Métodos para producir hidrógeno en condiciones industriales.
Extracción por conversión de metano
. El agua vaporizada, precalentada a 1000 grados centígrados, se mezcla con metano bajo presión y en presencia de un catalizador. Este método es interesante y probado, también se debe tener en cuenta que se mejora constantemente: se está buscando nuevos catalizadores que sean más baratos y eficientes.
Considere el método más antiguo para obtener hidrógeno: gasificación del carbón
. En ausencia de acceso de aire y una temperatura de 1300 grados centígrados, el carbón y el vapor de agua se calientan. Por lo tanto, el hidrógeno se desplaza del agua y se obtiene dióxido de carbono (el hidrógeno estará en la parte superior, el dióxido de carbono, también obtenido como resultado de la reacción, estará en la parte inferior). Esta será la separación de la mezcla de gases, todo es muy simple.
Obtención de hidrógeno por electrólisis del agua
considerada la opción más fácil. Para su implementación, es necesario verter una solución de soda en el recipiente y también colocar allí dos elementos eléctricos. Uno estará cargado positivamente (ánodo) y el otro negativamente (cátodo). Cuando se aplica corriente, el hidrógeno irá al cátodo y el oxígeno al ánodo.
Obtención de hidrógeno según el método oxidación parcial
. Para ello se utiliza una aleación de aluminio y galio. Se coloca en agua, lo que conduce a la formación de hidrógeno y óxido de aluminio durante la reacción. El galio es necesario para que la reacción se lleve a cabo en su totalidad (este elemento no permitirá que el aluminio se oxide prematuramente).
Relevancia ganada recientemente método de uso de biotecnologías
: bajo la condición de falta de oxígeno y azufre, las clamidomonas comienzan a liberar hidrógeno intensamente. Un efecto muy interesante, que ahora se está estudiando activamente.
No olvide otro método antiguo y probado para producir hidrógeno, que es usar diferentes elementos alcalinos
y agua. En principio, esta técnica es factible en condiciones de laboratorio con las medidas de seguridad necesarias. Así, durante la reacción (se desarrolla cuando se calienta y con catalizadores), se forman óxido de metal e hidrógeno. Solo queda recogerlo.
Obtener hidrógeno por interacciones del agua y el monóxido de carbono
sólo es posible en un entorno industrial. Se forman dióxido de carbono e hidrógeno, el principio de su separación se describe anteriormente.
LA INVENCIÓN TIENE LAS SIGUIENTES VENTAJAS
El calor obtenido de la oxidación de los gases se puede utilizar directamente en el sitio, y el hidrógeno y el oxígeno se obtienen de la eliminación del vapor de escape y el agua de proceso.
Bajo consumo de agua al generar electricidad y calor.
La sencillez del método.
Importantes ahorros de energía, ya que se gasta solo en calentar el motor de arranque a un régimen térmico constante.
Alta productividad del proceso, porque la disociación de las moléculas de agua dura décimas de segundo.
Explosión y seguridad contra incendios del método, porque en su implementación, no hay necesidad de tanques para recolectar hidrógeno y oxígeno.
Durante el funcionamiento de la instalación, el agua se depura repetidamente, transformándose en agua destilada. Esto elimina precipitaciones e incrustaciones, lo que aumenta la vida útil de la instalación.
La instalación está hecha de acero ordinario; con excepción de las calderas construidas con aceros resistentes al calor con revestimiento y blindaje de sus paredes. Es decir, no se requieren materiales caros especiales.
La invención puede encontrar aplicación en
industria mediante la sustitución de hidrocarburos y combustible nuclear en las centrales eléctricas por agua barata, generalizada y respetuosa con el medio ambiente, manteniendo la potencia de estas centrales.
AFIRMAR
Método para producir hidrógeno y oxígeno a partir de vapor de agua.
, que incluye el paso de este vapor a través de un campo eléctrico, caracterizado porque se utiliza vapor de agua sobrecalentado con una temperatura 500 - 550 oC
, pasó a través de un campo eléctrico de corriente continua de alto voltaje para disociar el vapor y separarlo en átomos de hidrógeno y oxígeno.
Quería hacer algo así desde hace mucho tiempo. Pero no llegaron más experimentos con una batería y un par de electrodos. Quería hacer un aparato completo para la producción de hidrógeno, en cantidades para inflar el globo. Antes de hacer un aparato completo para la electrólisis del agua. en casa, Decidí comprobar todo en el modelo.
El esquema general del electrolizador se ve así.
Este modelo no es adecuado para un uso diario completo. Pero la idea fue probada.
Entonces, para los electrodos, decidí usar grafito. Una excelente fuente de grafito para electrodos es el colector de corriente del trolebús. Hay un montón de ellos tirados por ahí en las paradas finales. Debe recordarse que uno de los electrodos será destruido.
Aserrado y acabado con lima. La intensidad de la electrólisis depende de la fuerza de la corriente y del área de los electrodos.
Los cables están conectados a los electrodos. Los cables deben estar cuidadosamente aislados.
Las botellas de plástico son bastante adecuadas para el cuerpo del modelo de electrolizador. Se hacen agujeros en la tapa para tubos y cables.
Todo está cuidadosamente recubierto con sellador.
Los cuellos de botella cortados son adecuados para conectar dos contenedores.
Deben estar conectados entre sí y derretir la costura.
Las nueces están hechas de tapas de botellas.
Se hacen agujeros en el fondo de dos botellas. Todo está conectado y cuidadosamente llenado con sellador.
Utilizaremos como fuente de tensión una red doméstica de 220V. Quiero advertirte que este es un juguete bastante peligroso. Entonces, si no hay habilidades suficientes o hay dudas, entonces es mejor no repetir. En la red domiciliaria tenemos corriente alterna, para la electrólisis hay que enderezarla. Un puente de diodos es perfecto para esto. El de la foto no era lo suficientemente potente y se quemó rápidamente. La mejor opción fue el puente de diodos chino MB156 en una caja de aluminio.
El puente de diodos se calienta mucho. Requiere refrigeración activa. Un enfriador para un procesador de computadora encajará perfectamente. Para el caso, puede usar una caja de soldadura de tamaño adecuado. Se vende en artículos eléctricos.
Debajo del puente de diodos es necesario colocar varias capas de cartón.
Los agujeros necesarios se hacen en la tapa de la caja de soldadura.
Así es como se ve la unidad ensamblada. El electrolizador se alimenta de la red eléctrica, el ventilador de una fuente de alimentación universal. Una solución de bicarbonato de sodio se utiliza como electrolito. Aquí debe recordarse que cuanto mayor sea la concentración de la solución, mayor será la velocidad de reacción. Pero al mismo tiempo, el calentamiento es mayor. Además, la reacción de descomposición del sodio en el cátodo contribuirá al calentamiento. Esta reacción es exotérmica. Como resultado, se formarán hidrógeno e hidróxido de sodio.
El dispositivo de la foto de arriba estaba muy caliente. Había que apagarlo periódicamente y esperar hasta que se enfríe. El problema con el calentamiento se resolvió parcialmente enfriando el electrolito. Para esto, usé una bomba de fuente de mesa. Un tubo largo va de una botella a otra a través de una bomba y un balde de agua fría.
La relevancia de este problema hoy en día es bastante alta debido al hecho de que el alcance del uso del hidrógeno es extremadamente extenso y en su forma pura prácticamente no se encuentra en ninguna parte de la naturaleza. Es por ello que se han desarrollado varios métodos para extraer este gas de otros compuestos mediante reacciones químicas y físicas. Esto es lo que se discute en este artículo.
Producción de hidrógeno en el hogar.
Elección de una celda electrolítica
Para obtener un elemento de la casa, se necesita un aparato especial: un electrolizador.Hay muchas opciones para tales equipos en el mercado, los dispositivos son ofrecidos tanto por conocidas corporaciones de tecnología como por pequeños fabricantes. Las unidades de marca son más caras, pero su calidad de construcción es mayor.
El electrodoméstico es de tamaño pequeño y fácil de usar. Sus principales detalles son:
Electrolizador: ¿qué es?
- reformador;
- sistema de limpieza;
- celdas de combustible;
- equipo compresor;
- tanque de almacenamiento de hidrógeno.
Se toma como materia prima el agua del grifo simple, y la electricidad proviene de una toma ordinaria. Las unidades que funcionan con energía solar ahorran electricidad.
El hidrógeno "doméstico" se utiliza en sistemas de calefacción o cocina. También enriquecen la mezcla aire-combustible para aumentar la potencia de los motores de los automóviles.
Hacer el dispositivo con tus propias manos.
Incluso es más barato hacer el dispositivo usted mismo en casa. Una celda seca parece un recipiente sellado, que consta de dos placas de electrodos en un recipiente con una solución electrolítica. La World Wide Web ofrece una variedad de esquemas para ensamblar dispositivos de diferentes modelos:
- con dos filtros;
- con la disposición superior o inferior del contenedor;
- con dos o tres válvulas;
- con tablero galvanizado;
- en los electrodos.
Esquema del dispositivo de electrólisis.
Un dispositivo simple para producir hidrógeno es fácil de crear. Requerirá:
- chapa de acero inoxidable;
- tubo transparente;
- guarniciones;
- recipiente de plástico (1,5 l);
- filtro de agua y válvula de retención.
El dispositivo de un dispositivo simple para producir hidrógeno.
Además, se necesitarán varios herrajes: tuercas, arandelas, pernos. En primer lugar, debe cortar la hoja en 16 compartimentos cuadrados, cortar una esquina de cada uno de ellos. En la esquina opuesta, se requiere perforar un orificio para atornillar las placas. Para garantizar una corriente constante, las placas deben conectarse de acuerdo con el esquema: más-menos-más-menos. Estas partes están aisladas entre sí con un tubo y en la conexión con un perno y arandelas (tres piezas entre las placas). Se colocan 8 placas en el más y el menos.
Con un montaje adecuado, los bordes de las placas no tocarán los electrodos. Las partes recolectadas se bajan a un recipiente de plástico. En el lugar donde se tocan las paredes, se hacen dos orificios de montaje con pernos. Instale una válvula de seguridad para eliminar el exceso de gas. Los accesorios se montan en la tapa del contenedor y las costuras se sellan con silicona.
Pruebas de dispositivos
Para probar el dispositivo, realice varias acciones:
Esquema de producción de hidrógeno
- Llene con líquido.
- Cubriendo con una tapa, conecte un extremo del tubo al accesorio.
- El segundo se baja al agua.
- Conéctese a una fuente de alimentación.
Después de enchufar el dispositivo en el enchufe, después de unos segundos, se notará el proceso de electrólisis y la precipitación.
El agua pura no tiene buena conductividad eléctrica. Para mejorar este indicador, debe crear una solución electrolítica agregando álcali: hidróxido de sodio. Está en composiciones para limpieza de tuberías como "Mole".
Métodos para producir hidrógeno.
El hidrógeno es un elemento gaseoso incoloro e inodoro con una densidad de 1/14 en relación con el aire. Rara vez se encuentra en estado libre. Por lo general, el hidrógeno se combina con otros elementos químicos: oxígeno, carbono.
La producción de hidrógeno para necesidades industriales y energéticas se lleva a cabo por varios métodos. Los más populares son:
- electrólisis del agua;
- método de concentración;
- condensación a baja temperatura;
- adsorción.
El hidrógeno se puede aislar no solo de compuestos de gas o agua. El hidrógeno se produce al exponer madera y carbón a altas temperaturas, así como al procesar biorresiduos.
El hidrógeno atómico para la ingeniería energética se obtiene mediante el método de disociación térmica de una sustancia molecular en un hilo de platino, tungsteno o paladio. Se calienta en un ambiente de hidrógeno a una presión inferior a 1,33 Pa.Los elementos radiactivos también se utilizan para producir hidrógeno.
disociación térmica
método de electrólisis
El método más simple y popular de extracción de hidrógeno es la electrólisis del agua. Permite obtener hidrógeno prácticamente puro. Otras ventajas de este método son:
El principio de funcionamiento del generador de hidrógeno por electrólisis.
- disponibilidad de materias primas;
- obtención de un elemento a presión;
- la posibilidad de automatizar el proceso debido a la falta de partes móviles.
El procedimiento para dividir un líquido por electrólisis es el inverso de la combustión de hidrógeno. Su esencia es que, bajo la influencia de la corriente continua, se liberan oxígeno e hidrógeno en electrodos sumergidos en una solución electrolítica acuosa.
Una ventaja adicional es la producción de subproductos con valor industrial. Por lo tanto, el oxígeno en gran volumen es necesario para catalizar procesos tecnológicos en el sector energético, limpiar suelos y cuerpos de agua y eliminar los desechos domésticos. El agua pesada producida por electrólisis se utiliza en la industria energética en reactores nucleares.
Producción de hidrógeno por concentración.
Este método se basa en la separación del elemento de las mezclas de gases que lo contienen. Así, la mayor parte de la sustancia producida en volúmenes industriales se extrae mediante reformado con vapor de metano. El hidrógeno producido en este proceso se utiliza en energía, refinación de petróleo, industria de cohetes, así como para la producción de fertilizantes nitrogenados. El proceso de obtención del H2 se lleva a cabo de diferentes formas:
- ciclo corto;
- criogénico;
- membrana.
Este último método se considera el más efectivo y menos costoso.
Condensación a bajas temperaturas
Esta técnica de obtención de H2 consiste en el enfriamiento fuerte de compuestos gaseosos bajo presión. Como resultado, se transforman en un sistema de dos fases, que posteriormente se separa mediante un separador en un componente líquido y un gas. Los medios líquidos se utilizan para enfriar:
- agua;
- etano o propano licuado;
- amoníaco líquido.
Este procedimiento no es tan sencillo como parece. No será posible separar limpiamente los gases de hidrocarburos a la vez. Parte de los componentes saldrán con el gas tomado del compartimiento de separación, lo que no es económico. El problema se puede resolver mediante un enfriamiento profundo de la materia prima antes de la separación. Pero esto requiere mucha energía.
En los sistemas modernos de condensadores de baja temperatura, se proporcionan adicionalmente columnas de desmetanización o desetanización. La fase gaseosa se retira de la última etapa de separación y el líquido se envía a la columna de destilación con el flujo de gas crudo después del intercambio de calor.
método de adsorción
Durante la adsorción, los adsorbentes se utilizan para liberar hidrógeno, sustancias sólidas que absorben los componentes necesarios de la mezcla de gases. El carbón activado, el gel de silicato y las zeolitas se utilizan como adsorbentes. Para llevar a cabo este proceso, se utilizan dispositivos especiales: adsorbentes cíclicos o tamices moleculares. Cuando se implementa bajo presión, este método puede recuperar el 85 por ciento de hidrógeno.
Si comparamos la adsorción con la condensación a baja temperatura, podemos notar los costos operativos y de material más bajos del proceso, en promedio, en un 30 por ciento. El método de adsorción produce hidrógeno para energía y con el uso de solventes. Este método permite la extracción del 90 por ciento de H2 de la mezcla de gases y la obtención del producto final con una concentración de hidrógeno de hasta el 99,9%.
