Metoder til fremstilling af brint under industrielle forhold
Udvinding ved methanomdannelse
. Fordampet vand, forvarmet til 1000 grader Celsius, blandes med metan under tryk og i nærværelse af en katalysator. Denne metode er interessant og bevist, det skal også bemærkes, at den konstant forbedres: en søgning er i gang efter nye katalysatorer, der er billigere og mere effektive.
Overvej den ældste metode til at opnå brint - kulforgasning
. I mangel af luftadgang og en temperatur på 1300 grader Celsius opvarmes kul og vanddamp. Således fortrænges brint fra vand, og der opnås kuldioxid (brint vil være i toppen, kuldioxid, også opnået som følge af reaktionen, vil være i bunden). Dette vil være adskillelsen af gasblandingen, alt er meget enkelt.
At opnå brint ved vandelektrolyse
betragtes som den nemmeste løsning. For dens gennemførelse er det nødvendigt at hælde en opløsning af sodavand i beholderen og også placere to elektriske elementer der. Den ene vil være positivt ladet (anode) og den anden negativ (katode). Når der tilføres strøm, vil brint gå til katoden og ilt til anoden.
Indhentning af brint ifølge metoden delvis oxidation
. Til dette bruges en legering af aluminium og gallium. Det placeres i vand, hvilket fører til dannelse af brint og aluminiumoxid under reaktionen. Gallium er nødvendigt for at reaktionen kan finde sted fuldt ud (dette grundstof vil ikke tillade aluminium at oxidere for tidligt).
For nylig vundet relevans metode til brug af bioteknologi
: under betingelse af mangel på ilt og svovl begynder chlamydomonas intensivt at frigive brint. En meget interessant effekt, som nu aktivt studeres.
Glem ikke en anden gammel, gennemprøvet metode til fremstilling af brint, som er at bruge anderledes alkaliske grundstoffer
og vand. I princippet er denne teknik mulig i laboratorieforhold med de nødvendige sikkerhedsforanstaltninger. Under reaktionen (det fortsætter ved opvarmning og med katalysatorer) dannes der således metaloxid og hydrogen. Det er kun tilbage at samle det.
Få brint ved at interaktioner mellem vand og kulilte
kun muligt i industrielle omgivelser. Der dannes kuldioxid og brint, princippet om deres adskillelse er beskrevet ovenfor.
OPFINDELSEN HAR FØLGENDE FORDELE
Varmen opnået ved oxidation af gasser kan bruges direkte på stedet, og brint og ilt opnås ved bortskaffelse af udstødningsdamp og industrivand.
Lavt vandforbrug ved produktion af el og varme.
Metodens enkelhed.
Betydelige energibesparelser, som det bruges kun på at varme starteren op til et stabilt termisk regime.
Høj procesproduktivitet, pga dissociation af vandmolekyler varer tiendedele af et sekund.
Eksplosion og brandsikkerhed af metoden, fordi i dens implementering er der ikke behov for tanke til at opsamle brint og ilt.
Under driften af installationen renses vandet gentagne gange og omdannes til destilleret vand. Dette eliminerer nedbør og kalk, hvilket øger installationens levetid.
Installationen er udført i almindeligt stål; med undtagelse af kedler lavet af varmebestandigt stål med foring og afskærmning af deres vægge. Det vil sige, at specielle dyre materialer ikke er nødvendige.
Opfindelsen kan finde anvendelse i
industrien ved at erstatte kulbrinte og atombrændsel i kraftværker med billigt, udbredt og miljøvenligt vand, samtidig med at disse værkers kraft bevares.
PÅSTAND
Metode til fremstilling af brint og ilt fra vanddamp
, hvilket omfatter at lede denne damp gennem et elektrisk felt, kendetegnet ved, at overophedet vanddamp anvendes med en temperatur 500 - 550 o C
, passeret gennem et elektrisk højspændings jævnstrømsfelt for at dissociere dampen og adskille den i brint- og oxygenatomer.
Jeg har længe ønsket at lave sådan noget. Men yderligere eksperimenter med et batteri og et par elektroder nåede ikke. Jeg ville lave et fuldgyldigt apparat til fremstilling af brint, i mængder for at puste ballonen op. Før du laver et fuldgyldigt apparat til vandelektrolyse hjemme, besluttede jeg at tjekke alt på modellen.
Det generelle skema for elektrolysatoren ser sådan ud.
Denne model er ikke egnet til fuld daglig brug. Men ideen blev afprøvet.
Så til elektroderne besluttede jeg at bruge grafit. En fremragende kilde til grafit til elektroder er trolleybus strømaftageren. Der er masser af dem, der ligger rundt omkring ved de sidste stop. Det skal huskes, at en af elektroderne vil blive ødelagt.
Savning og efterbehandling med fil. Intensiteten af elektrolyse afhænger af styrken af strømmen og arealet af elektroderne.
Ledninger er fastgjort til elektroderne. Ledninger skal omhyggeligt isoleres.
Plastflasker er ret velegnede til elektrolysatormodellens krop. Der laves huller i låget til rør og ledninger.
Alt er omhyggeligt belagt med fugemasse.
Afskårne flaskehalse er velegnede til at forbinde to beholdere.
De skal forbindes sammen og smelte sømmen.
Nødder er lavet af flaskehætter.
Der laves huller i bunden af to flasker. Alt er forbundet og omhyggeligt fyldt med fugemasse.
Vi vil bruge et 220V husholdningsnetværk som spændingskilde. Jeg vil gerne advare dig om, at dette er et ret farligt legetøj. Så hvis der ikke er tilstrækkelige færdigheder, eller der er tvivl, er det bedre ikke at gentage. I husstandsnettet har vi vekselstrøm, til elektrolyse skal den rettes. En diodebro er perfekt til dette. Den på billedet var ikke kraftig nok og brændte hurtigt ud. Den bedste mulighed var den kinesiske MB156 diodebro i en aluminiumskasse.
Diodebroen bliver meget varm. Kræver aktiv køling. En køler til en computerprocessor passer perfekt. Til sagen kan du bruge en passende størrelse loddeboks. Sælges i elektriske varer.
Under diodebroen er det nødvendigt at lægge flere lag pap.
De nødvendige huller laves i låget på loddeboksen.
Sådan ser den samlede enhed ud. Elektrolysatoren får strøm fra lysnettet, blæseren fra en universel strømkilde. En opløsning af bagepulver bruges som en elektrolyt. Her skal det huskes, at jo højere koncentrationen af opløsningen er, jo højere reaktionshastighed. Men samtidig er opvarmningen højere. Desuden vil reaktionen af natriumnedbrydning ved katoden yde sit bidrag til opvarmning. Denne reaktion er eksoterm. Som et resultat vil der dannes brint og natriumhydroxid.
Enheden på billedet ovenfor var meget varm. Den skulle med jævne mellemrum slukkes og vente, indtil den er afkølet. Problemet med opvarmning blev delvist løst ved at afkøle elektrolytten. Til dette brugte jeg en bordplade springvandspumpe. Et langt rør løber fra den ene flaske til den anden gennem en pumpe og en spand koldt vand.
Relevansen af dette problem i dag er ret høj på grund af det faktum, at omfanget af brugen af brint er ekstremt omfattende, og i sin rene form findes det praktisk talt ikke nogen steder i naturen. Derfor er der udviklet flere metoder til at udvinde denne gas fra andre forbindelser gennem kemiske og fysiske reaktioner. Dette er, hvad der diskuteres i denne artikel.
Brintproduktion i husholdningen
Valg af elektrolysecelle
For at opnå et element i huset er der brug for et specielt apparat - en elektrolysator.Der er mange muligheder for sådant udstyr på markedet, enhederne tilbydes af både kendte teknologiselskaber og små producenter. Mærkeenheder er dyrere, men deres byggekvalitet er højere.
Husholdningsapparatet er lille i størrelse og let at bruge. Dens vigtigste detaljer er:
Elektrolysator - hvad er det
- reformator;
- rengøring system;
- brændstofceller;
- kompressor udstyr;
- brint lagertank.
Simpelt postevand tages som råvare, og strøm kommer fra en almindelig stikkontakt. Solcelledrevne enheder sparer på elektriciteten.
"Hjem" brint bruges i varme- eller madlavningssystemer. De beriger også luft-brændstofblandingen for at øge effekten af bilmotorer.
Lav enheden med dine egne hænder
Det er endnu billigere at lave enheden selv derhjemme. En tør celle ligner en forseglet beholder, som består af to elektrodeplader i en beholder med en elektrolytisk opløsning. World Wide Web tilbyder en række forskellige ordninger til samling af enheder af forskellige modeller:
- med to filtre;
- med det øverste eller nederste arrangement af beholderen;
- med to eller tre ventiler;
- med galvaniseret plade;
- på elektroderne.
Skema af elektrolyseanordningen
En simpel enhed til fremstilling af brint er let at skabe. Det vil kræve:
- plade rustfrit stål;
- gennemsigtige rør;
- fittings;
- plastikbeholder (1,5 l);
- vandfilter og kontraventil.
Enheden af en simpel enhed til fremstilling af brint
Derudover vil der være brug for forskellige hardware: møtrikker, skiver, bolte. Først og fremmest skal du skære arket i 16 firkantede rum, skære et hjørne fra hver af dem. I det modsatte hjørne fra det er det nødvendigt at bore et hul til boltning af pladerne. For at sikre konstant strøm skal pladerne tilsluttes i henhold til skemaet: plus-minus-plus-minus. Disse dele er isoleret fra hinanden med et rør, og ved forbindelsen med en bolt og skiver (tre stykker mellem pladerne). 8 plader er placeret på plus og minus.
Ved korrekt montering vil kanterne af pladerne ikke røre elektroderne. De opsamlede dele sænkes ned i en plastikbeholder. På det sted, hvor væggene rører hinanden, er der lavet to monteringshuller med bolte. Installer en sikkerhedsventil for at fjerne overskydende gas. Beslag er monteret i låget på beholderen, og sømmene er forseglet med silikone.
Enhedstest
For at teste enheden skal du udføre flere handlinger:
Brintproduktionsordning
- Fyld med væske.
- Tilslut den ene ende af røret med et låg til fittingen.
- Den anden sænkes ned i vandet.
- Tilslut til en strømkilde.
Efter at have sat enheden i stikkontakten, efter et par sekunder, vil elektrolyseprocessen og udfældningen være mærkbar.
Rent vand har ikke god elektrisk ledningsevne. For at forbedre denne indikator skal du oprette en elektrolytisk opløsning ved at tilføje alkali - natriumhydroxid. Det er i sammensætninger til rengøring af rør som "Muldvarp".
Metoder til fremstilling af brint
Brint er et farveløst og lugtløst gasformigt grundstof med en densitet på 1/14 i forhold til luft. Det findes sjældent i den frie stat. Normalt kombineres brint med andre kemiske elementer: ilt, kulstof.
Brintproduktion til industrielle behov og energi udføres på flere måder. De mest populære er:
- vand elektrolyse;
- koncentrationsmetode;
- lav temperatur kondensation;
- adsorption.
Brint kan isoleres ikke kun fra gas- eller vandforbindelser. Brint fremstilles ved at udsætte træ og kul for høje temperaturer, samt ved at behandle bioaffald.
Atomisk brint til kraftteknik opnås ved hjælp af metoden til termisk dissociation af et molekylært stof på en ledning lavet af platin, wolfram eller palladium. Det opvarmes i et brintmiljø ved et tryk på mindre end 1,33 Pa.Radioaktive grundstoffer bruges også til at producere brint.
Termisk dissociation
elektrolysemetode
Den enkleste og mest populære metode til udvinding af brint er vandelektrolyse. Det gør det muligt at opnå praktisk talt rent brint. Andre fordele ved denne metode er:
Princippet om drift af elektrolysebrintgeneratoren
- tilgængelighed af råvarer;
- opnåelse af et element under tryk;
- muligheden for at automatisere processen på grund af manglen på bevægelige dele.
Fremgangsmåden til at spalte en væske ved elektrolyse er det omvendte af forbrændingen af brint. Dens essens er, at under påvirkning af jævnstrøm frigives ilt og brint på elektroder dyppet i en vandig elektrolytopløsning.
En yderligere fordel er produktionen af biprodukter med industriel værdi. Ilt i store mængder er således nødvendigt for at katalysere teknologiske processer i energisektoren, rense jord- og vandområder samt bortskaffelse af husholdningsaffald. Tungt vand produceret ved elektrolyse bruges i elindustrien i atomreaktorer.
Produktion af brint ved koncentration
Denne metode er baseret på adskillelse af et grundstof fra gasblandinger, der indeholder det. Den største del af stoffet produceret i industrielle mængder udvindes således ved hjælp af dampreformering af metan. Brint produceret i denne proces bruges i energi, olieraffinering, raketindustrien samt til produktion af nitrogengødning. Processen med at opnå H2 udføres på forskellige måder:
- kort cyklus;
- kryogen;
- membran.
Sidstnævnte metode anses for at være den mest effektive og billigere.
Kondensation ved lave temperaturer
Denne teknik til at opnå H2 består i kraftig afkøling af gasforbindelser under tryk. Som følge heraf omdannes de til et tofaset system, som efterfølgende adskilles af en separator til en flydende komponent og en gas. Flydende medier bruges til afkøling:
- vand;
- flydende ethan eller propan;
- flydende ammoniak.
Denne procedure er ikke så enkel, som den ser ud til. Det vil ikke være muligt at adskille kulbrintegasser rent ad gangen. En del af komponenterne vil forlade med gassen taget fra separationsrummet, hvilket ikke er økonomisk. Problemet kan løses ved dyb nedkøling af råmaterialet inden adskillelse. Men dette kræver meget energi.
I moderne systemer med lavtemperaturkondensatorer er demethaniserings- eller deethaniseringskolonner yderligere tilvejebragt. Gasfasen fjernes fra det sidste separationstrin, og væsken sendes til destillationskolonnen med rågasstrømmen efter varmeveksling.
Adsorptionsmetode
Under adsorption bruges adsorbenter til at frigive brint - faste stoffer, der absorberer de nødvendige komponenter i gasblandingen. Aktivt kul, silikatgel, zeolitter anvendes som adsorbenter. For at udføre denne proces bruges specielle enheder - cykliske adsorbere eller molekylsigter. Når den implementeres under tryk, kan denne metode genvinde 85 procent brint.
Hvis vi sammenligner adsorption med lavtemperaturkondensering, kan vi notere de lavere materiale- og driftsomkostninger ved processen - i gennemsnit med 30 procent. Adsorptionsmetoden producerer brint til energi og ved brug af opløsningsmidler. Denne metode tillader ekstraktion af 90 procent af H2 fra gasblandingen og fremstilling af slutproduktet med en brintkoncentration på op til 99,9%.
