Způsoby výroby vodíku v průmyslových podmínkách
Extrakce přeměnou metanu
. Odpařená voda, předehřátá na 1000 stupňů Celsia, se pod tlakem a za přítomnosti katalyzátoru mísí s metanem. Tato metoda je zajímavá a osvědčená, nutno také podotknout, že se neustále zdokonaluje: hledají se nové katalyzátory, které jsou levnější a účinnější.
Zvažte nejstarší způsob získávání vodíku - zplyňování uhlí
. Při nepřítomnosti přístupu vzduchu a teplotě 1300 stupňů Celsia se ohřívá uhlí a vodní pára. Vodík se tak vytěsní z vody a získá se oxid uhličitý (vodík bude nahoře, oxid uhličitý, také získaný reakcí, bude dole). To bude oddělení plynné směsi, vše je velmi jednoduché.
Získávání vodíku pomocí elektrolýza vody
považováno za nejjednodušší možnost. Pro jeho realizaci je nutné do nádoby nalít roztok sody a také tam umístit dva elektrické prvky. Jeden bude kladně nabitý (anoda) a druhý záporně (katoda). Když je aplikován proud, vodík půjde na katodu a kyslík na anodu.
Získání vodíku podle metody částečná oxidace
. K tomu se používá slitina hliníku a galia. Je umístěn ve vodě, což vede k tvorbě vodíku a oxidu hlinitého během reakce. Gallium je nezbytné k tomu, aby reakce proběhla v plném rozsahu (tento prvek nedovolí hliníku předčasně oxidovat).
Nedávno získal relevanci způsob využití biotechnologií
: pod podmínkou nedostatku kyslíku a síry začnou chlamydomonas intenzivně uvolňovat vodík. Velmi zajímavý efekt, který se nyní aktivně studuje.
Nezapomeňte na další starou osvědčenou metodu výroby vodíku, kterou je použití jiné alkalické prvky
a voda. V zásadě je tato technika proveditelná v laboratorních podmínkách s nezbytnými bezpečnostními opatřeními. Při reakci (probíhá při zahřívání a s katalyzátory) tedy vzniká oxid kovu a vodík. Zbývá jen sbírat.
Získejte vodík interakce vody a oxidu uhelnatého
možné pouze v průmyslovém prostředí. Vzniká oxid uhličitý a vodík, princip jejich separace je popsán výše.
VYNÁLEZ MÁ NÁSLEDUJÍCÍ VÝHODY
Teplo získané oxidací plynů lze využít přímo na místě a vodík a kyslík se získávají z likvidace odpadní páry a průmyslové vody.
Nízká spotřeba vody při výrobě elektřiny a tepla.
Jednoduchost metody.
Významné úspory energie, as vynakládá se pouze na zahřátí startéru na ustálený tepelný režim.
Vysoká produktivita procesu, protože disociace molekul vody trvá desetiny sekundy.
Výbuch a požární bezpečnost metody, protože při jeho realizaci nejsou potřeba nádrže na sběr vodíku a kyslíku.
Během provozu zařízení se voda opakovaně čistí a přeměňuje se na destilovanou vodu. To eliminuje srážky a vodní kámen, což zvyšuje životnost instalace.
Instalace je vyrobena z běžné oceli; s výjimkou kotlů ze žáruvzdorných ocelí s vyzdívkou a stíněním jejich stěn. To znamená, že nejsou vyžadovány speciální drahé materiály.
Vynález může najít uplatnění v
průmyslu nahrazením uhlovodíkového a jaderného paliva v elektrárnách levnou, rozšířenou a ekologicky nezávadnou vodou při zachování výkonu těchto elektráren.
NÁROK
Způsob výroby vodíku a kyslíku z vodní páry
, který zahrnuje průchod této páry elektrickým polem, vyznačující se tím, že se používá přehřátá vodní pára o teplotě 500 - 550 °C
, prošel vysokonapěťovým stejnosměrným elektrickým polem, aby se pára disociovala a rozdělila na atomy vodíku a kyslíku.
Něco takového jsem chtěl udělat už dlouho. Ale další experimenty s baterií a párem elektrod nedosáhly. Chtěl jsem vyrobit plnohodnotnou aparaturu na výrobu vodíku, a to v množství, aby se balónek nafoukl. Před zhotovením plnohodnotného aparátu pro elektrolýzu vody doma, rozhodl jsem se vše zkontrolovat na modelu.
Obecné schéma elektrolyzéru vypadá takto.
Tento model není vhodný pro plné každodenní použití. Ale nápad byl testován.
Takže pro elektrody jsem se rozhodl použít grafit. Vynikajícím zdrojem grafitu pro elektrody je sběrač proudu trolejbusu. Na konečných zastávkách se jich povaluje dost. Je třeba mít na paměti, že jedna z elektrod bude zničena.
Řezání a konečná úprava pilníkem. Intenzita elektrolýzy závisí na síle proudu a ploše elektrod.
K elektrodám jsou připojeny dráty. Vodiče musí být pečlivě izolovány.
Plastové lahve jsou docela vhodné pro tělo modelu elektrolyzéru. Ve víku jsou vytvořeny otvory pro hadičky a dráty.
Vše je pečlivě potaženo tmelem.
Odříznutá hrdla lahví jsou vhodná pro spojení dvou nádob.
Je třeba je spojit dohromady a roztavit šev.
Ořechy se vyrábí z uzávěrů lahví.
Na dně dvou lahví jsou vytvořeny otvory. Vše je spojeno a pečlivě vyplněno tmelem.
Jako zdroj napětí použijeme domácí síť 220V. Chci vás varovat, že se jedná o poměrně nebezpečnou hračku. Pokud tedy neexistují dostatečné dovednosti nebo existují pochybnosti, je lepší neopakovat. V domácí síti máme střídavý proud, pro elektrolýzu se musí narovnat. K tomu se skvěle hodí diodový můstek. Ten na fotce nebyl dostatečně výkonný a rychle vyhořel. Nejlepší možností byl čínský diodový můstek MB156 v hliníkovém pouzdře.
Diodový můstek se velmi zahřívá. Vyžaduje aktivní chlazení. Skvěle se bude hodit chladič pro počítačový procesor. Pro pouzdro můžete použít vhodnou velikost pájecí krabice. Prodává se v elektrickém zboží.
Pod diodový můstek je nutné vložit několik vrstev lepenky.
Ve víku pájecího boxu jsou vytvořeny potřebné otvory.
Takto vypadá sestavená jednotka. Elektrolyzér je napájen ze sítě, ventilátor z univerzálního zdroje energie. Jako elektrolyt se používá roztok jedlé sody. Zde je třeba mít na paměti, že čím vyšší je koncentrace roztoku, tím vyšší je reakční rychlost. Zároveň je ale vyšší zahřívání. Navíc reakce rozkladu sodíku na katodě přispěje k ohřevu. Tato reakce je exotermická. V důsledku toho se vytvoří vodík a hydroxid sodný.
Zařízení na fotografii výše bylo velmi horké. Muselo se pravidelně vypínat a čekat, až vychladne. Problém s ohřevem částečně vyřešilo chlazení elektrolytu. K tomu jsem použil stolní fontánové čerpadlo. Dlouhá trubice vede z jedné láhve do druhé pumpou a kbelíkem se studenou vodou.
Relevance této problematiky je dnes poměrně vysoká vzhledem k tomu, že rozsah využití vodíku je extrémně rozsáhlý a v čisté formě se prakticky nikde v přírodě nevyskytuje. Proto bylo vyvinuto několik metod k extrakci tohoto plynu z jiných sloučenin pomocí chemických a fyzikálních reakcí. O tom se diskutuje v tomto článku.
Výroba vodíku doma
Výběr elektrolyzéru
K získání prvku domu je zapotřebí speciální zařízení - elektrolyzér.Možností takového zařízení je na trhu mnoho, zařízení nabízejí jak známé technologické korporace, tak malí výrobci. Značkové jednotky jsou dražší, ale jejich kvalita provedení je vyšší.
Domácí spotřebič je malých rozměrů a snadno se používá. Jeho hlavní detaily jsou:
Elektrolyzér - co to je
- reformátor;
- čisticí systém;
- palivové články;
- kompresorová zařízení;
- skladovací nádrž na vodík.
Jako surovina se odebírá jednoduchá voda z vodovodu a elektřina pochází z běžné zásuvky. Solární jednotky šetří elektřinu.
„Domácí“ vodík se používá v systémech vytápění nebo vaření. Také obohacují směs vzduchu a paliva pro zvýšení výkonu motorů automobilů.
Výroba zařízení vlastníma rukama
Ještě levnější je vyrobit si zařízení sami doma. Suchý článek vypadá jako uzavřená nádoba, která se skládá ze dvou elektrodových desek v nádobě s elektrolytickým roztokem. World Wide Web nabízí řadu schémat pro sestavení zařízení různých modelů:
- se dvěma filtry;
- s horním nebo spodním uspořádáním nádoby;
- se dvěma nebo třemi ventily;
- s pozinkovanou deskou;
- na elektrodách.
Schéma elektrolýzního zařízení
Jednoduché zařízení na výrobu vodíku lze snadno vytvořit. Bude to vyžadovat:
- plech z nerezové oceli;
- průhledná trubice;
- armatury;
- plastová nádoba (1,5 l);
- vodní filtr a zpětný ventil.
Zařízení jednoduchého zařízení na výrobu vodíku
Kromě toho bude zapotřebí různý hardware: matice, podložky, šrouby. Nejprve musíte list rozřezat na 16 čtvercových přihrádek, z každé uříznout roh. V opačném rohu je nutné vyvrtat otvor pro přišroubování desek. Aby byl zajištěn konstantní proud, musí být desky připojeny podle schématu: plus-minus-plus-minus. Tyto části jsou od sebe izolovány trubkou a ve spojení pomocí šroubu a podložek (tři kusy mezi deskami). 8 desek je umístěno na plus a mínus.
Při správné montáži se okraje desek nedotýkají elektrod. Shromážděné části jsou spuštěny do plastové nádoby. V místě, kde se stěny dotýkají, jsou pomocí šroubů vytvořeny dva montážní otvory. Nainstalujte pojistný ventil k odstranění přebytečného plynu. Kování je namontováno ve víku nádoby a švy jsou utěsněny silikonem.
Testování zařízení
Chcete-li zařízení otestovat, proveďte několik akcí:
Schéma výroby vodíku
- Naplňte kapalinou.
- Zakryjte víkem a připojte jeden konec trubky k armatuře.
- Druhý je spuštěn do vody.
- Připojte ke zdroji napájení.
Po zapojení zařízení do zásuvky bude po několika sekundách patrný proces elektrolýzy a srážení.
Čistá voda nemá dobrou elektrickou vodivost. Chcete-li tento indikátor zlepšit, musíte vytvořit elektrolytický roztok přidáním alkálie - hydroxidu sodného. Je v kompozicích pro čištění potrubí jako "Mole".
Způsoby výroby vodíku
Vodík je bezbarvý plynný prvek bez zápachu s hustotou 1/14 vzhledem ke vzduchu. Ve volném stavu se vyskytuje zřídka. Obvykle se vodík kombinuje s dalšími chemickými prvky: kyslíkem, uhlíkem.
Výroba vodíku pro průmyslové potřeby a energetiku se provádí několika způsoby. Nejoblíbenější jsou:
- elektrolýza vody;
- koncentrační metoda;
- nízkoteplotní kondenzace;
- adsorpce.
Vodík lze izolovat nejen ze sloučenin plynu nebo vody. Vodík se vyrábí vystavením dřeva a uhlí vysokým teplotám a také zpracováním biologického odpadu.
Atomový vodík pro energetiku se získává metodou tepelné disociace molekulární látky na drátu z platiny, wolframu nebo palladia. Ohřívá se v prostředí vodíku při tlaku menším než 1,33 Pa.Radioaktivní prvky se také používají k výrobě vodíku.
Tepelná disociace
metoda elektrolýzy
Nejjednodušší a nejoblíbenější metodou extrakce vodíku je elektrolýza vody. Umožňuje získat prakticky čistý vodík. Další výhody této metody jsou:
Princip činnosti elektrolýzního generátoru vodíku
- dostupnost surovin;
- získání prvku pod tlakem;
- možnost automatizace procesu kvůli nedostatku pohyblivých částí.
Postup pro štěpení kapaliny elektrolýzou je obrácený postup spalování vodíku. Jeho podstatou je, že vlivem stejnosměrného proudu se na elektrodách ponořených do vodného roztoku elektrolytu uvolňuje kyslík a vodík.
Další výhodou je výroba vedlejších produktů s průmyslovou hodnotou. Kyslík ve velkém objemu je tedy nezbytný pro urychlení technologických procesů v energetice, čištění půdy a vodních ploch a likvidaci domovního odpadu. Těžká voda vyrobená elektrolýzou se využívá v energetice v jaderných reaktorech.
Výroba vodíku koncentrací
Tato metoda je založena na separaci prvku ze směsí plynů, které jej obsahují. Největší část látky vyrobené v průmyslových objemech se tak získává pomocí parního reformování metanu. Vodík vyrobený v tomto procesu se používá v energetice, rafinaci ropy, raketovém průmyslu a také k výrobě dusíkatých hnojiv. Proces získávání H2 se provádí různými způsoby:
- krátký cyklus;
- kryogenní;
- membrána.
Poslední metoda je považována za nejúčinnější a levnější.
Kondenzace při nízkých teplotách
Tato technika získávání H2 spočívá v silném ochlazení plynných sloučenin pod tlakem. Tím se přemění na dvoufázový systém, který je následně separátorem rozdělen na kapalnou složku a plyn. Pro chlazení se používají tekutá média:
- voda;
- zkapalněný ethan nebo propan;
- kapalný amoniak.
Tento postup není tak jednoduchý, jak se zdá. Nebude možné čistě oddělit uhlovodíkové plyny najednou. Část složek odejde s plynem odebraným ze separačního oddělení, což není ekonomické. Problém lze vyřešit hlubokým ochlazením suroviny před separací. To ale vyžaduje hodně energie.
V moderních systémech nízkoteplotních kondenzátorů jsou navíc poskytovány demetanizační nebo deetanizační kolony. Plynná fáze je odstraněna z posledního separačního stupně a kapalina je posílána do destilační kolony s proudem surového plynu po výměně tepla.
Adsorpční metoda
Při adsorpci se používají adsorbenty k uvolňování vodíku - pevných látek, které absorbují potřebné složky plynné směsi. Jako adsorbenty se používá aktivní uhlí, silikátový gel, zeolity. K provedení tohoto procesu se používají speciální zařízení - cyklické adsorbéry nebo molekulární síta. Při použití pod tlakem může tato metoda získat zpět 85 procent vodíku.
Srovnáme-li adsorpci s nízkoteplotní kondenzací, můžeme konstatovat nižší materiálové a provozní náklady procesu – v průměru o 30 procent. Adsorpční metodou se vyrábí vodík pro energii a za použití rozpouštědel. Tato metoda umožňuje extrakci 90 procent H2 z plynné směsi a výrobu finálního produktu s koncentrací vodíku až 99,9 %.
