האם חימום עם מימן הוא פוטנציאל?

שיטות להפקת מימן בתנאים תעשייתיים

מיצוי על ידי המרת מתאן
. מים מאודים, שחוממו מראש ל-1000 מעלות צלזיוס, מעורבבים עם מתאן בלחץ ובנוכחות זרז. השיטה הזו מעניינת ומוכחת, יש לציין גם שהיא משתפרת כל הזמן: מתבצע חיפוש אחר זרזים חדשים, זולים ויעילים יותר.

שקול את השיטה העתיקה ביותר להשגת מימן - גז פחם
. בהיעדר גישה לאוויר וטמפרטורה של 1300 מעלות צלזיוס, מתחממים אדי פחם ואדי מים. כך, מימן נעקר מהמים, ומתקבל פחמן דו חמצני (מימן יהיה בחלק העליון, פחמן דו חמצני, המתקבל גם הוא כתוצאה מהתגובה, יהיה בתחתית). זו תהיה ההפרדה של תערובת הגז, הכל מאוד פשוט.

השגת מימן על ידי אלקטרוליזה של מים
נחשב לאפשרות הקלה ביותר. לצורך היישום שלה, יש צורך לשפוך תמיסה של סודה לתוך המיכל, וגם למקם שני אלמנטים חשמליים שם. אחד יהיה טעון חיובי (אנודה) והשני שלילי (קתודה). כאשר מופעל זרם, מימן יעבור לקתודה, וחמצן לאנודה.

השגת מימן לפי השיטה חמצון חלקי
. לשם כך, נעשה שימוש בסגסוגת של אלומיניום וגאליום. הוא ממוקם במים, מה שמוביל ליצירת מימן ותחמוצת אלומיניום במהלך התגובה. גליום הכרחי כדי שהתגובה תתרחש במלואה (יסוד זה לא יאפשר לאלומיניום להתחמצן בטרם עת).

לאחרונה זכה לרלוונטיות שיטת השימוש בביוטכנולוגיות
: במצב של חוסר חמצן וגופרית, הכלמידומונס מתחיל לשחרר מימן באופן אינטנסיבי. השפעה מעניינת מאוד, אשר כעת נחקרת באופן פעיל.

אל תשכח עוד שיטה ישנה ומוכחת להפקת מימן, שהיא שימוש שונה יסודות אלקליים
ומים. באופן עקרוני, טכניקה זו אפשרית בתנאי מעבדה עם אמצעי האבטחה הדרושים. כך, במהלך התגובה (היא ממשיכה בחימום ועם זרזים), נוצרים תחמוצת מתכת ומימן. נותר רק לאסוף אותו.

תביא מימן אינטראקציות של מים ופחמן חד חמצני
אפשרי רק בסביבה תעשייתית. פחמן דו חמצני ומימן נוצרים, עקרון ההפרדה שלהם מתואר לעיל.

להמצאה יש את היתרונות הבאים

ניתן להשתמש בחום המתקבל מחמצון גזים ישירות באתר, ומימן וחמצן מתקבלים מסילוק קיטור פליטה ומי תהליך.

צריכת מים נמוכה בהפקת חשמל וחום.

פשטות השיטה.

חיסכון משמעותי באנרגיה, כמו הוא מושקע רק בחימום המתנע למשטר תרמי יציב.

פרודוקטיביות תהליכים גבוהה, כי פירוק מולקולות מים נמשך עשיריות השנייה.

בטיחות פיצוץ ואש של השיטה, כי ביישומו, אין צורך במיכלים לאיסוף מימן וחמצן.

במהלך פעולת המתקן, המים מטוהרים שוב ושוב, והופכים למים מזוקקים. זה מבטל משקעים ואבנית, מה שמגדיל את חיי השירות של ההתקנה.

המתקן עשוי מפלדה רגילה; למעט דוודים העשויים מפלדות עמידות חום עם בטנה ומיגון של הקירות שלהם. כלומר, חומרים יקרים מיוחדים אינם נדרשים.

ההמצאה עשויה למצוא יישום ב
התעשייה על ידי החלפת פחמימנים ודלק גרעיני בתחנות כוח במים זולים, נפוצים וידידותיים לסביבה, תוך שמירה על הספק של תחנות אלו.

תְבִיעָה

שיטה להפקת מימן וחמצן מאדי מים
, הכולל העברת קיטור זה דרך שדה חשמלי, המאופיין בכך שמשתמשים באדי מים מחוממים עם טמפרטורה 500 - 550 o C
, עבר דרך שדה חשמלי זרם ישר במתח גבוה כדי לנתק את האדים ולהפריד אותו לאטומי מימן וחמצן.

הרבה זמן רציתי לעשות משהו כזה. אבל ניסויים נוספים עם סוללה וזוג אלקטרודות לא הגיעו. רציתי להכין מנגנון מלא לייצור מימן, בכמויות על מנת לנפח את הבלון. לפני ביצוע מכשיר מן המניין לאלקטרוליזה מים בבית, החלטתי לבדוק הכל על הדגם.

התוכנית הכללית של האלקטרוליזר נראית כך.

דגם זה אינו מתאים לשימוש יומיומי מלא. אבל הרעיון נבחן.

אז עבור האלקטרודות, החלטתי להשתמש בגרפיט. מקור מצוין של גרפיט עבור אלקטרודות הוא קולט זרם אוטובוס הטרולי. יש הרבה מהם שוכבים בתחנה הסופית. יש לזכור שאחת האלקטרודות תיהרס.

ניסור וגימור עם קובץ. עוצמת האלקטרוליזה תלויה בחוזק הזרם ובשטח האלקטרודות.

חוטים מחוברים לאלקטרודות. החוטים חייבים להיות מבודדים בקפידה.

בקבוקי פלסטיק מתאימים למדי לגוף של דגם האלקטרוליזר. במכסה עשויים חורים לצינורות וחוטים.

הכל מצופה בזהירות עם איטום.

צווארי בקבוק חתוכים מתאימים לחיבור שני מיכלים.

הם צריכים להיות מחוברים יחד ולהמיס את התפר.

אגוזים עשויים מפקקי בקבוקים.

בתחתית שני בקבוקים עשויים חורים. הכל מחובר וממולא בקפידה באיטום.

נשתמש ברשת ביתית 220V כמקור מתח. אני רוצה להזהיר אותך שזה צעצוע די מסוכן. אז, אם אין כישורים מספיקים או שיש ספקות, אז עדיף לא לחזור. ברשת הביתית יש לנו זרם חילופין, לצורך אלקטרוליזה יש ליישר אותו. גשר דיודה מושלם עבור זה. זה שבתמונה לא היה חזק מספיק ונשרף במהירות. האפשרות הטובה ביותר הייתה גשר הדיודה הסיני MB156 במארז אלומיניום.

גשר הדיודה מתחמם מאוד. דורש קירור אקטיבי. מצנן למעבד מחשב יתאים בצורה מושלמת. למקרה, אתה יכול להשתמש בקופסת הלחמה בגודל מתאים. נמכר במוצרי חשמל.

מתחת לגשר הדיודה יש ​​צורך לשים מספר שכבות של קרטון.

החורים הדרושים נעשים במכסה של תיבת ההלחמה.

כך נראית היחידה המורכבת. האלקטרוליזר מופעל מרשת החשמל, המאוורר ממקור מתח אוניברסלי. תמיסה של סודה לשתייה משמשת כאלקטרוליט. כאן יש לזכור שככל שריכוז התמיסה גבוה יותר, כך קצב התגובה גבוה יותר. אבל יחד עם זאת, החימום גבוה יותר. יתרה מכך, התגובה של פירוק נתרן בקתודה תתרום את תרומתה לחימום. תגובה זו היא אקסותרמית. כתוצאה מכך יווצרו מימן ונתרן הידרוקסיד.

המכשיר בתמונה למעלה היה חם מאוד. היה צריך לכבות אותו מדי פעם ולהמתין עד שהוא יתקרר. בעיית החימום נפתרה חלקית על ידי קירור האלקטרוליט. לשם כך, השתמשתי במשאבת מזרקה שולחנית. צינור ארוך עובר מבקבוק אחד למשנהו דרך משאבה ודלי מים קרים.

הרלוונטיות של סוגיה זו כיום גבוהה למדי בשל העובדה שהיקף השימוש במימן נרחב ביותר, ובצורתו הטהורה הוא כמעט ואינו נמצא בשום מקום בטבע. לכן פותחו מספר שיטות להפקת גז זה מתרכובות אחרות באמצעות תגובות כימיות ופיזיקליות. זה מה שנדון במאמר זה.

ייצור מימן במשק הבית

בחירת תא אלקטרוליטי

כדי להשיג אלמנט של הבית, יש צורך במכשיר מיוחד - אלקטרוליזר.ישנן אפשרויות רבות לציוד כזה בשוק, המכשירים מוצעים הן על ידי תאגידי טכנולוגיה ידועים והן על ידי יצרנים קטנים. יחידות ממותגות יקרות יותר, אך איכות הבנייה שלהן גבוהה יותר.

המכשיר הביתי קטן בגודלו וקל לשימוש. הפרטים העיקריים שלו הם:

אלקטרוליזר - מה זה

• מְתַקֵן;
• מערכת ניקוי;
• תאי דלק;
• ציוד מדחס;
• מיכל אחסון מימן.

מי ברז פשוטים נלקחים כחומר גלם, והחשמל מגיע משקע רגיל. יחידות המונעות על ידי שמש חוסכות בחשמל.

מימן "ביתי" משמש במערכות חימום או בישול. הם גם מעשירים את תערובת האוויר והדלק כדי להגביר את הכוח של מנועי המכוניות.

הכנת המכשיר במו ידיכם

אפילו יותר זול להכין את המכשיר לבד בבית. תא יבש נראה כמו מיכל אטום, המורכב משתי לוחות אלקטרודות במיכל עם תמיסה אלקטרוליטית. ה-World Wide Web מציע מגוון תוכניות להרכבת מכשירים מדגמים שונים:

• עם שני מסננים;
• עם הסידור העליון או התחתון של המיכל;
• עם שניים או שלושה שסתומים;
• עם לוח מגולוון;
• על האלקטרודות.

תכנית של מכשיר האלקטרוליזה

קל ליצור מכשיר פשוט להפקת מימן. זה ידרוש:

• גיליון נירוסטה;
• צינור שקוף;
• אביזרי;
• מיכל פלסטיק (1.5 ליטר);
• מסנן מים ושסתום סימון.

התקן של מכשיר פשוט להפקת מימן

בנוסף, יהיה צורך בחומרה שונה: אגוזים, דסקיות, ברגים. קודם כל, אתה צריך לחתוך את הסדין ל-16 תאים מרובעים, לחתוך פינה מכל אחד מהם. בפינה הנגדית ממנו, יש צורך לקדוח חור להברגת הצלחות. כדי להבטיח זרם קבוע, יש לחבר את הלוחות לפי הסכימה: פלוס מינוס פלוס מינוס. חלקים אלה מבודדים זה מזה עם צינור, ובחיבור עם בורג ודסקיות (שלושה חלקים בין הלוחות). 8 צלחות מונחות על הפלוס והמינוס.

עם הרכבה נכונה, הקצוות של הלוחות לא יגעו באלקטרודות. החלקים שנאספו מורידים למיכל פלסטיק. במקום בו הקירות נוגעים, שני חורי הרכבה עשויים עם ברגים. התקן שסתום בטיחות כדי להסיר עודפי גז. אביזרים מותקנים במכסה של המיכל והתפרים אטומים בסיליקון.

בדיקת מכשיר

כדי לבדוק את המכשיר, בצע מספר פעולות:

ערכת ייצור מימן

1. ממלאים בנוזל.
2. מכסים במכסה, מחברים קצה אחד של הצינור לאביזר.
3. השני מוריד למים.
4. חבר למקור מתח.

לאחר חיבור המכשיר לשקע, לאחר מספר שניות, תהליך האלקטרוליזה והמשקעים יורגשו.

למים טהורים אין מוליכות חשמלית טובה. כדי לשפר מחוון זה, אתה צריך ליצור תמיסה אלקטרוליטית על ידי הוספת אלקלי - נתרן הידרוקסיד. זה בהרכבים לניקוי צינורות כמו "שומה".

שיטות לייצור מימן

מימן הוא יסוד גזי חסר צבע וריח בעל צפיפות של 1/14 ביחס לאוויר. לעתים רחוקות הוא נמצא במדינה החופשית. בדרך כלל מימן משולב עם יסודות כימיים אחרים: חמצן, פחמן.

ייצור מימן לצרכים תעשייתיים ואנרגיה מתבצע במספר שיטות. הפופולריים ביותר הם:

• אלקטרוליזה של מים;
• שיטת ריכוז;
• עיבוי בטמפרטורה נמוכה;
• סְפִיחָה.

ניתן לבודד מימן לא רק מתרכובות גז או מים. מימן מיוצר על ידי חשיפת עץ ופחם לטמפרטורות גבוהות, וכן על ידי עיבוד פסולת ביולוגית.

מימן אטומי להנדסת חשמל מתקבל בשיטה של ​​פירוק תרמי של חומר מולקולרי על חוט עשוי פלטינה, טונגסטן או פלדיום. הוא מחומם בסביבת מימן בלחץ של פחות מ-1.33 Pa.יסודות רדיואקטיביים משמשים גם לייצור מימן.

דיסוציאציה תרמית

שיטת אלקטרוליזה

השיטה הפשוטה והפופולרית ביותר למיצוי מימן היא אלקטרוליזה במים. זה מאפשר השגת מימן טהור כמעט. יתרונות נוספים של שיטה זו הם:

עקרון הפעולה של מחולל מימן אלקטרוליזה

• זמינות חומרי גלם;
• השגת אלמנט בלחץ;
• האפשרות לבצע אוטומציה של התהליך עקב היעדר חלקים נעים.

ההליך לפיצול נוזל על ידי אלקטרוליזה הוא הפוך משריפת מימן. המהות שלו היא שבהשפעת זרם ישר משתחררים חמצן ומימן על אלקטרודות הטבולות בתמיסת אלקטרוליט מימית.

יתרון נוסף הוא ייצור תוצרי לוואי בעלי ערך תעשייתי. לפיכך, חמצן בנפח גדול נחוץ לזרז תהליכים טכנולוגיים במשק האנרגיה, ניקוי קרקע ומים ופינוי פסולת ביתית. מים כבדים המיוצרים על ידי אלקטרוליזה משמשים בתעשיית החשמל בכורים גרעיניים.

ייצור מימן לפי ריכוז

שיטה זו מבוססת על הפרדת היסוד מתערובות הגזים המכילות אותו. לפיכך, החלק הגדול ביותר של החומר המיוצר בנפחים תעשייתיים מופק באמצעות ריפורמציה בקיטור של מתאן. מימן המיוצר בתהליך זה משמש באנרגיה, זיקוק נפט, תעשיית רקטות וכן לייצור דשני חנקן. תהליך קבלת H2 מתבצע בדרכים שונות:

• מחזור קצר;
• קריוגני;
• קְרוּם.

השיטה האחרונה נחשבת ליעילה ביותר ולפחות יקרה.

עיבוי בטמפרטורות נמוכות

טכניקה זו להשגת H2 מורכבת מקירור חזק של תרכובות גז תחת לחץ. כתוצאה מכך, הם הופכים למערכת דו-פאזית, אשר מופרדת לאחר מכן על ידי מפריד לרכיב נוזלי ולגז. מדיה נוזלית משמשת לקירור:

• מים;
• אתאן נוזלי או פרופאן;
• אמוניה נוזלית.

הליך זה אינו פשוט כפי שהוא נראה. לא ניתן יהיה להפריד באופן נקי גזי פחמימנים בכל פעם. חלק מהרכיבים ייצאו עם הגז שנלקח מתא ההפרדה, וזה לא חסכוני. ניתן לפתור את הבעיה על ידי קירור עמוק של חומר הגלם לפני ההפרדה. אבל זה דורש הרבה אנרגיה.

במערכות מודרניות של מעבים בטמפרטורה נמוכה, מסופקות בנוסף עמודות דה-מתאניזציה או דה-אטאניזציה. שלב הגז מוסר משלב ההפרדה האחרון, והנוזל נשלח לעמוד הזיקוק עם זרימת הגז הגולמי לאחר חילופי החום.

שיטת ספיחה

במהלך הספיחה משתמשים בחומרים סופחים לשחרור מימן - חומרים מוצקים הסופגים את המרכיבים הדרושים לתערובת הגז. פחם פעיל, ג'ל סיליקט, זאוליטים משמשים כסופחים. כדי לבצע תהליך זה, משתמשים במכשירים מיוחדים - סופחים מחזוריים או נפות מולקולריות. כאשר מיושמת תחת לחץ, שיטה זו יכולה לשחזר 85 אחוז מימן.

אם נשווה ספיחה לעיבוי בטמפרטורה נמוכה, נוכל לציין את עלויות החומר והתפעול הנמוכות יותר של התהליך - בממוצע, ב-30 אחוז. שיטת הספיחה מייצרת מימן לאנרגיה ובשימוש בממיסים. שיטה זו מאפשרת מיצוי של 90 אחוז מ-H2 מתערובת הגז והפקת התוצר הסופי בריכוז מימן של עד 99.9%.