Mètodes per a la producció d'hidrogen en condicions industrials
Extracció per conversió de metà
. L'aigua vaporitzada, preescalfada a 1000 graus centígrads, es barreja amb metà a pressió i en presència d'un catalitzador. Aquest mètode és interessant i provat, també cal destacar que està en constant millora: s'està buscant nous catalitzadors més econòmics i eficients.
Considereu el mètode més antic per obtenir hidrogen: gasificació del carbó
. En absència d'accés a l'aire i una temperatura de 1300 graus centígrads, el carbó i el vapor d'aigua s'escalfen. Així, l'hidrogen es desplaça de l'aigua, i s'obté diòxid de carboni (l'hidrogen estarà a la part superior, el diòxid de carboni, també obtingut com a resultat de la reacció, estarà a la part inferior). Aquesta serà la separació de la mescla de gasos, tot és molt senzill.
Obtenció d'hidrogen mitjançant electròlisi de l'aigua
considerada l'opció més fàcil. Per a la seva implementació, cal abocar una solució de refresc al recipient i també col·locar-hi dos elements elèctrics. Un estarà carregat positivament (ànode) i l'altre negativament (càtode). Quan s'aplica corrent, l'hidrogen anirà al càtode i l'oxigen a l'ànode.
Obtenció d'hidrogen segons el mètode oxidació parcial
. Per a això, s'utilitza un aliatge d'alumini i gal·li. Es posa a l'aigua, la qual cosa condueix a la formació d'hidrogen i òxid d'alumini durant la reacció. El gal·li és necessari perquè la reacció tingui lloc en la seva totalitat (aquest element no permetrà que l'alumini s'oxidi prematurament).
Recentment guanyat rellevància mètode d'ús de les biotecnologies
: sota la condició de manca d'oxigen i sofre, les clamidomonas comencen a alliberar hidrogen de manera intensiva. Un efecte molt interessant, que ara s'està estudiant activament.
No us oblideu d'un altre mètode vell i provat de produir hidrogen, que és utilitzar un altre elements alcalins
i aigua. En principi, aquesta tècnica és factible en condicions de laboratori amb les mesures de seguretat necessàries. Així, durant la reacció (procedeix quan s'escalfa i amb catalitzadors), es formen òxid metàl·lic i hidrogen. Només queda per recollir-lo.
Aconsegueix hidrogen interaccions de l'aigua i el monòxid de carboni
només possible en un entorn industrial. Es formen diòxid de carboni i hidrogen, el principi de la seva separació es descriu anteriorment.
LA INVENCIÓ TÉ ELS AVANTATGES SEGÜENTS
La calor obtinguda de l'oxidació dels gasos es pot utilitzar directament in situ, i l'hidrogen i l'oxigen s'obtenen de l'eliminació del vapor d'escapament i l'aigua industrial.
Baix consum d'aigua a l'hora de generar electricitat i calor.
La simplicitat del mètode.
Important estalvi energètic, com només es gasta en escalfar l'arrencada a un règim tèrmic constant.
Alta productivitat del procés, perquè la dissociació de les molècules d'aigua dura dècimes de segon.
Seguretat contra incendis i explosions del mètode, perquè en la seva implementació, no calen dipòsits per recollir hidrogen i oxigen.
Durant el funcionament de la instal·lació, l'aigua es purifica repetidament, transformant-se en aigua destil·lada. D'aquesta manera s'eliminen les precipitacions i les incrustacions, la qual cosa augmenta la vida útil de la instal·lació.
La instal·lació està feta d'acer normal; amb l'excepció de les calderes d'acers resistents a la calor amb revestiment i apantallament de les seves parets. És a dir, no calen materials especials cars.
La invenció pot trobar aplicació a
la indústria substituint els hidrocarburs i els combustibles nuclears a les centrals elèctriques per aigua barata, generalitzada i respectuosa amb el medi ambient, tot mantenint la potència d'aquestes centrals.
RECLAMACIÓ
Mètode per produir hidrogen i oxigen a partir del vapor d'aigua
, que inclou fer passar aquest vapor a través d'un camp elèctric, caracteritzat perquè s'utilitza vapor d'aigua sobreescalfat amb una temperatura 500 - 550 o C
, passa per un camp elèctric de corrent continu d'alta tensió per dissociar el vapor i separar-lo en àtoms d'hidrogen i oxigen.
Feia temps que volia fer una cosa així. Però més experiments amb una bateria i un parell d'elèctrodes no van arribar. Volia fer un aparell complet per a la producció d'hidrogen, en quantitats per inflar el globus. Abans de fer un aparell complet per a l'electròlisi de l'aigua a casa, vaig decidir comprovar-ho tot al model.
L'esquema general de l'electrolitzador té aquest aspecte.
Aquest model no és adequat per a un ús diari complet. Però la idea es va posar a prova.
Així que per als elèctrodes, vaig decidir utilitzar grafit. Una excel·lent font de grafit per a elèctrodes és el col·lector de corrent del trolebus. N'hi ha molts a les parades finals. Cal recordar que un dels elèctrodes serà destruït.
Serrat i acabat amb llima. La intensitat de l'electròlisi depèn de la força del corrent i de l'àrea dels elèctrodes.
Els cables estan connectats als elèctrodes. Els cables s'han d'aïllar amb cura.
Les ampolles de plàstic són molt adequades per al cos del model d'electrolitzador. Es fan forats a la tapa per a tubs i cables.
Tot està acuradament recobert amb segellador.
Els colls d'ampolla tallats són adequats per connectar dos contenidors.
Han d'estar connectats entre si i fondre la costura.
Els fruits secs estan fets de taps d'ampolles.
Es fan forats al fons de dues ampolles. Tot està connectat i s'omple amb cura amb segellador.
Utilitzarem una xarxa domèstica de 220 V com a font de tensió. Vull advertir-vos que aquesta és una joguina força perillosa. Per tant, si no hi ha habilitats suficients o hi ha dubtes, és millor no repetir. A la xarxa domèstica tenim corrent altern, per a l'electròlisi s'ha de redreçar. Un pont de díodes és perfecte per a això. El de la foto no era prou potent i es va cremar ràpidament. La millor opció era el pont de díodes xinès MB156 en una caixa d'alumini.
El pont de díodes s'escalfa molt. Requereix refrigeració activa. Un refrigerador per a un processador d'ordinador encaixarà perfectament. Per al cas, podeu utilitzar una caixa de soldadura de mida adequada. Es ven en material elèctric.
Sota el pont de díodes cal posar diverses capes de cartró.
Els forats necessaris es fan a la tapa de la caixa de soldadura.
Així es veu la unitat muntada. L'electrolític s'alimenta de la xarxa elèctrica, el ventilador des d'una font d'alimentació universal. Una solució de bicarbonat de sodi s'utilitza com a electròlit. Aquí cal recordar que com més gran és la concentració de la solució, més gran és la velocitat de reacció. Però al mateix temps, la calefacció és més alta. A més, la reacció de descomposició del sodi al càtode contribuirà a l'escalfament. Aquesta reacció és exotèrmica. Com a resultat, es formarà hidrogen i hidròxid de sodi.
El dispositiu de la foto de dalt estava molt calent. S'havia d'apagar periòdicament i esperar fins que es refredi. El problema de la calefacció es va resoldre parcialment refredant l'electròlit. Per a això, vaig utilitzar una bomba de font de sobretaula. Un tub llarg passa d'una ampolla a una altra a través d'una bomba i una galleda d'aigua freda.
La rellevància d'aquest problema avui és força alta a causa del fet que l'abast de l'ús de l'hidrogen és extremadament extens i, en la seva forma pura, pràcticament no es troba enlloc a la natura. És per això que s'han desenvolupat diversos mètodes per extreure aquest gas d'altres compostos mitjançant reaccions químiques i físiques. Això és el que es parla en aquest article.
Producció d'hidrogen a la llar
Elecció d'una pila electrolítica
Per obtenir un element de la casa, es necessita un aparell especial: un electrolitzador.Hi ha moltes opcions per a aquest tipus d'equips al mercat, els dispositius són oferts tant per corporacions tecnològiques conegudes com per petits fabricants. Les unitats de marca són més cares, però la seva qualitat de construcció és més alta.
L'electrodomèstic és de mida petita i fàcil d'utilitzar. Els seus principals detalls són:
Electrolitzador: què és?
- reformador;
- sistema de neteja;
- piles de combustible;
- equip de compressors;
- dipòsit d'emmagatzematge d'hidrogen.
L'aigua de l'aixeta simple es pren com a matèria primera i l'electricitat prové d'una presa de corrent normal. Les unitats d'energia solar estalvien electricitat.
L'hidrogen "domèstic" s'utilitza en sistemes de calefacció o de cocció. També enriqueixen la barreja aire-combustible per augmentar la potència dels motors dels cotxes.
Fer el dispositiu amb les teves pròpies mans
Fins i tot és més barat fer-lo tu mateix a casa. Una cel·la seca sembla un recipient segellat, que consta de dues plaques d'elèctrodes en un recipient amb una solució electrolítica. La World Wide Web ofereix una varietat d'esquemes per muntar dispositius de diferents models:
- amb dos filtres;
- amb la disposició superior o inferior del recipient;
- amb dues o tres vàlvules;
- amb placa galvanitzada;
- als elèctrodes.
Esquema del dispositiu d'electròlisi
Un dispositiu senzill per produir hidrogen és fàcil de crear. Es requerirà:
- xapa d'acer inoxidable;
- tub transparent;
- accessoris;
- recipient de plàstic (1,5 l);
- filtre d'aigua i vàlvula de retenció.
El dispositiu d'un dispositiu senzill per produir hidrogen
A més, es necessitaran diversos maquinari: femelles, volanderes, cargols. En primer lloc, cal tallar el full en 16 compartiments quadrats, tallar una cantonada de cadascun d'ells. A la cantonada oposada, cal perforar un forat per cargolar les plaques. Per garantir un corrent constant, les plaques s'han de connectar segons l'esquema: més-menys-més-menys. Aquestes parts s'aïllen entre si amb un tub, i en la connexió amb un cargol i volanderes (tres peces entre les plaques). Es col·loquen 8 plaques al més i al menys.
Amb un muntatge adequat, les vores de les plaques no tocaran els elèctrodes. Les peces recollides es baixen en un recipient de plàstic. Al lloc on toquen les parets, es fan dos forats de muntatge amb cargols. Instal·leu una vàlvula de seguretat per eliminar l'excés de gas. Els accessoris es munten a la tapa del recipient i les costures es segellen amb silicona.
Prova del dispositiu
Per provar el dispositiu, feu diverses accions:
Esquema de producció d'hidrogen
- Ompliu de líquid.
- Cobrint amb una tapa, connecteu un extrem del tub a la connexió.
- El segon es baixa a l'aigua.
- Connecteu-vos a una font d'alimentació.
Després de connectar el dispositiu a l'endoll, després d'uns segons, es notarà el procés d'electròlisi i la precipitació.
L'aigua pura no té una bona conductivitat elèctrica. Per millorar aquest indicador, cal crear una solució electrolítica afegint àlcali - hidròxid de sodi. Es troba en composicions per netejar canonades com "Mole".
Mètodes per a la producció d'hidrogen
L'hidrogen és un element gasós incolor i inodor amb una densitat d'1/14 respecte a l'aire. Poques vegades es troba en estat lliure. Normalment l'hidrogen es combina amb altres elements químics: oxigen, carboni.
La producció d'hidrogen per a les necessitats industrials i l'energia es duu a terme per diversos mètodes. Els més populars són:
- electròlisi d'aigua;
- mètode de concentració;
- condensació a baixa temperatura;
- adsorció.
L'hidrogen es pot aïllar no només dels compostos de gas o aigua. L'hidrogen es produeix exposant la fusta i el carbó a altes temperatures, així com mitjançant el processament de residus biològics.
L'hidrogen atòmic per a l'enginyeria energètica s'obté mitjançant el mètode de dissociació tèrmica d'una substància molecular en un cable fet de platí, tungstè o pal·ladi. S'escalfa en un ambient d'hidrogen a una pressió inferior a 1,33 Pa.També s'utilitzen elements radioactius per produir hidrogen.
Dissociació tèrmica
mètode d'electròlisi
El mètode més senzill i popular d'extracció d'hidrogen és l'electròlisi d'aigua. Permet obtenir hidrogen pràcticament pur. Altres avantatges d'aquest mètode són:
El principi de funcionament del generador d'hidrogen d'electròlisi
- disponibilitat de matèries primeres;
- obtenció d'un element sota pressió;
- la possibilitat d'automatitzar el procés per la manca de peces mòbils.
El procediment per dividir un líquid per electròlisi és el contrari de la combustió de l'hidrogen. La seva essència és que sota la influència del corrent continu, l'oxigen i l'hidrogen s'alliberen en elèctrodes submergits en una solució aquosa d'electròlits.
Un avantatge addicional és la producció de subproductes amb valor industrial. Així, l'oxigen en gran volum és necessari per catalitzar els processos tecnològics del sector energètic, netejar sòls i masses d'aigua i eliminar les deixalles domèstiques. L'aigua pesada produïda per electròlisi s'utilitza a la indústria elèctrica en reactors nuclears.
Producció d'hidrogen per concentració
Aquest mètode es basa en la separació d'un element de les mescles de gasos que el contenen. Així, la major part de la substància produïda en volums industrials s'extreu mitjançant el reformat amb vapor de metà. L'hidrogen produït en aquest procés s'utilitza en energia, refinació de petroli, indústria de coets, així com per a la producció de fertilitzants nitrogenats. El procés d'obtenció de H2 es realitza de diferents maneres:
- cicle curt;
- criogènic;
- membrana.
Aquest últim mètode es considera el més eficaç i el menys costós.
Condensació a baixes temperatures
Aquesta tècnica per obtenir H2 consisteix en el fort refredament de compostos gasosos a pressió. Com a resultat, es transformen en un sistema bifàsic, que posteriorment es separa mitjançant un separador en un component líquid i un gas. Els mitjans líquids s'utilitzen per refredar:
- aigua;
- etan o propà liquat;
- amoníac líquid.
Aquest procediment no és tan senzill com sembla. No serà possible separar netament els gasos d'hidrocarburs alhora. Part dels components sortiran amb el gas extret del compartiment de separació, cosa que no és econòmica. El problema es pot resoldre mitjançant un refredament profund de la matèria primera abans de la separació. Però això requereix molta energia.
En els sistemes moderns de condensadors de baixa temperatura, es proporcionen columnes de desmetanització o desetanització addicionals. La fase gasosa s'elimina de l'última etapa de separació i el líquid s'envia a la columna de destil·lació amb el flux de gas brut després de l'intercanvi de calor.
Mètode d'adsorció
Durant l'adsorció, els adsorbents s'utilitzen per alliberar hidrogen, substàncies sòlides que absorbeixen els components necessaris de la mescla de gasos. Com a adsorbents s'utilitzen carbó actiu, gel de silicat i zeolites. Per dur a terme aquest procés, s'utilitzen dispositius especials: adsorbents cíclics o tamisos moleculars. Quan s'implementa sota pressió, aquest mètode pot recuperar el 85 per cent d'hidrogen.
Si comparem l'adsorció amb la condensació a baixa temperatura, podem observar els menors costos operatius i de material del procés, de mitjana, en un 30 per cent. El mètode d'adsorció produeix hidrogen per obtenir energia i amb l'ús de dissolvents. Aquest mètode permet l'extracció del 90 per cent d'H2 de la mescla de gas i la producció del producte final amb una concentració d'hidrogen de fins al 99,9%.
