Metode za proizvodnju vodika u industrijskim uvjetima
Ekstrakcija konverzijom metana
. Isparena voda, prethodno zagrijana na 1000 stupnjeva Celzija, miješa se s metanom pod pritiskom i u prisutnosti katalizatora. Ova metoda je zanimljiva i dokazana, također treba napomenuti da se stalno usavršava: u tijeku je potraga za novim katalizatorima koji su jeftiniji i učinkovitiji.
Razmotrimo najstariju metodu dobivanja vodika - rasplinjavanje ugljena
. U nedostatku pristupa zraka i temperature od 1300 stupnjeva Celzija, ugljen i vodena para se zagrijavaju. Tako se vodik istiskuje iz vode, a dobiva se ugljični dioksid (vodik će biti na vrhu, ugljični dioksid, također dobiven kao rezultat reakcije, bit će na dnu). Ovo će biti odvajanje mješavine plina, sve je vrlo jednostavno.
Dobivanje vodika putem elektroliza vode
smatra najlakšom opcijom. Za njegovu provedbu potrebno je uliti otopinu sode u posudu, a također tamo postaviti dva električna elementa. Jedan će biti pozitivno nabijen (anoda), a drugi negativno (katoda). Kada se dovede struja, vodik će ići na katodu, a kisik na anodu.
Dobivanje vodika prema metodi djelomična oksidacija
. Za to se koristi legura aluminija i galija. Stavlja se u vodu, što dovodi do stvaranja vodika i aluminijevog oksida tijekom reakcije. Galij je neophodan da bi se reakcija odvijala u potpunosti (ovaj element neće dopustiti preranu oksidaciju aluminija).
Nedavno stekao relevantnost način korištenja biotehnologije
: pod uvjetom nedostatka kisika i sumpora, klamidomonas počinje intenzivno oslobađati vodik. Vrlo zanimljiv učinak, koji se sada aktivno proučava.
Ne zaboravite još jednu staru, provjerenu metodu proizvodnje vodika, a to je korištenje drugačije alkalni elementi
i vodu. U principu, ova tehnika je izvediva u laboratorijskim uvjetima uz potrebne sigurnosne mjere. Dakle, tijekom reakcije (teče kada se zagrijava i s katalizatorima) nastaju metalni oksid i vodik. Ostaje ga samo prikupiti.
Nabavite vodik interakcije vode i ugljičnog monoksida
moguće samo u industrijskom okruženju. Nastaju ugljični dioksid i vodik, princip njihovog odvajanja opisan je gore.
IZUM IMA SLJEDEĆE PREDNOSTI
Toplina dobivena oksidacijom plinova može se koristiti izravno na licu mjesta, a vodik i kisik dobivaju se odlaganjem ispušne pare i procesne vode.
Niska potrošnja vode pri proizvodnji električne i toplinske energije.
Jednostavnost metode.
Značajne uštede energije, kao troši se samo na zagrijavanje startera do stabilnog toplinskog režima.
Visoka produktivnost procesa, jer disocijacija molekula vode traje desetinke sekunde.
Eksplozijska i požarna sigurnost metode, jer u njegovoj provedbi nema potrebe za spremnicima za prikupljanje vodika i kisika.
Tijekom rada instalacije voda se više puta pročišćava, pretvarajući se u destiliranu vodu. Time se eliminiraju oborine i kamenac, što produljuje vijek trajanja instalacije.
Instalacija je izrađena od običnog čelika; s izuzetkom kotlova od čelika otpornih na toplinu s oblogom i zaštitom njihovih zidova. Odnosno, nisu potrebni posebni skupi materijali.
Izum bi mogao naći primjenu u
industrije zamjenom ugljikovodika i nuklearnog goriva u elektranama jeftinom, rasprostranjenom i ekološki prihvatljivom vodom, uz zadržavanje snage tih elektrana.
ZAHTJEV
Metoda za proizvodnju vodika i kisika iz vodene pare
, što uključuje propuštanje te pare kroz električno polje, naznačeno time da se koristi pregrijana vodena para s temperaturom 500 - 550 o C
, prolazi kroz visokonaponsko električno polje istosmjerne struje kako bi se para disocirala i odvojila na atome vodika i kisika.
Odavno sam htio napraviti ovako nešto. Ali daljnji eksperimenti s baterijom i parom elektroda nisu stigli. Htio sam napraviti punopravni aparat za proizvodnju vodika, u količinama kako bih napuhao balon. Prije izrade punopravnog aparata za elektrolizu vode kod kuće, odlučio sam provjeriti sve na modelu.
Opća shema elektrolizera izgleda ovako.
Ovaj model nije prikladan za punu svakodnevnu upotrebu. Ali ideja je testirana.
Stoga sam za elektrode odlučio koristiti grafit. Izvrstan izvor grafita za elektrode je strujni kolektor trolejbusa. Ima ih dosta koji leže okolo na krajnjim stanicama. Mora se imati na umu da će jedna od elektroda biti uništena.
Piljenje i dorada turpijom. Intenzitet elektrolize ovisi o jačini struje i površini elektroda.
Žice su pričvršćene na elektrode. Žice moraju biti pažljivo izolirane.
Plastične boce sasvim su prikladne za tijelo modela elektrolizera. Na poklopcu su napravljene rupe za cijevi i žice.
Sve je pažljivo premazano brtvilom.
Odrezani grlovi boca prikladni su za spajanje dva spremnika.
Potrebno ih je spojiti zajedno i rastopiti šav.
Orašasti plodovi se prave od čepova za boce.
Na dnu dvije boce napravljene su rupe. Sve je povezano i pažljivo napunjeno brtvilom.
Kao izvor napona koristit ćemo kućnu mrežu od 220V. Želim vas upozoriti da je ovo prilično opasna igračka. Dakle, ako nema dovoljno vještina ili postoje sumnje, onda je bolje ne ponavljati. U kućnoj mreži imamo izmjeničnu struju, za elektrolizu se mora ispraviti. Za to je savršen diodni most. Ovaj na fotografiji nije bio dovoljno snažan i brzo je izgorio. Najbolja opcija bio je kineski diodni most MB156 u aluminijskom kućištu.
Diodni most se jako zagrijava. Zahtijeva aktivno hlađenje. Hladnjak za procesor računala savršeno će stati. Za kućište možete koristiti kutiju za lemljenje odgovarajuće veličine. Prodaje se u električnoj robi.
Ispod diodnog mosta potrebno je staviti nekoliko slojeva kartona.
U poklopcu kutije za lemljenje izrađuju se potrebne rupe.
Ovako izgleda sastavljena jedinica. Elektrolizer se napaja iz mreže, ventilator iz univerzalnog izvora napajanja. Kao elektrolit koristi se otopina sode bikarbone. Ovdje se mora imati na umu da što je veća koncentracija otopine, to je veća brzina reakcije. Ali u isto vrijeme, grijanje je veće. Štoviše, reakcija razgradnje natrija na katodi će dati svoj doprinos zagrijavanju. Ova reakcija je egzotermna. Kao rezultat, nastat će vodik i natrijev hidroksid.
Uređaj na gornjoj fotografiji bio je jako vruć. Morao se povremeno isključivati i čekati dok se ne ohladi. Problem s grijanjem djelomično je riješen hlađenjem elektrolita. Za to sam koristio stolnu pumpu za fontanu. Duga cijev prolazi od jedne boce do druge kroz pumpu i kantu hladne vode.
Relevantnost ovog pitanja danas je prilično visoka zbog činjenice da je opseg uporabe vodika iznimno opsežan, a u svom čistom obliku praktički se ne nalazi nigdje u prirodi. Zato je razvijeno nekoliko metoda za ekstrakciju ovog plina iz drugih spojeva kemijskim i fizikalnim reakcijama. O tome se govori u ovom članku.
Proizvodnja vodika u kućanstvu
Izbor elektrolitičke ćelije
Za dobivanje elementa kuće potreban je poseban aparat - elektrolizator.Na tržištu postoji mnogo opcija za takvu opremu, uređaje nude i poznate tehnološke korporacije i mali proizvođači. Markirane jedinice su skuplje, ali je njihova kvaliteta izrade veća.
Kućni aparat je male veličine i jednostavan za korištenje. Njegovi glavni detalji su:
Elektrolizator - što je to
- reformator;
- sustav za čišćenje;
- gorive ćelije;
- kompresorska oprema;
- spremnik za pohranu vodika.
Kao sirovina uzima se obična voda iz slavine, a struja dolazi iz obične utičnice. Jedinice na solarni pogon štede na struji.
"Kućni" vodik se koristi u sustavima grijanja ili kuhanja. Oni također obogaćuju mješavinu zraka i goriva kako bi povećali snagu motora automobila.
Izrada uređaja vlastitim rukama
Još je jeftinije napraviti uređaj sami kod kuće. Suha ćelija izgleda kao zatvorena posuda, koja se sastoji od dvije elektrodne ploče u posudi s elektrolitičkom otopinom. World Wide Web nudi niz shema za sastavljanje uređaja različitih modela:
- s dva filtera;
- s gornjim ili donjim rasporedom spremnika;
- s dva ili tri ventila;
- s pocinčanom pločom;
- na elektrodama.
Shema uređaja za elektrolizu
Jednostavan uređaj za proizvodnju vodika lako je stvoriti. To će zahtijevati:
- lim od nehrđajućeg čelika;
- prozirna cijev;
- armature;
- plastična posuda (1,5 l);
- filter za vodu i nepovratni ventil.
Uređaj jednostavnog uređaja za proizvodnju vodika
Osim toga, bit će potreban razni hardver: matice, podloške, vijci. Prije svega, trebate izrezati list na 16 kvadratnih odjeljaka, izrezati kut od svakog od njih. U suprotnom kutu od njega potrebno je izbušiti rupu za pričvršćivanje ploča. Kako bi se osigurala konstantna struja, ploče se moraju spojiti prema shemi: plus-minus-plus-minus. Ti su dijelovi međusobno izolirani cijevi, a na spoju vijkom i podloškama (tri komada između ploča). Na plus i minus je postavljeno 8 ploča.
Uz pravilnu montažu, rubovi ploča neće dodirivati elektrode. Prikupljeni dijelovi se spuštaju u plastičnu posudu. Na mjestu gdje se zidovi dodiruju, vijcima se izrađuju dvije montažne rupe. Ugradite sigurnosni ventil za uklanjanje viška plina. Priključci se montiraju u poklopac spremnika, a šavovi su zapečaćeni silikonom.
Testiranje uređaja
Da biste testirali uređaj, izvršite nekoliko radnji:
Shema proizvodnje vodika
- Napunite tekućinom.
- Pokrivši poklopcem, spojite jedan kraj cijevi na spojnicu.
- Drugi se spušta u vodu.
- Spojite na izvor napajanja.
Nakon uključivanja uređaja u utičnicu, nakon nekoliko sekundi bit će vidljivi proces elektrolize i oborina.
Čista voda nema dobru električnu vodljivost. Da biste poboljšali ovaj pokazatelj, morate stvoriti elektrolitičku otopinu dodavanjem lužine - natrijevog hidroksida. Nalazi se u sastavima za čišćenje cijevi poput "Mole".
Metode za proizvodnju vodika
Vodik je plinoviti element bez boje i mirisa gustoće 1/14 u odnosu na zrak. Rijetko se nalazi u slobodnom stanju. Obično se vodik kombinira s drugim kemijskim elementima: kisikom, ugljikom.
Proizvodnja vodika za industrijske potrebe i energiju provodi se na nekoliko metoda. Najpopularniji su:
- elektroliza vode;
- metoda koncentracije;
- niska temperatura kondenzacije;
- adsorpcija.
Vodik se može izolirati ne samo iz plinskih ili vodenih spojeva. Vodik se proizvodi izlaganjem drva i ugljena visokim temperaturama, kao i preradom biootpada.
Atomski vodik za energetiku dobiva se metodom toplinske disocijacije molekularne tvari na žici od platine, volframa ili paladija. Zagrije se u vodikovom okruženju pri tlaku manjem od 1,33 Pa.Radioaktivni elementi se također koriste za proizvodnju vodika.
Toplinska disocijacija
metoda elektrolize
Najjednostavnija i najpopularnija metoda ekstrakcije vodika je elektroliza vode. Omogućuje dobivanje praktički čistog vodika. Ostale prednosti ove metode su:
Princip rada elektroliznog generatora vodika
- dostupnost sirovina;
- dobivanje elementa pod pritiskom;
- mogućnost automatizacije procesa zbog nedostatka pokretnih dijelova.
Postupak za cijepanje tekućine elektrolizom je obrnut od izgaranja vodika. Njegova je bit da se pod utjecajem istosmjerne struje oslobađaju kisik i vodik na elektrodama umočenim u vodenu otopinu elektrolita.
Dodatna prednost je proizvodnja nusproizvoda s industrijskom vrijednošću. Stoga je kisik u velikom volumenu neophodan za kataliziranje tehnoloških procesa u energetskom sektoru, čišćenje tla i vodenih tijela te odlaganje otpada iz kućanstva. Teška voda proizvedena elektrolizom koristi se u energetskoj industriji u nuklearnim reaktorima.
Proizvodnja vodika koncentracijom
Ova se metoda temelji na odvajanju elementa od mješavine plinova koje ga sadrže. Dakle, najveći dio tvari proizvedene u industrijskim količinama ekstrahira se parnim reformiranjem metana. Vodik proizveden u ovom procesu koristi se u energetici, preradi nafte, raketnoj industriji, kao i za proizvodnju dušičnih gnojiva. Proces dobivanja H2 provodi se na različite načine:
- kratki ciklus;
- kriogena;
- membrana.
Potonja metoda smatra se najučinkovitijom i jeftinijom.
Kondenzacija na niskim temperaturama
Ova tehnika dobivanja H2 sastoji se u snažnom hlađenju plinskih spojeva pod pritiskom. Kao rezultat toga, oni se pretvaraju u dvofazni sustav, koji se nakon toga separatorom odvaja na tekuću komponentu i plin. Za hlađenje se koriste tekući mediji:
- voda;
- ukapljeni etan ili propan;
- tekući amonijak.
Ovaj postupak nije tako jednostavan kao što se čini. Neće biti moguće istovremeno čisto odvojiti ugljikovodične plinove. Dio komponenti će otići s plinom uzetim iz odjeljka za odvajanje, što nije ekonomično. Problem se može riješiti dubokim hlađenjem sirovine prije odvajanja. Ali za to je potrebno puno energije.
U suvremenim sustavima niskotemperaturnih kondenzatora dodatno su predviđene kolone za demetanizu ili deetanizaciju. Plinska faza se uklanja iz posljednje faze odvajanja, a tekućina se šalje u destilacijski stup s protokom sirovog plina nakon izmjene topline.
Metoda adsorpcije
Tijekom adsorpcije adsorbenti se koriste za oslobađanje vodika - čvrstih tvari koje apsorbiraju potrebne komponente plinske smjese. Kao adsorbenti koriste se aktivni ugljen, silikatni gel, zeoliti. Za provedbu ovog procesa koriste se posebni uređaji - ciklički adsorberi ili molekularna sita. Kada se provodi pod pritiskom, ova metoda može povratiti 85 posto vodika.
Usporedimo li adsorpciju s niskotemperaturnom kondenzacijom, možemo primijetiti niže materijalne i operativne troškove procesa - u prosjeku za 30 posto. Metoda adsorpcije proizvodi vodik za energiju i uz korištenje otapala. Ova metoda omogućuje ekstrakciju 90 posto H2 iz mješavine plina i proizvodnju konačnog proizvoda s koncentracijom vodika do 99,9%.
