Ar šildymas vandeniliu yra perspektyvus?

Vandenilio gamybos pramoninėmis sąlygomis metodai

Ekstrahavimas metano konversijos būdu
. Išgarintas vanduo, pašildytas iki 1000 laipsnių Celsijaus, sumaišomas su metanu esant slėgiui ir esant katalizatoriui. Šis metodas yra įdomus ir pasiteisinęs, taip pat reikia pažymėti, kad jis nuolat tobulinamas: ieškoma naujų pigesnių ir efektyvesnių katalizatorių.

Apsvarstykite seniausią vandenilio gavimo būdą - anglies dujinimas
. Nesant oro prieigos ir 1300 laipsnių Celsijaus temperatūrai, anglis ir vandens garai šildomi. Taip iš vandens išstumiamas vandenilis ir gaunamas anglies dioksidas (vandenilis bus viršuje, anglies dioksidas, taip pat gautas reakcijos metu, – apačioje). Tai bus dujų mišinio atskyrimas, viskas labai paprasta.

Vandenilio gavimas naudojant vandens elektrolizė
laikomas lengviausiu variantu. Norint jį įgyvendinti, į indą reikia įpilti sodos tirpalo, taip pat įdėti du elektrinius elementus. Vienas bus teigiamai įkrautas (anodas), o kitas neigiamai (katodas). Įjungus srovę, vandenilis pateks į katodą, o deguonis - į anodą.

Vandenilio gavimas pagal metodą dalinė oksidacija
. Tam naudojamas aliuminio ir galio lydinys. Jis dedamas į vandenį, dėl kurio reakcijos metu susidaro vandenilis ir aliuminio oksidas. Galis būtinas, kad reakcija vyktų visapusiškai (šis elementas neleis aliuminiui per anksti oksiduotis).

Neseniai įgijo aktualumą biotechnologijų panaudojimo būdas
: kai trūksta deguonies ir sieros, chlamidomonas pradeda intensyviai išskirti vandenilį. Labai įdomus efektas, kuris dabar aktyviai tiriamas.

Nepamirškite dar vieno seno, patikrinto vandenilio gamybos būdo – kitokio naudojimo šarminiai elementai
ir vandens. Iš esmės šis metodas yra įmanomas laboratorinėmis sąlygomis, laikantis būtinų saugumo priemonių. Taigi reakcijos metu (ji vyksta kaitinant ir naudojant katalizatorius) susidaro metalo oksidas ir vandenilis. Belieka tik jį surinkti.

Gaukite vandenilio vandens ir anglies monoksido sąveika
galima tik pramoninėje aplinkoje. Susidaro anglies dioksidas ir vandenilis, jų atskyrimo principas aprašytas aukščiau.

IŠRADIMAS TURI ŠIUS PRIVALUMUS

Šiluma, gauta oksiduojant dujas, gali būti naudojama tiesiogiai vietoje, o vandenilis ir deguonis gaunami šalinant išmetamuosius garus ir pramoninį vandenį.

Mažas vandens suvartojimas gaminant elektrą ir šilumą.

Metodo paprastumas.

Žymiai sutaupoma energijos, kaip jis išleidžiamas tik starteriui pašildyti iki pastovaus šiluminio režimo.

Didelis proceso našumas, nes vandens molekulių disociacija trunka dešimtąsias sekundės dalis.

Metodo sprogimo ir priešgaisrinė sauga, nes jį įgyvendinant, nereikia rezervuarų vandeniliui ir deguoniui surinkti.

Įrenginio veikimo metu vanduo pakartotinai valomas, virsdamas distiliuotu vandeniu. Tai pašalina kritulių ir nuosėdų susidarymą, o tai padidina įrenginio tarnavimo laiką.

Montavimas pagamintas iš paprasto plieno; išskyrus katilus iš karščiui atsparaus plieno su pamušalu ir jų sienelių ekranavimu. Tai yra, specialių brangių medžiagų nereikia.

Išradimas gali būti pritaikytas
pramonę pakeičiant angliavandenilį ir branduolinį kurą elektrinėse pigiu, plačiai paplitusiu ir aplinkai nekenksmingu vandeniu, išlaikant šių elektrinių galią.

REIKALAVIMAS

Vandenilio ir deguonies gavimo iš vandens garų metodas
, kuris apima šių garų praleidimą per elektrinį lauką, pasižymintis tuo, kad naudojami perkaitinti vandens garai, kurių temperatūra 500 - 550 o C
, praleidžiamas per aukštos įtampos nuolatinės srovės elektrinį lauką, kad atskirtų garus ir atskirtų juos į vandenilio ir deguonies atomus.

Jau seniai norėjau padaryti kažką panašaus. Tačiau tolesni eksperimentai su baterija ir elektrodų pora nepasiekė. Norėjau pagaminti pilnavertį aparatą vandenilio gamybai, tokiais kiekiais, kad pripūstų balioną. Prieš gamindami visavertį vandens elektrolizės aparatą namie, nusprendžiau viską patikrinti modelyje.

Bendra elektrolizatoriaus schema atrodo taip.

Šis modelis netinka pilnavertiniam kasdieniam naudojimui. Tačiau idėja buvo išbandyta.

Taigi elektrodams nusprendžiau naudoti grafitą. Puikus grafito šaltinis elektrodams yra troleibusų magistralės srovės kolektorius. Galutinėse stotelėse jų guli daugybė. Reikia atsiminti, kad vienas iš elektrodų bus sunaikintas.

Pjovimas ir apdaila dilde. Elektrolizės intensyvumas priklauso nuo srovės stiprumo ir elektrodų ploto.

Prie elektrodų tvirtinami laidai. Laidai turi būti kruopščiai izoliuoti.

Plastikiniai buteliai yra gana tinkami elektrolizatoriaus modelio korpusui. Dangtelyje padarytos skylės vamzdeliams ir laidams.

Viskas kruopščiai padengta sandarikliu.

Nupjauti butelių kakliukai tinka sujungti dvi talpas.

Juos reikia sujungti ir išlydyti siūlę.

Riešutai gaminami iš butelių kamštelių.

Dviejų butelių apačioje padarytos skylės. Viskas sujungta ir kruopščiai užpildyta sandarikliu.

Kaip įtampos šaltinį naudosime 220V buitinį tinklą. Noriu perspėti, kad tai gana pavojingas žaislas. Taigi, jei nėra pakankamai įgūdžių arba kyla abejonių, geriau nekartoti. Buitiniame tinkle turime kintamąją srovę, elektrolizei ją reikia ištiesinti. Tam puikiai tinka diodinis tiltelis. Nuotraukoje esantis nebuvo pakankamai galingas ir greitai perdegė. Geriausias variantas buvo kiniškas MB156 diodinis tiltelis aliuminio korpuse.

Diodinis tiltelis labai įkaista. Reikalingas aktyvus aušinimas. Puikiai tiks aušintuvas kompiuterio procesoriui. Šiuo atveju galite naudoti tinkamo dydžio litavimo dėžę. Parduodama elektros prekėmis.

Po diodiniu tilteliu būtina įdėti kelis kartono sluoksnius.

Litavimo dėžutės dangtelyje padarytos reikalingos skylės.

Taip atrodo surinktas įrenginys. Elektrolizatorius maitinamas iš elektros tinklo, ventiliatorius iš universalaus maitinimo šaltinio. Kepimo sodos tirpalas naudojamas kaip elektrolitas. Čia reikia atsiminti, kad kuo didesnė tirpalo koncentracija, tuo didesnis reakcijos greitis. Tačiau tuo pačiu metu šildymas yra didesnis. Be to, natrio skilimo reakcija katode prisidės prie šildymo. Ši reakcija yra egzoterminė. Dėl to susidarys vandenilis ir natrio hidroksidas.

Aukščiau esančioje nuotraukoje įrenginys buvo labai karštas. Reikėjo periodiškai jį išjungti ir palaukti, kol atvės. Šildymo problema iš dalies buvo išspręsta aušinant elektrolitą. Tam panaudojau stalinį fontano siurblį. Ilgas vamzdis eina iš vieno butelio į kitą per siurblį ir kibirą šalto vandens.

Šios problemos aktualumas šiandien yra gana didelis dėl to, kad vandenilio panaudojimo sritis yra labai plati, o gryna jo gamtoje praktiškai nėra. Štai kodėl buvo sukurti keli metodai, kaip išgauti šias dujas iš kitų junginių cheminėmis ir fizinėmis reakcijomis. Būtent tai yra aptariama šiame straipsnyje.

Vandenilio gamyba buityje

Elektrolitinio elemento pasirinkimas

Norint gauti namo elementą, reikalingas specialus aparatas - elektrolizatorius.Rinkoje yra daugybė tokios įrangos variantų, įrenginius siūlo tiek žinomos technologijų korporacijos, tiek smulkūs gamintojai. Firminiai vienetai yra brangesni, tačiau jų surinkimo kokybė aukštesnė.

Buitinė technika yra mažo dydžio ir paprasta naudoti. Pagrindinės jo detalės yra šios:

Elektrolizatorius - kas tai

• reformatorius;
• valymo sistema;
• kuro elementai;
• kompresorių įranga;
• vandenilio laikymo bakas.

Kaip žaliava imamas paprastas vanduo iš čiaupo, o elektra gaunama iš įprasto lizdo. Saulės energija varomi įrenginiai taupo elektros energiją.

„Namų“ vandenilis naudojamas šildymo ar maisto ruošimo sistemose. Jie taip pat praturtina oro ir degalų mišinį, kad padidintų automobilių variklių galią.

Prietaiso gaminimas savo rankomis

Dar pigiau prietaisą pasigaminti patiems namuose. Sausas elementas atrodo kaip sandarus indas, kurį sudaro dvi elektrodų plokštelės talpykloje su elektrolitiniu tirpalu. Pasaulinis žiniatinklis siūlo daugybę skirtingų modelių įrenginių surinkimo schemų:

• su dviem filtrais;
• su viršutiniu arba apatiniu konteinerio išdėstymu;
• su dviem ar trim vožtuvais;
• su cinkuota lenta;
• ant elektrodų.

Elektrolizės įrenginio schema

Nesunku sukurti paprastą vandenilio gamybos įrenginį. Tam reikės:

• nerūdijančio plieno lakštai;
• skaidrus vamzdis;
• jungiamosios detalės;
• plastikinis indas (1,5 l);
• vandens filtras ir atbulinis vožtuvas.

Paprasto vandenilio gamybos įrenginio įtaisas

Be to, reikės įvairios techninės įrangos: veržlių, poveržlių, varžtų. Visų pirma, reikia iškirpti lakštą į 16 kvadratinių skyrių, iš kiekvieno iš jų iškirpti kampą. Priešingame kampe nuo jo reikia išgręžti skylę plokštėms prisukti. Norint užtikrinti nuolatinę srovę, plokštės turi būti sujungtos pagal schemą: plius-minus-plius-minusas. Šios dalys yra izoliuotos viena nuo kitos vamzdeliu, o jungties vietoje – varžtu ir poveržlėmis (trys dalys tarp plokščių). Ant pliuso ir minuso dedamos 8 lėkštės.

Tinkamai sumontavus, plokštelių kraštai nelies elektrodų. Surinktos dalys nuleidžiamos į plastikinį indą. Toje vietoje, kur sienos liečiasi, varžtais padaromos dvi tvirtinimo angos. Įdiekite apsauginį vožtuvą, kad pašalintumėte dujų perteklių. Indo dangtelyje sumontuotos jungiamosios detalės, o siūlės užsandarintos silikonu.

Įrenginio testavimas

Norėdami išbandyti įrenginį, atlikite kelis veiksmus:

Vandenilio gamybos schema

1. Užpildykite skysčiu.
2. Uždengę dangčiu, vieną vamzdžio galą prijunkite prie jungiamosios detalės.
3. Antrasis nuleidžiamas į vandenį.
4. Prijunkite prie maitinimo šaltinio.

Įjungus prietaisą į lizdą, po kelių sekundžių bus pastebimas elektrolizės procesas ir krituliai.

Grynas vanduo neturi gero elektros laidumo. Norėdami pagerinti šį rodiklį, turite sukurti elektrolitinį tirpalą, įpilant šarmo - natrio hidroksido. Jis yra vamzdžių valymo kompozicijose, tokiose kaip "Mole".

Vandenilio gamybos metodai

Vandenilis yra bespalvis ir bekvapis dujinis elementas, kurio tankis oro atžvilgiu yra 1/14. Laisvoje valstybėje jis sutinkamas retai. Dažniausiai vandenilis derinamas su kitais cheminiais elementais: deguonimi, anglimi.

Vandenilio gamyba pramonės reikmėms ir energijai yra vykdoma keliais būdais. Populiariausi yra:

• vandens elektrolizė;
• koncentracijos metodas;
• žemos temperatūros kondensacija;
• adsorbcija.

Vandenilį galima išskirti ne tik iš dujų ar vandens junginių. Vandenilis gaunamas veikiant medieną ir anglį aukštai temperatūrai, taip pat apdorojant biologines atliekas.

Atominis vandenilis energetikos inžinerijai gaunamas naudojant molekulinės medžiagos terminės disociacijos metodą ant vielos, pagamintos iš platinos, volframo arba paladžio. Jis šildomas vandenilio aplinkoje esant mažesniam nei 1,33 Pa slėgiui.Radioaktyvieji elementai taip pat naudojami vandenilio gamybai.

Šiluminė disociacija

elektrolizės metodas

Paprasčiausias ir populiariausias vandenilio gavybos būdas yra vandens elektrolizė. Tai leidžia gauti praktiškai gryną vandenilį. Kiti šio metodo pranašumai yra šie:

Elektrolizės vandenilio generatoriaus veikimo principas

• žaliavų prieinamumas;
• elemento gavimas esant slėgiui;
• galimybė automatizuoti procesą dėl judančių dalių trūkumo.

Skysčio skaidymo elektrolizės būdu procedūra yra atvirkštinė vandenilio degimo tvarka. Jo esmė ta, kad veikiant nuolatinei srovei, ant elektrodų, panardintų į vandeninį elektrolito tirpalą, išsiskiria deguonis ir vandenilis.

Papildomas privalumas – pramoninę vertę turinčių šalutinių produktų gamyba. Taigi deguonis dideliais kiekiais reikalingas technologiniams procesams energetikos sektoriuje katalizuoti, dirvožemio ir vandens telkinių valymui, buitinių atliekų šalinimui. Sunkusis vanduo, pagamintas elektrolizės būdu, naudojamas energetikos pramonėje branduoliniuose reaktoriuose.

Vandenilio gamyba pagal koncentraciją

Šis metodas pagrįstas elemento atskyrimu nuo jo turinčių dujų mišinių. Taigi didžioji dalis pramoniniais kiekiais pagamintos medžiagos išgaunama metano riformingo garais būdu. Šiame procese pagamintas vandenilis naudojamas energetikoje, naftos perdirbime, raketų pramonėje, taip pat azoto trąšų gamyboje. H2 gavimo procesas atliekamas įvairiais būdais:

• trumpas ciklas;
• kriogeninis;
• membrana.

Pastarasis metodas laikomas efektyviausiu ir pigiausiu.

Kondensatas žemoje temperatūroje

Šis H2 gavimo būdas yra stiprus dujų junginių aušinimas esant slėgiui. Dėl to jie paverčiami dviejų fazių sistema, kuri vėliau separatoriumi atskiriama į skystą komponentą ir dujas. Aušinimui naudojamos skystos terpės:

• vanduo;
• suskystintas etanas arba propanas;
• skystas amoniakas.

Ši procedūra nėra tokia paprasta, kaip atrodo. Vienu metu nebus įmanoma švariai atskirti angliavandenilių dujų. Dalis komponentų išeis su dujomis, paimtomis iš atskyrimo skyriaus, o tai nėra ekonomiška. Problema gali būti išspręsta giliai atvėsinant žaliavą prieš atskyrimą. Tačiau tam reikia daug energijos.

Šiuolaikinėse žematemperatūrių kondensatorių sistemose papildomai numatytos demetanizacijos arba deetanizacijos kolonėlės. Dujų fazė pašalinama iš paskutinio atskyrimo etapo, o po šilumos mainų skystis su žaliavinių dujų srautu nukreipiamas į distiliavimo kolonėlę.

Adsorbcijos metodas

Adsorbcijos metu vandenilį išskiria adsorbentai – kietos medžiagos, kurios sugeria reikiamus dujų mišinio komponentus. Kaip adsorbentai naudojama aktyvuota anglis, silikatinis gelis, ceolitai. Šiam procesui atlikti naudojami specialūs įtaisai – cikliniai adsorberiai arba molekuliniai sietai. Taikant slėgį, šis metodas gali atkurti 85 procentus vandenilio.

Palyginus adsorbciją su žematemperatūriniu kondensavimu, galima pastebėti mažesnes proceso medžiagų ir eksploatacines sąnaudas – vidutiniškai 30 proc. Adsorbcijos metodas gamina vandenilį energijai gauti ir naudojant tirpiklius. Šis metodas leidžia iš dujų mišinio išskirti 90 procentų H2 ir pagaminti galutinį produktą, kurio vandenilio koncentracija yra iki 99,9 %.