Metodi per la produzione di idrogeno in condizioni industriali
Estrazione mediante conversione del metano
. L'acqua vaporizzata, preriscaldata a 1000 gradi Celsius, viene miscelata con metano sotto pressione e in presenza di un catalizzatore. Questo metodo è interessante e collaudato, va anche notato che viene costantemente migliorato: è in corso la ricerca di nuovi catalizzatori più economici ed efficienti.
Considera il metodo più antico per ottenere l'idrogeno - gassificazione del carbone
. In assenza di accesso all'aria e di una temperatura di 1300 gradi Celsius, il carbone e il vapore acqueo vengono riscaldati. Pertanto, l'idrogeno viene sostituito dall'acqua e si ottiene anidride carbonica (l'idrogeno sarà in alto, l'anidride carbonica, ottenuta anche come risultato della reazione, sarà in basso). Questa sarà la separazione della miscela di gas, tutto è molto semplice.
Ottenere idrogeno da elettrolisi dell'acqua
considerata l'opzione più semplice. Per la sua implementazione, è necessario versare una soluzione di soda nel contenitore e posizionare anche due elementi elettrici lì. Uno sarà caricato positivamente (anodo) e l'altro negativamente (catodo). Quando viene applicata la corrente, l'idrogeno andrà al catodo e l'ossigeno all'anodo.
Ottenere idrogeno secondo il metodo ossidazione parziale
. Per questo viene utilizzata una lega di alluminio e gallio. Viene posto in acqua, che porta alla formazione di idrogeno e ossido di alluminio durante la reazione. Il gallio è necessario affinché la reazione avvenga completamente (questo elemento non consentirà all'alluminio di ossidarsi prematuramente).
Rilevanza recentemente acquisita modalità di utilizzo delle biotecnologie
: in condizioni di mancanza di ossigeno e zolfo, il clamidomonas inizia a rilasciare idrogeno in modo intensivo. Un effetto molto interessante, che ora è attivamente studiato.
Non dimenticare un altro metodo vecchio e collaudato per produrre idrogeno, che consiste nell'usare in modo diverso elementi alcalini
e acqua. In linea di principio, questa tecnica è fattibile in condizioni di laboratorio con le necessarie misure di sicurezza. Pertanto, durante la reazione (procede quando riscaldata e con catalizzatori), si formano ossido di metallo e idrogeno. Resta solo da raccoglierlo.
Prendi l'idrogeno interazioni di acqua e monossido di carbonio
possibile solo in un ambiente industriale. Si formano anidride carbonica e idrogeno, il principio della loro separazione è descritto sopra.
L'INVENZIONE HA I SEGUENTI VANTAGGI
Il calore ottenuto dall'ossidazione dei gas può essere utilizzato direttamente in loco e idrogeno e ossigeno si ottengono dallo smaltimento dei vapori di scarico e delle acque industriali.
Basso consumo di acqua durante la generazione di elettricità e calore.
La semplicità del metodo.
Risparmio energetico significativo, come viene speso solo per riscaldare l'avviatore a un regime termico costante.
Elevata produttività di processo, perché la dissociazione delle molecole d'acqua dura decimi di secondo.
Esplosione e sicurezza antincendio del metodo, perché nella sua attuazione, non sono necessari serbatoi per raccogliere idrogeno e ossigeno.
Durante il funzionamento dell'impianto, l'acqua viene ripetutamente purificata, trasformandosi in acqua distillata. Ciò elimina le precipitazioni e le incrostazioni, aumentando la durata dell'installazione.
L'installazione è realizzata in acciaio ordinario; ad eccezione delle caldaie in acciai resistenti al calore con rivestimento e schermatura delle pareti. Cioè, non sono richiesti materiali costosi speciali.
L'invenzione può trovare applicazione in
industria sostituendo idrocarburi e combustibili nucleari nelle centrali elettriche con acqua a basso costo, diffusa ed ecologica, pur mantenendo la potenza di queste centrali.
RECLAMO
Metodo per la produzione di idrogeno e ossigeno dal vapore acqueo
, che include il passaggio di questo vapore attraverso un campo elettrico, caratterizzato dal fatto che il vapore acqueo surriscaldato viene utilizzato con una temperatura 500 - 550°C
, fatto passare attraverso un campo elettrico in corrente continua ad alta tensione per dissociare il vapore e separarlo in atomi di idrogeno e ossigeno.
Volevo fare una cosa del genere da molto tempo. Ma ulteriori esperimenti con una batteria e un paio di elettrodi non hanno raggiunto. Volevo realizzare un vero e proprio apparato per la produzione di idrogeno, in quantità per gonfiare il pallone. Prima di realizzare un apparato a tutti gli effetti per l'elettrolisi dell'acqua a casa, ho deciso di controllare tutto sul modello.
Lo schema generale dell'elettrolizzatore si presenta così.
Questo modello non è adatto per l'uso quotidiano completo. Ma l'idea è stata messa alla prova.
Quindi per gli elettrodi ho deciso di usare la grafite. Un'ottima fonte di grafite per gli elettrodi è il collettore di corrente del filobus. Ce ne sono molti in giro alle fermate finali. Va ricordato che uno degli elettrodi verrà distrutto.
Segare e rifinire con una lima. L'intensità dell'elettrolisi dipende dalla forza della corrente e dall'area degli elettrodi.
I fili sono attaccati agli elettrodi. I fili devono essere accuratamente isolati.
Le bottiglie di plastica sono abbastanza adatte per il corpo del modello di elettrolizzatore. I fori sono praticati nel coperchio per tubi e fili.
Tutto è accuratamente rivestito con sigillante.
I colli di bottiglia tagliati sono adatti per collegare due contenitori.
Devono essere collegati insieme e fuso la cucitura.
I dadi sono fatti di tappi di bottiglia.
I fori sono praticati sul fondo di due bottiglie. Tutto è collegato e accuratamente riempito di sigillante.
Utilizzeremo una rete domestica da 220 V come fonte di tensione. Voglio avvertirti che questo è un giocattolo piuttosto pericoloso. Quindi, se non ci sono competenze sufficienti o ci sono dubbi, allora è meglio non ripetere. Nella rete domestica abbiamo la corrente alternata, per l'elettrolisi deve essere raddrizzata. Un ponte a diodi è perfetto per questo. Quello nella foto non era abbastanza potente e si è bruciato rapidamente. L'opzione migliore era il ponte a diodi MB156 cinese in un case in alluminio.
Il ponte a diodi diventa molto caldo. Richiede raffreddamento attivo. Un dispositivo di raffreddamento per un processore per computer si adatterà perfettamente. Per la custodia, è possibile utilizzare una scatola di saldatura di dimensioni adeguate. Venduto in articoli elettrici.
Sotto il ponte a diodi è necessario mettere diversi strati di cartone.
I fori necessari sono praticati nel coperchio della scatola di saldatura.
Ecco come appare l'unità assemblata. L'elettrolizzatore è alimentato dalla rete, il ventilatore da una fonte di alimentazione universale. Come elettrolita viene utilizzata una soluzione di bicarbonato di sodio. Qui va ricordato che maggiore è la concentrazione della soluzione, maggiore è la velocità di reazione. Ma allo stesso tempo, il riscaldamento è più alto. Inoltre, la reazione di decomposizione del sodio al catodo contribuirà al riscaldamento. Questa reazione è esotermica. Di conseguenza, si formeranno idrogeno e idrossido di sodio.
Il dispositivo nella foto sopra era molto caldo. È stato necessario spegnerlo periodicamente e attendere che si raffreddi. Il problema con il riscaldamento è stato parzialmente risolto raffreddando l'elettrolita. Per questo, ho usato una pompa per fontana da tavolo. Un lungo tubo va da una bottiglia all'altra attraverso una pompa e un secchio di acqua fredda.
La rilevanza di questo problema oggi è piuttosto elevata a causa del fatto che l'ambito dell'uso dell'idrogeno è estremamente ampio e nella sua forma pura non si trova praticamente da nessuna parte in natura. Ecco perché sono stati sviluppati diversi metodi per estrarre questo gas da altri composti attraverso reazioni chimiche e fisiche. Questo è ciò che viene discusso in questo articolo.
Produzione di idrogeno in casa
Scelta di una cella elettrolitica
Per ottenere un elemento della casa, è necessario un apparato speciale: un elettrolizzatore.Ci sono molte opzioni per tali apparecchiature sul mercato, i dispositivi sono offerti sia da note società tecnologiche che da piccoli produttori. Le unità di marca sono più costose, ma la loro qualità costruttiva è superiore.
L'elettrodomestico è di piccole dimensioni e facile da usare. I suoi dettagli principali sono:
Elettrolizzatore: che cos'è
- riformatore;
- sistema di pulizia;
- celle a combustibile;
- compressore attrezzature;
- serbatoio di accumulo di idrogeno.
La semplice acqua del rubinetto viene presa come materia prima e l'elettricità proviene da una normale presa di corrente. Le unità a energia solare risparmiano sull'elettricità.
L'idrogeno "domestico" viene utilizzato nei sistemi di riscaldamento o di cottura. Inoltre arricchiscono la miscela aria-carburante per aumentare la potenza dei motori delle auto.
Realizzare il dispositivo con le tue mani
È ancora più economico realizzare il dispositivo da soli a casa. Una cella a secco si presenta come un contenitore sigillato, costituito da due piastre di elettrodi in un contenitore con una soluzione elettrolitica. Il World Wide Web offre una varietà di schemi per l'assemblaggio di dispositivi di diversi modelli:
- con due filtri;
- con la disposizione superiore o inferiore del contenitore;
- con due o tre valvole;
- con tavola zincata;
- sugli elettrodi.
Schema del dispositivo di elettrolisi
Un semplice dispositivo per la produzione di idrogeno è facile da creare. Richiederà:
- lamiera di acciaio inossidabile;
- tubo trasparente;
- accessori;
- contenitore di plastica (1,5 l);
- filtro dell'acqua e valvola di non ritorno.
Il dispositivo di un semplice dispositivo per la produzione di idrogeno
Inoltre, saranno necessari vari hardware: dadi, rondelle, bulloni. Prima di tutto, devi tagliare il foglio in 16 scomparti quadrati, ritagliare un angolo da ciascuno di essi. Nell'angolo opposto ad esso, è necessario praticare un foro per avvitare le piastre. Per garantire una corrente costante, le piastre devono essere collegate secondo lo schema: più-meno-più-meno. Queste parti sono isolate l'una dall'altra con un tubo e alla connessione con un bullone e rondelle (tre pezzi tra le piastre). 8 piastre sono posizionate sul più e sul meno.
Con un montaggio corretto, i bordi delle piastre non toccheranno gli elettrodi. Le parti raccolte vengono calate in un contenitore di plastica. Nel punto in cui le pareti si toccano, vengono praticati due fori di montaggio con bulloni. Installare una valvola di sicurezza per rimuovere il gas in eccesso. I raccordi sono montati nel coperchio del contenitore e le cuciture sono sigillate con silicone.
Test del dispositivo
Per testare il dispositivo, eseguire diverse azioni:
Schema di produzione di idrogeno
- Riempi di liquido.
- Coprendo con un coperchio, collegare un'estremità del tubo al raccordo.
- Il secondo viene calato in acqua.
- Collegare a una fonte di alimentazione.
Dopo aver collegato il dispositivo alla presa, dopo alcuni secondi si noterà il processo di elettrolisi e la precipitazione.
L'acqua pura non ha una buona conduttività elettrica. Per migliorare questo indicatore, è necessario creare una soluzione elettrolitica aggiungendo alcali - idrossido di sodio. È in composizioni per la pulizia di tubi come "Mole".
Metodi per la produzione di idrogeno
L'idrogeno è un elemento gassoso incolore e inodore con una densità di 1/14 rispetto all'aria. Raramente si trova nello stato libero. Solitamente l'idrogeno è combinato con altri elementi chimici: ossigeno, carbonio.
La produzione di idrogeno per il fabbisogno industriale e l'energia viene effettuata con diversi metodi. I più popolari sono:
- elettrolisi dell'acqua;
- metodo di concentrazione;
- condensazione a bassa temperatura;
- adsorbimento.
L'idrogeno può essere isolato non solo dai composti del gas o dell'acqua. L'idrogeno viene prodotto esponendo legno e carbone ad alte temperature, nonché elaborando rifiuti organici.
L'idrogeno atomico per l'ingegneria energetica si ottiene utilizzando il metodo di dissociazione termica di una sostanza molecolare su un filo di platino, tungsteno o palladio. Viene riscaldato in un ambiente di idrogeno a una pressione inferiore a 1,33 Pa.Gli elementi radioattivi sono anche usati per produrre idrogeno.
Dissociazione termica
metodo di elettrolisi
Il metodo più semplice e popolare di estrazione dell'idrogeno è l'elettrolisi dell'acqua. Permette di ottenere idrogeno praticamente puro. Altri vantaggi di questo metodo sono:
Il principio di funzionamento del generatore di idrogeno per elettrolisi
- disponibilità di materie prime;
- ottenere un elemento in pressione;
- la possibilità di automatizzare il processo per mancanza di parti mobili.
La procedura per scindere un liquido mediante elettrolisi è l'inverso della combustione dell'idrogeno. La sua essenza è che sotto l'influenza della corrente continua, ossigeno e idrogeno vengono rilasciati su elettrodi immersi in una soluzione acquosa di elettroliti.
Un ulteriore vantaggio è la produzione di sottoprodotti con valore industriale. Pertanto, l'ossigeno in grande volume è necessario per catalizzare i processi tecnologici nel settore energetico, pulire il suolo e i corpi idrici e smaltire i rifiuti domestici. L'acqua pesante prodotta dall'elettrolisi viene utilizzata nell'industria energetica nei reattori nucleari.
Produzione di idrogeno per concentrazione
Questo metodo si basa sulla separazione di un elemento dalle miscele di gas che lo contengono. Pertanto, la maggior parte della sostanza prodotta nei volumi industriali viene estratta utilizzando il steam reforming del metano. L'idrogeno prodotto in questo processo viene utilizzato nell'energia, nella raffinazione del petrolio, nell'industria dei razzi, nonché per la produzione di fertilizzanti azotati. Il processo per ottenere H2 viene eseguito in diversi modi:
- ciclo breve;
- criogenico;
- membrana.
Quest'ultimo metodo è considerato il più efficace e meno costoso.
Condensazione a basse temperature
Questa tecnica per ottenere H2 consiste nel forte raffreddamento dei composti gassosi sotto pressione. Di conseguenza, si trasformano in un sistema bifase, che viene successivamente separato da un separatore in una componente liquida e in una gassosa. I mezzi liquidi sono usati per il raffreddamento:
- acqua;
- etano liquefatto o propano;
- ammoniaca liquida.
Questa procedura non è così semplice come sembra. Non sarà possibile separare in modo pulito i gas di idrocarburi alla volta. Parte dei componenti lascerà con il gas prelevato dal vano di separazione, il che non è economico. Il problema può essere risolto raffreddando in profondità la materia prima prima della separazione. Ma questo richiede molta energia.
Nei moderni sistemi di condensatori a bassa temperatura sono inoltre previste colonne di demetanizzazione o deetanizzazione. La fase gassosa viene rimossa dall'ultimo stadio di separazione e il liquido viene inviato alla colonna di distillazione con il flusso di gas grezzo dopo lo scambio termico.
Metodo di adsorbimento
Durante l'adsorbimento, gli adsorbenti vengono utilizzati per rilasciare idrogeno - sostanze solide che assorbono i componenti necessari della miscela di gas. Come adsorbenti vengono utilizzati carbone attivo, gel di silicato, zeoliti. Per eseguire questo processo vengono utilizzati dispositivi speciali: adsorbitori ciclici o setacci molecolari. Se implementato sotto pressione, questo metodo può recuperare l'85% di idrogeno.
Se confrontiamo l'adsorbimento con la condensazione a bassa temperatura, possiamo notare i minori costi operativi e di materiale del processo, in media del 30%. Il metodo di adsorbimento produce idrogeno per produrre energia e con l'uso di solventi. Questo metodo consente l'estrazione del 90 percento di H2 dalla miscela di gas e la produzione del prodotto finale con una concentrazione di idrogeno fino al 99,9%.
