите агрегати спестяват електроенергия.
"Домашният" водород се използва в системи за отопление или готвене. Те също така обогатяват сместа въздух-гориво, за да увеличат мощността на автомобилните двигатели.
Изработване на устройството със собствените си ръце
Още по-евтино е да направите устройството сами у дома. Сухата клетка изглежда като запечатан контейнер, който се състои от две електродни пластини в контейнер с електролитен разтвор. World Wide Web предлага разнообразие от схеми за сглобяване на устройства от различни модели:
- с два филтъра;
- с горната или долната подредба на контейнера;
- с два или три клапана;
- с поцинкована плоскост;
- върху електродите.
Схема на устройството за електролиза
Лесно се създава просто устройство за производство на водород. Ще изисква:
- листова неръждаема стомана;
- прозрачна тръба;
- фитинги;
- пластмасов контейнер (1,5 л);
- воден филтър и възвратен клапан.
Устройството на просто устройство за производство на водород
Освен това ще са необходими различни хардуер: гайки, шайби, болтове. На първо място, трябва да изрежете листа на 16 квадратни отделения, да изрежете ъгъл от всяко от тях. В противоположния ъгъл от него е необходимо да се пробие отвор за закрепване на плочите. За да се осигури постоянен ток, плочите трябва да бъдат свързани по схемата: плюс-минус-плюс-минус. Тези части са изолирани една от друга с тръба, а при връзката с болт и шайби (три парчета между плочите). На плюса и минуса се поставят 8 плочи.
При правилно сглобяване ръбовете на плочите няма да докосват електродите. Събраните части се спускат в пластмасов контейнер. На мястото, където стените се допират, се правят два отвора за монтаж с болтове. Инсталирайте предпазен клапан за отстраняване на излишния газ. В капака на контейнера се монтират фитинги, а шевовете са запечатани със силикон.
Тестване на устройството
За да тествате устройството, изпълнете няколко действия:
Схема за производство на водород
- Напълнете с течност.
- Покривайки с капак, свържете единия край на тръбата към фитинга.
- Вторият се спуска във водата.
- Свържете към източник на захранване.
След като включите устройството в контакта, след няколко секунди ще се забележи процесът на електролиза и утаяването.
Чистата вода няма добра електрическа проводимост. За да подобрите този индикатор, трябва да създадете електролитен разтвор чрез добавяне на алкален - натриев хидроксид. Той е в състави за почистване на тръби като "Mole".
Методи за получаване на водород
Водородът е безцветен газообразен елемент без мирис с плътност 1/14 спрямо въздуха. Рядко се среща в свободно състояние. Обикновено водородът се комбинира с други химични елементи: кислород, въглерод.
Производството на водород за промишлени нужди и енергия се извършва по няколко метода. Най-популярни са:
- водна електролиза;
- метод на концентрация;
- ниска температура на кондензация;
- адсорбция.
Водородът може да бъде изолиран не само от газови или водни съединения. Водородът се получава чрез излагане на дървесина и въглища на високи температури, както и чрез преработка на биологични отпадъци.
Атомният водород за енергетиката се получава чрез метода на термична дисоциация на молекулно вещество върху тел от платина, волфрам или паладий. Нагрява се във водородна среда при налягане по-малко от 1,33 Pa.Радиоактивните елементи също се използват за производство на водород.
Термична дисоциация
метод на електролиза
Най-простият и популярен метод за извличане на водород е водната електролиза. Позволява получаването на практически чист водород. Други предимства на този метод са:
Принципът на работа на електролизния водороден генератор
- наличие на суровини;
- получаване на елемент под налягане;
- възможността за автоматизиране на процеса поради липсата на движещи се части.
Процедурата за разделяне на течност чрез електролиза е обратната на горенето на водород. Същността му е, че под въздействието на постоянен ток се отделят кислород и водород върху електроди, потопени във воден електролитен разтвор.
Допълнително предимство е производството на странични продукти с индустриална стойност. По този начин кислородът в голям обем е необходим за катализиране на технологичните процеси в енергийния сектор, почистване на почвата и водните обекти и изхвърляне на битови отпадъци. Тежка вода, получена чрез електролиза, се използва в енергетиката в ядрени реактори.
Производство на водород чрез концентрация
Този метод се основава на отделянето на елемента от съдържащите го газови смеси. По този начин по-голямата част от веществото, произведено в промишлени обеми, се извлича чрез парен реформинг на метан. Водородът, произведен в този процес, се използва в енергетиката, нефтопреработката, ракетната индустрия, както и за производството на азотни торове. Процесът на получаване на H2 се извършва по различни начини:
- кратък цикъл;
- криогенни;
- мембрана.
Последният метод се счита за най-ефективен и по-евтин.
Кондензация при ниски температури
Тази техника за получаване на H2 се състои в силно охлаждане на газови съединения под налягане. В резултат на това те се трансформират в двуфазна система, която впоследствие се разделя чрез сепаратор на течен компонент и газ. За охлаждане се използват течни среди:
- вода;
- втечнен етан или пропан;
- течен амоняк.
Тази процедура не е толкова проста, колкото изглежда. Няма да е възможно да се отделят чисто въглеводородни газове наведнъж. Част от компонентите ще напуснат с газа, взет от отделението за разделяне, което не е икономично. Проблемът може да бъде решен чрез дълбоко охлаждане на суровината преди отделяне. Но това изисква много енергия.
В съвременните системи от нискотемпературни кондензатори допълнително се предвиждат колони за деметанизация или деетанизация. Газовата фаза се отстранява от последния етап на разделяне и течността се изпраща в дестилационната колона с потока на суровия газ след топлообмен.
Адсорбционен метод
По време на адсорбцията се използват адсорбенти за освобождаване на водород - твърди вещества, които абсорбират необходимите компоненти на газовата смес. Като адсорбенти се използват активен въглен, силикатен гел, зеолити. За извършване на този процес се използват специални устройства - циклични адсорбери или молекулярни сита. Когато се прилага под налягане, този метод може да възстанови 85 процента водород.
Ако сравним адсорбцията с нискотемпературната кондензация, можем да отбележим по-ниските материални и оперативни разходи на процеса - средно с 30 процента. Адсорбционният метод произвежда водород за енергия и с използването на разтворители. Този метод позволява извличането на 90 процента H2 от газовата смес и производството на крайния продукт с концентрация на водород до 99,9%.
