Menetelmät vedyn tuottamiseksi teollisissa olosuhteissa
Uutto metaanikonversiolla
. Höyrystetty vesi, joka on esilämmitetty 1000 celsiusasteeseen, sekoitetaan metaanin kanssa paineen alaisena ja katalyytin läsnä ollessa. Tämä menetelmä on mielenkiintoinen ja todistettu, on myös huomattava, että sitä parannetaan jatkuvasti: parhaillaan etsitään uusia halvempia ja tehokkaampia katalyyttejä.
Harkitse vanhinta menetelmää vedyn saamiseksi - hiilen kaasutus
. Ilman pääsyn puuttuessa ja 1300 celsiusasteen lämpötilassa hiili ja vesihöyry lämmitetään. Siten vety syrjäytetään vedestä ja saadaan hiilidioksidia (vety on ylhäällä, hiilidioksidi, joka myös saadaan reaktion tuloksena, on pohjassa). Tämä on kaasuseoksen erottaminen, kaikki on hyvin yksinkertaista.
Vetyä saamalla veden elektrolyysi
pidetään helpoimpana vaihtoehdona. Sen toteuttamiseksi on tarpeen kaataa soodaliuos säiliöön ja sijoittaa sinne myös kaksi sähköelementtiä. Toinen varautuu positiivisesti (anodi) ja toinen negatiivisesti (katodi). Kun virta syötetään, vety menee katodille ja happi anodille.
Vedyn saaminen menetelmän mukaisesti osittainen hapettuminen
. Tätä varten käytetään alumiinin ja galliumin seosta. Se asetetaan veteen, mikä johtaa vedyn ja alumiinioksidin muodostumiseen reaktion aikana. Gallium on välttämätön, jotta reaktio tapahtuisi kokonaisuudessaan (tämä alkuaine ei anna alumiinin hapettua ennenaikaisesti).
Äskettäin saanut merkitystä tapa käyttää bioteknologiaa
: hapen ja rikin puutteessa klamydomonas alkaa vapauttaa intensiivisesti vetyä. Erittäin mielenkiintoinen vaikutus, jota tutkitaan nyt aktiivisesti.
Älä unohda toista vanhaa, todistettua menetelmää vedyn tuottamiseksi, joka on käyttää erilaista menetelmää alkaliset alkuaineet
ja vettä. Periaatteessa tämä tekniikka on käyttökelpoinen laboratorio-olosuhteissa tarvittavin turvatoimin. Siten reaktion aikana (se etenee kuumennettaessa ja katalyyteillä) muodostuu metallioksidia ja vetyä. Jää vain kerätä se.
Hanki vetyä veden ja hiilimonoksidin vuorovaikutus
mahdollista vain teollisessa ympäristössä. Muodostuu hiilidioksidia ja vetyä, joiden erotusperiaate on kuvattu edellä.
KEKSINNÖLLÄ ON SEURAAVAT EDUT
Kaasujen hapettamisesta saatu lämpö voidaan käyttää suoraan paikan päällä ja vetyä ja happea saadaan poistohöyryn ja teollisuusveden loppusijoituksesta.
Pieni vedenkulutus sähkön ja lämmön tuotannossa.
Menetelmän yksinkertaisuus.
Merkittäviä energiansäästöjä mm se käytetään vain käynnistimen lämmittämiseen tasaiseen lämpötilaan.
Korkea prosessin tuottavuus, koska Vesimolekyylien hajoaminen kestää sekunnin kymmenesosia.
Menetelmän räjähdys- ja paloturvallisuus, koska sen toteutuksessa ei tarvita säiliöitä vedyn ja hapen keräämiseen.
Laitoksen toiminnan aikana vesi puhdistetaan toistuvasti ja muuttuu tislatuksi vedeksi. Tämä eliminoi sadetta ja kalkkia, mikä pidentää asennuksen käyttöikää.
Asennus on valmistettu tavallisesta teräksestä; lukuun ottamatta lämmönkestävästä teräksestä valmistettuja kattiloita, joiden seinät on vuorattu ja suojattu. Eli erityisiä kalliita materiaaleja ei tarvita.
Keksintöä voidaan soveltaa mm
teollisuudelle korvaamalla voimalaitoksissa hiilivety ja ydinpolttoaine halvalla, laajalle levinneellä ja ympäristöystävällisellä vedellä, samalla kun näiden laitosten teho säilyy.
VAATIMUS
Menetelmä vedyn ja hapen tuottamiseksi vesihöyrystä
, joka sisältää tämän höyryn ohjaamisen sähkökentän läpi, tunnettu siitä, että käytetään tulistettua vesihöyryä, jonka lämpötila on 500 - 550 o C
, kulkee korkeajännitteisen tasavirtasähkökentän läpi höyryn hajottamiseksi ja sen erottamiseksi vety- ja happiatomeiksi.
Olen halunnut tehdä jotain tällaista jo pitkään. Mutta lisäkokeita akulla ja elektrodiparilla ei saavutettu. Halusin tehdä täysimittaisen laitteen vedyn tuottamiseksi, määränä ilmapallon täyttämiseksi. Ennen täysimittaisen veden elektrolyysilaitteen valmistamista kotona, päätin tarkistaa mallin kaiken.
Elektrolysaattorin yleinen kaavio näyttää tältä.
Tämä malli ei sovellu täyteen päivittäiseen käyttöön. Mutta ideaa testattiin.
Joten elektrodeja varten päätin käyttää grafiittia. Erinomainen grafiitin lähde elektrodeille on vaunun virranotto. Niitä on paljon makaamassa loppupysäkeillä. On muistettava, että yksi elektrodeista tuhoutuu.
Sahaus ja viimeistely viilalla. Elektrolyysin intensiteetti riippuu virran voimakkuudesta ja elektrodien pinta-alasta.
Johdot on kiinnitetty elektrodeihin. Johdot on eristettävä huolellisesti.
Muovipullot sopivat varsin hyvin elektrolysaattorimallin runkoon. Kanteen on tehty reikiä putkia ja johtoja varten.
Kaikki on huolellisesti päällystetty tiivisteaineella.
Leikatut pullonkaulat sopivat kahden säiliön yhdistämiseen.
Ne on yhdistettävä toisiinsa ja sulatettava sauma.
Pähkinät valmistetaan pullonkorkista.
Kahden pullon pohjaan tehdään reiät. Kaikki on kytketty ja täytetty huolellisesti tiivisteaineella.
Käytämme 220V kotitalousverkkoa jännitelähteenä. Haluan varoittaa, että tämä on melko vaarallinen lelu. Joten jos taitoja ei ole riittävästi tai on epäilyksiä, on parempi olla toistamatta. Kotitalousverkossa meillä on vaihtovirta, elektrolyysiä varten se on suoristettava. Diodisilta on täydellinen tähän. Kuvassa oleva ei ollut tarpeeksi voimakas ja paloi nopeasti. Paras vaihtoehto oli kiinalainen MB156 diodisilta alumiinikotelossa.
Diodisilta lämpenee erittäin kuumaksi. Vaatii aktiivisen jäähdytyksen. Tietokoneen prosessorin jäähdytin sopii täydellisesti. Koteloon voit käyttää sopivan kokoista juotoslaatikkoa. Myydään sähkötuotteissa.
Diodisillan alle on tarpeen laittaa useita kerroksia pahvia.
Tarvittavat reiät tehdään juotoslaatikon kanteen.
Tältä koottu yksikkö näyttää. Elektrolysaattori saa virtansa verkosta, puhallin yleisestä virtalähteestä. Elektrolyyttinä käytetään ruokasoodaliuosta. Tässä on muistettava, että mitä korkeampi liuoksen pitoisuus, sitä suurempi on reaktionopeus. Mutta samalla lämmitys on korkeampi. Lisäksi natriumin hajoamisreaktio katodissa vaikuttaa lämmitykseen. Tämä reaktio on eksoterminen. Tämän seurauksena muodostuu vetyä ja natriumhydroksidia.
Yllä olevan kuvan laite oli erittäin kuuma. Se piti sammuttaa ajoittain ja odottaa, kunnes se jäähtyy. Lämmitysongelma ratkaistiin osittain jäähdyttämällä elektrolyyttiä. Tätä varten käytin pöydällä olevaa suihkulähdepumppua. Pitkä putki kulkee pullosta toiseen pumpun ja ämpäri kylmää vettä läpi.
Tämän asian relevanssi on nykyään varsin korkea johtuen siitä, että vedyn käyttöalue on erittäin laaja, ja puhtaassa muodossaan sitä ei käytännössä löydy mistään luonnosta. Tästä syystä on kehitetty useita menetelmiä tämän kaasun erottamiseksi muista yhdisteistä kemiallisten ja fysikaalisten reaktioiden avulla. Tätä käsitellään tässä artikkelissa.
Vedyn tuotanto kotitaloudessa
Elektrolyyttikennon valinta
Talon elementin saamiseksi tarvitaan erityinen laite - elektrolysaattori.Tällaisille laitteille on markkinoilla monia vaihtoehtoja, laitteita tarjoavat niin tunnetut teknologiayritykset kuin pienet valmistajat. Merkkiyksiköt ovat kalliimpia, mutta niiden rakennuslaatu on korkeampi.
Kodinkone on pienikokoinen ja helppokäyttöinen. Sen tärkeimmät yksityiskohdat ovat:
Elektrolysaattori - mikä se on
- uskonpuhdistaja;
- puhdistusjärjestelmä;
- polttokennot;
- kompressori laitteet;
- vetysäiliö.
Raaka-aineeksi otetaan yksinkertainen vesijohtovesi ja sähkö tulee tavallisesta pistorasiasta. Aurinkovoimalla toimivat yksiköt säästävät sähköä.
"Koti" vetyä käytetään lämmitys- tai ruoanlaittojärjestelmissä. Ne myös rikastavat ilma-polttoaineseosta auton moottoreiden tehon lisäämiseksi.
Laitteen valmistus omin käsin
Vielä halvempaa on valmistaa laite itse kotona. Kuivakenno näyttää suljetulta säiliöltä, joka koostuu kahdesta elektrodilevystä säiliössä, jossa on elektrolyyttiliuosta. World Wide Web tarjoaa erilaisia järjestelmiä eri mallien laitteiden kokoamiseen:
- kahdella suodattimella;
- säiliön ylä- tai pohjajärjestelyllä;
- kahdella tai kolmella venttiilillä;
- galvanoidulla aluksella;
- elektrodien päällä.
Elektrolyysilaitteen kaavio
Yksinkertainen laite vedyn tuottamiseksi on helppo luoda. Se vaatii:
- ruostumaton teräslevy;
- läpinäkyvä putki;
- varusteet;
- muovisäiliö (1,5 l);
- vedensuodatin ja takaiskuventtiili.
Yksinkertaisen laitteen laite vedyn tuottamiseksi
Lisäksi tarvitaan erilaisia laitteita: muttereita, aluslevyjä, pultteja. Ensinnäkin sinun on leikattava arkki 16 neliön osastoon, leikattava kulma jokaisesta. Sen vastakkaiseen kulmaan on porattava reikä levyjen kiinnitystä varten. Vakiovirran varmistamiseksi levyt on kytkettävä kaavion mukaisesti: plus-miinus-plus-miinus. Nämä osat on eristetty toisistaan putkella ja liitoksella pultilla ja aluslevyillä (kolme kappaletta levyjen välissä). 8 levyä asetetaan plus- ja miinuspuolelle.
Oikein asennettaessa levyjen reunat eivät kosketa elektrodeja. Kerätyt osat lasketaan muovisäiliöön. Seinien kosketuskohtaan tehdään kaksi kiinnitysreikää pulteilla. Asenna varoventtiili ylimääräisen kaasun poistamiseksi. Säiliön kanteen kiinnitetään liittimet ja saumat on tiivistetty silikonilla.
Laitteen testaus
Testaa laitetta suorittamalla useita toimintoja:
Vedyn tuotantosuunnitelma
- Täytä nesteellä.
- Peitä kannella, yhdistä putken toinen pää liittimeen.
- Toinen lasketaan veteen.
- Liitä virtalähteeseen.
Kun laite on kytketty pistorasiaan, elektrolyysiprosessi ja saostuminen ovat havaittavissa muutaman sekunnin kuluttua.
Puhtaalla vedellä ei ole hyvää sähkönjohtavuutta. Tämän indikaattorin parantamiseksi sinun on luotava elektrolyyttinen liuos lisäämällä alkali-natriumhydroksidia. Se on koostumuksissa putkien puhdistamiseen, kuten "Mole".
Menetelmät vedyn tuottamiseksi
Vety on väritön ja hajuton kaasumainen alkuaine, jonka tiheys on 1/14 suhteessa ilmaan. Sitä tavataan harvoin vapaassa valtiossa. Yleensä vety yhdistetään muihin kemiallisiin alkuaineisiin: happi, hiili.
Vedyn tuotanto teollisuuden tarpeisiin ja energiaan tapahtuu useilla menetelmillä. Suosituimmat ovat:
- veden elektrolyysi;
- keskittymismenetelmä;
- matalan lämpötilan kondensaatio;
- adsorptio.
Vetyä voidaan eristää paitsi kaasu- tai vesiyhdisteistä. Vetyä tuotetaan altistamalla puuta ja hiiltä korkeille lämpötiloille sekä käsittelemällä biojätettä.
Atomivetyä energiatekniikkaa varten saadaan menetelmällä, jossa molekyyliaine dissosioituu langalla, joka on valmistettu platinasta, volframista tai palladiumista. Sitä lämmitetään vetyympäristössä alle 1,33 Pa:n paineessa.Radioaktiivisia elementtejä käytetään myös vedyn tuottamiseen.
Terminen dissosiaatio
elektrolyysimenetelmä
Yksinkertaisin ja suosituin menetelmä vetyuuttoon on vesielektrolyysi. Se mahdollistaa käytännössä puhtaan vedyn saamisen. Muita tämän menetelmän etuja ovat:
Elektrolyysivetygeneraattorin toimintaperiaate
- raaka-aineiden saatavuus;
- paineen alaisen elementin saaminen;
- mahdollisuus automatisoida prosessi liikkuvien osien puutteen vuoksi.
Menetelmä nesteen jakamiseksi elektrolyysillä on päinvastainen kuin vedyn palaminen. Sen ydin on, että tasavirran vaikutuksesta happea ja vetyä vapautuu elektrodeille, jotka on upotettu vesipitoiseen elektrolyyttiliuokseen.
Lisäetuna on teollista arvoa omaavien sivutuotteiden tuotanto. Näin ollen suuri määrä happea tarvitaan energia-alan teknologisten prosessien katalysoimiseen, maaperän ja vesistöjen puhdistamiseen sekä kotitalousjätteiden hävittämiseen. Elektrolyysillä tuotettua raskasta vettä käytetään energiateollisuudessa ydinreaktoreissa.
Vedyn tuotanto väkevöimällä
Tämä menetelmä perustuu alkuaineen erottamiseen sitä sisältävistä kaasuseoksista. Näin ollen suurin osa teollisissa määrissä tuotetusta aineesta uutetaan metaanin höyryreformoinnilla. Tässä prosessissa tuotettua vetyä käytetään energiassa, öljynjalostuksessa, rakettiteollisuudessa sekä typpilannoitteiden valmistuksessa. H2:n saantiprosessi suoritetaan eri tavoilla:
- lyhyt sykli;
- kryogeeninen;
- kalvo.
Jälkimmäistä menetelmää pidetään tehokkaimpana ja halvempana.
Kondensoituminen matalissa lämpötiloissa
Tämä tekniikka H2:n saamiseksi koostuu kaasuyhdisteiden voimakkaasta jäähdyttämisestä paineen alaisena. Tämän seurauksena ne muunnetaan kaksivaiheiseksi järjestelmäksi, joka erotetaan sitten erottimella nestemäiseksi komponentiksi ja kaasuksi. Nestemäisiä väliaineita käytetään jäähdytykseen:
- vesi;
- nesteytetty etaani tai propaani;
- nestemäinen ammoniakki.
Tämä menettely ei ole niin yksinkertainen kuin miltä se näyttää. Hiilivetykaasuja ei voida erottaa puhtaasti kerralla. Osa komponenteista lähtee erotusosastosta otetun kaasun mukana, mikä ei ole taloudellista. Ongelma voidaan ratkaista syväjäähdyttämällä raaka-aine ennen erotusta. Mutta tämä vaatii paljon energiaa.
Nykyaikaisissa matalalämpöisten lauhduttimien järjestelmissä on lisäksi demetaaninpoisto- tai etaaninpoistokoloneita. Kaasufaasi poistetaan viimeisestä erotusvaiheesta ja neste johdetaan lämmönvaihdon jälkeen raakakaasuvirran mukana tislauskolonniin.
Adsorptiomenetelmä
Adsorption aikana adsorbentteja käytetään vapauttamaan vetyä - kiinteitä aineita, jotka absorboivat kaasuseoksen tarvittavat komponentit. Adsorbenteina käytetään aktiivihiiltä, silikaattigeeliä, zeoliitteja. Tämän prosessin suorittamiseksi käytetään erityisiä laitteita - syklisiä adsorboijia tai molekyyliseuloja. Kun tämä menetelmä toteutetaan paineen alaisena, se voi ottaa talteen 85 prosenttia vedystä.
Jos vertaamme adsorptiota matalan lämpötilan kondensaatioon, voimme huomata prosessin materiaali- ja käyttökustannukset - keskimäärin 30 prosenttia. Adsorptiomenetelmä tuottaa vetyä energiaksi ja liuottimien avulla. Tämä menetelmä mahdollistaa 90 prosentin H2:n uuttamisen kaasuseoksesta ja lopullisen tuotteen valmistamisen, jonka vetypitoisuus on jopa 99,9 %.
