Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff unter industriellen Bedingungen
Extraktion durch Methanumwandlung
. Auf 1000 Grad Celsius vorgeheiztes verdampftes Wasser wird unter Druck und in Gegenwart eines Katalysators mit Methan vermischt. Diese Methode ist interessant und erprobt, es sollte auch beachtet werden, dass sie ständig verbessert wird: Es wird nach neuen Katalysatoren gesucht, die billiger und effizienter sind.
Betrachten Sie die älteste Methode zur Gewinnung von Wasserstoff - Kohlevergasung
. Ohne Luftzutritt und einer Temperatur von 1300 Grad Celsius werden Kohle und Wasserdampf erhitzt. Somit wird Wasserstoff aus Wasser verdrängt und Kohlendioxid gewonnen (Wasserstoff befindet sich oben, Kohlendioxid, das ebenfalls als Ergebnis der Reaktion erhalten wird, befindet sich unten). Dies wird die Trennung des Gasgemisches sein, alles ist sehr einfach.
Gewinnung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse
als die einfachste Möglichkeit angesehen. Für seine Implementierung ist es notwendig, eine Sodalösung in den Behälter zu gießen und dort auch zwei elektrische Elemente zu platzieren. Einer wird positiv geladen (Anode) und der andere negativ (Kathode). Wenn Strom angelegt wird, gelangt Wasserstoff zur Kathode und Sauerstoff zur Anode.
Gewinnung von Wasserstoff nach dem Verfahren partielle Oxidation
. Dazu wird eine Legierung aus Aluminium und Gallium verwendet. Es wird in Wasser gelegt, was während der Reaktion zur Bildung von Wasserstoff und Aluminiumoxid führt. Gallium ist notwendig, damit die Reaktion vollständig ablaufen kann (dieses Element lässt Aluminium nicht vorzeitig oxidieren).
Kürzlich an Relevanz gewonnen Verfahren zum Einsatz von Biotechnologien
: Unter Sauerstoff- und Schwefelmangel beginnen Chlamydomonas intensiv Wasserstoff freizusetzen. Ein sehr interessanter Effekt, der jetzt aktiv untersucht wird.
Vergessen Sie nicht eine andere alte, bewährte Methode zur Herstellung von Wasserstoff, die anders zu verwenden ist alkalische Elemente
und Wasser. Grundsätzlich ist diese Technik unter Laborbedingungen mit den notwendigen Sicherheitsmaßnahmen durchführbar. So werden während der Reaktion (sie läuft beim Erhitzen und mit Katalysatoren ab) Metalloxid und Wasserstoff gebildet. Es bleibt nur, es zu sammeln.
Holen Sie sich Wasserstoff vorbei Wechselwirkungen von Wasser und Kohlenmonoxid
nur im industriellen Umfeld möglich. Kohlendioxid und Wasserstoff werden gebildet, das Prinzip ihrer Trennung ist oben beschrieben.
DIE ERFINDUNG HAT DIE FOLGENDEN VORTEILE
Die bei der Oxidation von Gasen gewonnene Wärme kann direkt vor Ort genutzt werden, Wasserstoff und Sauerstoff werden aus der Entsorgung von Abdampf und Prozesswasser gewonnen.
Geringer Wasserverbrauch bei der Strom- und Wärmeerzeugung.
Die Einfachheit der Methode.
Erhebliche Energieeinsparungen, wie Es wird nur zum Aufwärmen des Starters auf ein stabiles thermisches Regime aufgewendet.
Hohe Prozessproduktivität, weil Die Dissoziation von Wassermolekülen dauert Zehntelsekunden.
Explosions- und Brandsicherheit des Verfahrens, weil Bei der Umsetzung werden keine Tanks zum Sammeln von Wasserstoff und Sauerstoff benötigt.
Während des Betriebs der Anlage wird das Wasser wiederholt gereinigt und in destilliertes Wasser umgewandelt. Dadurch werden Niederschläge und Kesselstein eliminiert, was die Lebensdauer der Anlage erhöht.
Die Installation besteht aus gewöhnlichem Stahl; ausgenommen Kessel aus hitzebeständigen Stählen mit Auskleidung und Abschirmung ihrer Wände. Das heißt, es sind keine speziellen teuren Materialien erforderlich.
Die Erfindung kann Anwendung finden in
Industrie, indem Kohlenwasserstoffe und Kernbrennstoffe in Kraftwerken durch billiges, weit verbreitetes und umweltfreundliches Wasser ersetzt werden, während die Leistung dieser Anlagen erhalten bleibt.
BEANSPRUCHEN
Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasserdampf
, das das Leiten dieses Dampfes durch ein elektrisches Feld umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass überhitzter Wasserdampf mit einer Temperatur verwendet wird 500 - 550 ° C
, durch ein elektrisches Hochspannungs-Gleichstromfeld geleitet, um den Dampf zu dissoziieren und ihn in Wasserstoff- und Sauerstoffatome zu trennen.
So etwas wollte ich schon lange mal machen. Aber weitere Experimente mit einer Batterie und einem Elektrodenpaar reichten nicht aus. Ich wollte einen vollwertigen Apparat zur Herstellung von Wasserstoff bauen, in Mengen, um den Ballon aufzublasen. Vor der Herstellung eines vollwertigen Apparats für die Wasserelektrolyse Zuhause, beschloss ich, alles am Modell zu überprüfen.
Das allgemeine Schema des Elektrolyseurs sieht so aus.
Dieses Modell ist nicht für den vollen täglichen Gebrauch geeignet. Aber die Idee wurde getestet.
Also entschied ich mich für die Elektroden, Graphit zu verwenden. Eine ausgezeichnete Graphitquelle für Elektroden ist der Stromabnehmer für Trolleybusse. An den Endhaltestellen liegen viele davon herum. Es muss daran erinnert werden, dass eine der Elektroden zerstört wird.
Sägen und mit einer Feile nacharbeiten. Die Intensität der Elektrolyse hängt von der Stromstärke und der Fläche der Elektroden ab.
An den Elektroden sind Drähte befestigt. Drähte müssen sorgfältig isoliert werden.
Plastikflaschen eignen sich gut für den Körper des Elektrolyseurmodells. Im Deckel sind Löcher für Rohre und Drähte angebracht.
Alles wird sorgfältig mit Dichtmittel überzogen.
Abgeschnittene Flaschenhälse eignen sich zum Verbinden zweier Behälter.
Sie müssen miteinander verbunden und die Naht geschmolzen werden.
Nüsse werden aus Flaschenverschlüssen hergestellt.
Löcher werden in den Boden von zwei Flaschen gemacht. Alles ist verbunden und sorgfältig mit Dichtmasse gefüllt.
Als Spannungsquelle verwenden wir ein 220V-Haushaltsnetz. Ich möchte Sie warnen, dass dies ein ziemlich gefährliches Spielzeug ist. Wenn also keine ausreichenden Fähigkeiten vorhanden sind oder Zweifel bestehen, ist es besser, nicht zu wiederholen. Im Haushaltsnetz haben wir Wechselstrom, für die Elektrolyse muss dieser begradigt werden. Eine Diodenbrücke ist dafür perfekt. Der auf dem Foto war nicht stark genug und brannte schnell durch. Die beste Option war die chinesische Diodenbrücke MB156 in einem Aluminiumgehäuse.
Die Diodenbrücke wird sehr heiß. Benötigt aktive Kühlung. Ein Kühler für einen Computerprozessor passt perfekt. Für das Gehäuse können Sie eine entsprechend große Lötbox verwenden. Verkauft in Elektroartikeln.
Unter die Diodenbrücke müssen mehrere Lagen Pappe gelegt werden.
Im Deckel der Lötbox werden die notwendigen Löcher angebracht.
So sieht die zusammengebaute Einheit aus. Der Elektrolyseur wird über das Stromnetz versorgt, der Ventilator über eine universelle Stromquelle. Als Elektrolyt wird eine Natronlösung verwendet. Dabei ist zu beachten, dass die Reaktionsgeschwindigkeit umso höher ist, je höher die Konzentration der Lösung ist. Aber gleichzeitig ist die Erwärmung höher. Außerdem trägt die Reaktion der Natriumzersetzung an der Kathode zur Erwärmung bei. Diese Reaktion ist exotherm. Als Ergebnis werden Wasserstoff und Natriumhydroxid gebildet.
Das Gerät auf dem Foto oben war sehr heiß. Es musste regelmäßig ausgeschaltet werden und warten, bis es abgekühlt ist. Das Problem mit der Erwärmung wurde teilweise durch Kühlung des Elektrolyten gelöst. Dafür habe ich eine Tischbrunnenpumpe verwendet. Ein langer Schlauch verläuft von einer Flasche zur anderen durch eine Pumpe und einen Eimer mit kaltem Wasser.
Die Relevanz dieses Themas ist heute sehr hoch, da der Anwendungsbereich von Wasserstoff sehr umfangreich ist und er in seiner reinen Form praktisch nirgendwo in der Natur vorkommt. Aus diesem Grund wurden mehrere Methoden entwickelt, um dieses Gas durch chemische und physikalische Reaktionen aus anderen Verbindungen zu extrahieren. Dies wird in diesem Artikel besprochen.
Wasserstofferzeugung im Haushalt
Wahl einer Elektrolysezelle
Um ein Element des Hauses zu erhalten, wird ein spezielles Gerät benötigt - ein Elektrolyseur.Auf dem Markt gibt es viele Möglichkeiten für solche Geräte, die Geräte werden sowohl von namhaften Technologiekonzernen als auch von kleinen Herstellern angeboten. Markengeräte sind teurer, aber ihre Verarbeitungsqualität ist höher.
Das Haushaltsgerät ist klein und einfach zu bedienen. Seine wichtigsten Details sind:
Elektrolyseur - was ist das?
- Reformer;
- Reinigungssystem;
- Brennstoffzellen;
- Kompressor-Ausrüstung;
- Wasserstoffspeicher.
Als Rohstoff wird einfaches Leitungswasser genommen, Strom kommt aus einer gewöhnlichen Steckdose. Solarbetriebene Geräte sparen Strom.
„Heimlicher“ Wasserstoff wird in Heizungs- oder Kochanlagen eingesetzt. Sie reichern auch das Luft-Kraftstoff-Gemisch an, um die Leistung von Automotoren zu steigern.
Das Gerät mit eigenen Händen herstellen
Noch günstiger ist es, das Gerät selbst zu Hause herzustellen. Eine Trockenzelle sieht aus wie ein versiegelter Behälter, der aus zwei Elektrodenplatten in einem Behälter mit einer Elektrolytlösung besteht. Das World Wide Web bietet eine Vielzahl von Schemata zum Zusammenbauen von Geräten verschiedener Modelle:
- mit zwei Filtern;
- mit der oberen oder unteren Anordnung des Behälters;
- mit zwei oder drei Ventilen;
- mit verzinkter Platte;
- auf den Elektroden.
Schema der Elektrolysevorrichtung
Eine einfache Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff ist leicht zu erstellen. Es wird Folgendes erfordern:
- Edelstahlblech;
- transparentes Rohr;
- Armaturen;
- Kunststoffbehälter (1,5 l);
- Wasserfilter und Rückschlagventil.
Das Gerät einer einfachen Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff
Darüber hinaus werden verschiedene Hardware benötigt: Muttern, Unterlegscheiben, Schrauben. Zuerst müssen Sie das Blatt in 16 quadratische Fächer schneiden und von jedem eine Ecke schneiden. In der gegenüberliegenden Ecke muss ein Loch zum Verschrauben der Platten gebohrt werden. Um einen konstanten Strom zu gewährleisten, müssen die Platten nach dem Schema angeschlossen werden: Plus-Minus-Plus-Minus. Diese Teile sind mit einem Rohr voneinander isoliert und an der Verbindung mit einer Schraube und Unterlegscheiben (drei Stück zwischen den Platten). 8 Platten werden auf Plus und Minus gelegt.
Bei richtiger Montage berühren die Kanten der Platten die Elektroden nicht. Die gesammelten Teile werden in einen Kunststoffbehälter abgesenkt. An der Stelle, an der sich die Wände berühren, sind zwei Befestigungslöcher mit Schrauben angebracht. Installieren Sie ein Sicherheitsventil, um überschüssiges Gas zu entfernen. Im Deckel des Behälters werden Beschläge montiert und die Nähte mit Silikon abgedichtet.
Gerätetests
Führen Sie zum Testen des Geräts mehrere Aktionen aus:
Schema der Wasserstofferzeugung
- Flüssigkeit einfüllen.
- Schließen Sie mit einem Deckel ein Ende des Schlauchs an die Armatur an.
- Der zweite wird ins Wasser abgesenkt.
- An eine Stromquelle anschließen.
Nach dem Einstecken des Gerätes in die Steckdose sind nach wenigen Sekunden der Elektrolyseprozess und die Ausfällung spürbar.
Reines Wasser hat keine gute elektrische Leitfähigkeit. Um diesen Indikator zu verbessern, müssen Sie eine Elektrolytlösung herstellen, indem Sie Alkali - Natriumhydroxid hinzufügen. Es ist in Zusammensetzungen zum Reinigen von Rohren wie "Mole".
Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff
Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses gasförmiges Element mit einer Dichte von 1/14 relativ zu Luft. Im Freistaat ist sie selten anzutreffen. Normalerweise wird Wasserstoff mit anderen chemischen Elementen kombiniert: Sauerstoff, Kohlenstoff.
Die Produktion von Wasserstoff für den industriellen Bedarf und Energie wird durch mehrere Methoden durchgeführt. Die beliebtesten sind:
- Wasserelektrolyse;
- Konzentrationsmethode;
- Kondensation bei niedriger Temperatur;
- Adsorption.
Wasserstoff kann nicht nur aus Gas- oder Wasserverbindungen isoliert werden. Wasserstoff wird hergestellt, indem Holz und Kohle hohen Temperaturen ausgesetzt werden, sowie durch die Verarbeitung von Bioabfällen.
Atomarer Wasserstoff für die Energietechnik wird durch die Methode der thermischen Dissoziation einer molekularen Substanz an einem Draht aus Platin, Wolfram oder Palladium gewonnen. Es wird in einer Wasserstoffumgebung bei einem Druck von weniger als 1,33 Pa erhitzt.Radioaktive Elemente werden auch zur Herstellung von Wasserstoff verwendet.
Thermische Dissoziation
Elektrolyseverfahren
Die einfachste und beliebteste Methode zur Wasserstoffgewinnung ist die Wasserelektrolyse. Es ermöglicht die Gewinnung von praktisch reinem Wasserstoff. Weitere Vorteile dieser Methode sind:
Das Funktionsprinzip des Elektrolyse-Wasserstoffgenerators
- Verfügbarkeit von Rohstoffen;
- Erhalten eines Elements unter Druck;
- die Möglichkeit, den Prozess aufgrund des Fehlens beweglicher Teile zu automatisieren.
Das Verfahren zur Spaltung einer Flüssigkeit durch Elektrolyse ist die Umkehrung der Wasserstoffverbrennung. Seine Essenz besteht darin, dass unter dem Einfluss von Gleichstrom Sauerstoff und Wasserstoff an Elektroden freigesetzt werden, die in eine wässrige Elektrolytlösung getaucht sind.
Ein zusätzlicher Vorteil ist die Produktion von Nebenprodukten mit industriellem Wert. So wird Sauerstoff in großen Mengen benötigt, um technologische Prozesse im Energiesektor zu katalysieren, Böden und Gewässer zu reinigen und Hausmüll zu entsorgen. Durch Elektrolyse erzeugtes schweres Wasser wird in der Energiewirtschaft in Kernreaktoren verwendet.
Erzeugung von Wasserstoff durch Konzentration
Dieses Verfahren basiert auf der Abtrennung des Elements aus den es enthaltenden Gasgemischen. So wird der größte Teil des in industriellen Mengen produzierten Stoffes durch Dampfreformierung von Methan gewonnen. Der in diesem Prozess erzeugte Wasserstoff wird in der Energieerzeugung, der Ölraffination, der Raketenindustrie sowie zur Herstellung von Stickstoffdüngemitteln verwendet. Der Prozess zur Gewinnung von H2 wird auf verschiedene Arten durchgeführt:
- kurzer Zyklus;
- kryogen;
- Membran.
Die letztere Methode gilt als die effektivste und kostengünstigste.
Kondensation bei niedrigen Temperaturen
Diese Technik zur Gewinnung von H2 besteht in der starken Abkühlung von Gasverbindungen unter Druck. Dadurch werden sie in ein Zweiphasensystem umgewandelt, das anschließend durch einen Abscheider in eine flüssige Komponente und ein Gas getrennt wird. Zur Kühlung werden flüssige Medien eingesetzt:
- Wasser;
- verflüssigtes Ethan oder Propan;
- flüssiges Ammoniak.
Dieses Verfahren ist nicht so einfach, wie es scheint. Es wird nicht möglich sein, Kohlenwasserstoffgase gleichzeitig sauber abzutrennen. Ein Teil der Komponenten wird mit dem aus der Trennkammer entnommenen Gas austreten, was nicht wirtschaftlich ist. Das Problem kann durch Tiefkühlen des Rohmaterials vor der Trennung gelöst werden. Aber das erfordert viel Energie.
In modernen Systemen von Tieftemperaturkondensatoren sind zusätzlich Demethanisierungs- oder Deethanisierungskolonnen vorgesehen. Aus der letzten Trennstufe wird die Gasphase entnommen und die Flüssigkeit nach Wärmeaustausch mit dem Rohgasstrom der Destillationskolonne zugeführt.
Adsorptionsverfahren
Während der Adsorption werden Adsorptionsmittel verwendet, um Wasserstoff freizusetzen - feste Substanzen, die die notwendigen Komponenten des Gasgemisches absorbieren. Als Adsorptionsmittel werden Aktivkohle, Silikatgel, Zeolithe verwendet. Zur Durchführung dieses Prozesses werden spezielle Geräte verwendet - zyklische Adsorber oder Molekularsiebe. Bei Durchführung unter Druck können mit diesem Verfahren 85 Prozent Wasserstoff zurückgewonnen werden.
Vergleicht man die Adsorption mit der Niedertemperaturkondensation, fallen die geringeren Material- und Betriebskosten des Verfahrens auf – im Durchschnitt um 30 Prozent. Das Adsorptionsverfahren erzeugt Wasserstoff zur Energiegewinnung und unter Verwendung von Lösungsmitteln. Dieses Verfahren ermöglicht die Extraktion von 90 Prozent H2 aus dem Gasgemisch und die Herstellung des Endprodukts mit einer Wasserstoffkonzentration von bis zu 99,9 %.
