Er oppvarming med hydrogen et prospekt?

Metoder for å produsere hydrogen under industrielle forhold

Utvinning ved metankonvertering
. Fordampet vann, forvarmet til 1000 grader Celsius, blandes med metan under trykk og i nærvær av en katalysator. Denne metoden er interessant og utprøvd, det bør også bemerkes at den stadig forbedres: et søk pågår etter nye katalysatorer som er billigere og mer effektive.

Tenk på den eldste metoden for å skaffe hydrogen - kullgassifisering
. I mangel av lufttilgang og en temperatur på 1300 grader Celsius varmes kull og vanndamp opp. Dermed fortrenges hydrogen fra vann, og karbondioksid oppnås (hydrogen vil være på toppen, karbondioksid, også oppnådd som følge av reaksjonen, vil være i bunnen). Dette vil være separasjonen av gassblandingen, alt er veldig enkelt.

Innhenting av hydrogen ved vannelektrolyse
anses som det enkleste alternativet. For implementeringen er det nødvendig å helle en løsning av brus i beholderen, og også plassere to elektriske elementer der. Den ene vil være positivt ladet (anode) og den andre negativt (katode). Når strøm tilføres, vil hydrogen gå til katoden, og oksygen til anoden.

Innhenting av hydrogen i henhold til metoden delvis oksidasjon
. Til dette brukes en legering av aluminium og gallium. Den legges i vann, noe som fører til dannelse av hydrogen og aluminiumoksid under reaksjonen. Gallium er nødvendig for at reaksjonen skal finne sted i sin helhet (dette elementet vil ikke tillate aluminium å oksidere for tidlig).

Nylig fått aktualitet metode for bruk av bioteknologi
: under tilstanden av mangel på oksygen og svovel, begynner chlamydomonas å frigjøre hydrogen intensivt. En veldig interessant effekt, som nå blir aktivt studert.

Ikke glem en annen gammel, utprøvd metode for å produsere hydrogen, som er å bruke annerledes alkaliske elementer
og vann. I prinsippet er denne teknikken gjennomførbar i laboratorieforhold med nødvendige sikkerhetstiltak. Under reaksjonen (det fortsetter ved oppvarming og med katalysatorer), dannes det således metalloksid og hydrogen. Det gjenstår bare å samle det.

Få hydrogen ved å interaksjoner mellom vann og karbonmonoksid
kun mulig i industrielle omgivelser. Karbondioksid og hydrogen dannes, prinsippet om deres separasjon er beskrevet ovenfor.

OPPFINNELSEN HAR FØLGENDE FORDELER

Varmen som oppnås ved oksidasjon av gasser kan brukes direkte på stedet, og hydrogen og oksygen hentes fra avhending av eksosdamp og industrivann.

Lavt vannforbruk ved generering av strøm og varme.

Enkelheten i metoden.

Betydelige energibesparelser, som det brukes kun på å varme opp starteren til et jevnt termisk regime.

Høy prosessproduktivitet, fordi dissosiasjon av vannmolekyler varer tideler av et sekund.

Eksplosjon og brannsikkerhet av metoden, fordi i implementeringen er det ikke behov for tanker for å samle hydrogen og oksygen.

Under driften av installasjonen blir vannet gjentatte ganger renset, forvandlet til destillert vann. Dette eliminerer nedbør og avleiring, noe som øker installasjonens levetid.

Installasjonen er laget av vanlig stål; med unntak av kjeler laget av varmebestandig stål med foring og skjerming av veggene. Det vil si at spesielle dyre materialer ikke er nødvendige.

Oppfinnelsen kan finne anvendelse i
industri ved å erstatte hydrokarbon og kjernebrensel i kraftverk med billig, utbredt og miljøvennlig vann, samtidig som kraften til disse verkene opprettholdes.

KRAV

Metode for å produsere hydrogen og oksygen fra vanndamp
, som inkluderer å føre denne dampen gjennom et elektrisk felt, karakterisert ved at overopphetet vanndamp brukes med en temperatur 500 - 550 o C
, passert gjennom et høyspent likestrøms elektrisk felt for å dissosiere dampen og separere den i hydrogen- og oksygenatomer.

Jeg har hatt lyst til å gjøre noe slikt lenge. Men ytterligere eksperimenter med et batteri og et par elektroder nådde ikke frem. Jeg ønsket å lage et fullverdig apparat for produksjon av hydrogen, i mengder for å blåse opp ballongen. Før du lager et fullverdig apparat for vannelektrolyse hjemme, bestemte jeg meg for å sjekke alt på modellen.

Det generelle opplegget til elektrolysatoren ser slik ut.

Denne modellen er ikke egnet for full daglig bruk. Men ideen ble testet.

Så for elektrodene bestemte jeg meg for å bruke grafitt. En utmerket kilde til grafitt for elektroder er trolleybuss strømsamler. Det er mange av dem som ligger rundt på de siste holdeplassene. Det må huskes at en av elektrodene vil bli ødelagt.

Saging og etterbehandling med fil. Intensiteten av elektrolyse avhenger av styrken til strømmen og arealet av elektrodene.

Ledninger er festet til elektrodene. Ledninger må være nøye isolert.

Plastflasker er ganske egnet for kroppen til elektrolysatormodellen. Det lages hull i lokket for rør og ledninger.

Alt er nøye belagt med fugemasse.

Avskårne flaskehalser er egnet for å koble sammen to beholdere.

De må kobles sammen og smelte sømmen.

Nøtter er laget av flaskekorker.

Det lages hull i bunnen av to flasker. Alt er koblet sammen og nøye fylt med fugemasse.

Vi vil bruke et 220V husholdningsnett som spenningskilde. Jeg vil advare deg om at dette er et ganske farlig leketøy. Så hvis det ikke er tilstrekkelige ferdigheter eller det er tvil, er det bedre å ikke gjenta. I husholdningsnettet har vi vekselstrøm, for elektrolyse må den rettes opp. En diodebro er perfekt for dette. Den på bildet var ikke kraftig nok og brant raskt ut. Det beste alternativet var den kinesiske MB156 diodebroen i et aluminiumshus.

Diodebroen blir veldig varm. Krever aktiv kjøling. En kjøler for en dataprosessor vil passe perfekt. For etuiet kan du bruke en loddeboks i passende størrelse. Selges i elektriske varer.

Under diodebroen er det nødvendig å legge flere lag med papp.

De nødvendige hullene er laget i lokket til loddeboksen.

Slik ser den sammensatte enheten ut. Elektrolysatoren får strøm fra strømnettet, viften fra en universell strømkilde. En løsning av natron brukes som en elektrolytt. Her må det huskes at jo høyere konsentrasjonen av løsningen er, desto høyere er reaksjonshastigheten. Men samtidig er oppvarmingen høyere. Dessuten vil reaksjonen av natriumdekomponering ved katoden bidra til oppvarming. Denne reaksjonen er eksoterm. Som et resultat vil det dannes hydrogen og natriumhydroksid.

Enheten på bildet over var veldig varm. Den måtte slås av med jevne mellomrom og vente til den kjøles ned. Problemet med oppvarming ble delvis løst ved å avkjøle elektrolytten. Til dette brukte jeg en bordfontenepumpe. Et langt rør går fra en flaske til en annen gjennom en pumpe og en bøtte med kaldt vann.

Relevansen av dette problemet i dag er ganske høy på grunn av det faktum at omfanget av bruken av hydrogen er ekstremt omfattende, og i sin rene form finnes det praktisk talt ikke noe sted i naturen. Derfor er det utviklet flere metoder for å utvinne denne gassen fra andre forbindelser gjennom kjemiske og fysiske reaksjoner. Dette er hva som diskuteres i denne artikkelen.

Hydrogenproduksjon i husholdningen

Valg av elektrolysecelle

For å få et element i huset, er det nødvendig med et spesielt apparat - en elektrolysator.Det er mange alternativer for slikt utstyr på markedet, enhetene tilbys av både kjente teknologiselskaper og små produsenter. Merkeenheter er dyrere, men byggekvaliteten er høyere.

Husholdningsapparatet er lite i størrelse og lett å bruke. Hoveddetaljene er:

Elektrolysator - hva er det

• reformator;
• rengjøring system;
• brenselsceller;
• kompressor utstyr;
• hydrogenlagringstank.

Enkelt springvann tas som råstoff, og strøm kommer fra et vanlig uttak. Solcelledrevne enheter sparer strøm.

"Hjem" hydrogen brukes i varme- eller kokesystemer. De beriker også luft-drivstoffblandingen for å øke kraften til bilmotorer.

Lag enheten med egne hender

Det er enda billigere å lage enheten selv hjemme. En tørr celle ser ut som en forseglet beholder, som består av to elektrodeplater i en beholder med en elektrolytisk løsning. World Wide Web tilbyr en rekke ordninger for montering av enheter av forskjellige modeller:

• med to filtre;
• med topp- eller bunnarrangementet av beholderen;
• med to eller tre ventiler;
• med galvanisert plate;
• på elektrodene.

Opplegg for elektrolyseanordningen

En enkel enhet for å produsere hydrogen er lett å lage. Det vil kreve:

• rustfritt stål;
• gjennomsiktig rør;
• beslag;
• plastbeholder (1,5 l);
• vannfilter og tilbakeslagsventil.

Enheten til en enkel enhet for å produsere hydrogen

I tillegg vil det være nødvendig med forskjellige maskinvare: muttere, skiver, bolter. Først av alt må du kutte arket i 16 firkantede rom, kutte et hjørne fra hver av dem. I motsatt hjørne fra det er det nødvendig å bore et hull for bolting av platene. For å sikre konstant strøm, må platene kobles i henhold til skjemaet: pluss-minus-pluss-minus. Disse delene er isolert fra hverandre med et rør, og ved forbindelsen med en bolt og skiver (tre stykker mellom platene). 8 plater er plassert på pluss og minus.

Med riktig montering vil kantene på platene ikke berøre elektrodene. De oppsamlede delene senkes ned i en plastbeholder. På stedet der veggene berører, er to monteringshull laget med bolter. Installer en sikkerhetsventil for å fjerne overflødig gass. Beslag er montert i lokket på beholderen og sømmene er forseglet med silikon.

Enhetstesting

For å teste enheten, utfør flere handlinger:

Hydrogenproduksjonsordning

1. Fyll på med væske.
2. Dekk til med et lokk, koble den ene enden av røret til beslaget.
3. Den andre senkes ned i vannet.
4. Koble til en strømkilde.

Etter å ha koblet enheten til stikkontakten, etter noen sekunder, vil elektrolyseprosessen og nedbøren være merkbar.

Rent vann har ikke god elektrisk ledningsevne. For å forbedre denne indikatoren, må du lage en elektrolytisk løsning ved å tilsette alkali - natriumhydroksid. Det er i sammensetninger for rengjøring av rør som "Mole".

Metoder for å produsere hydrogen

Hydrogen er et fargeløst og luktfritt gassformig grunnstoff med en tetthet på 1/14 i forhold til luft. Det er sjelden funnet i den frie staten. Vanligvis er hydrogen kombinert med andre kjemiske elementer: oksygen, karbon.

Hydrogenproduksjon til industrielle behov og energi utføres ved flere metoder. De mest populære er:

• vann elektrolyse;
• konsentrasjonsmetode;
• lav temperatur kondensering;
• adsorpsjon.

Hydrogen kan isoleres ikke bare fra gass eller vannforbindelser. Hydrogen produseres ved å utsette tre og kull for høye temperaturer, samt ved å behandle bioavfall.

Atomisk hydrogen for kraftteknikk oppnås ved hjelp av metoden for termisk dissosiasjon av et molekylært stoff på en ledning laget av platina, wolfram eller palladium. Det varmes opp i et hydrogenmiljø ved et trykk på mindre enn 1,33 Pa.Radioaktive grunnstoffer brukes også til å produsere hydrogen.

Termisk dissosiasjon

elektrolysemetode

Den enkleste og mest populære metoden for hydrogenekstraksjon er vannelektrolyse. Det gjør det mulig å oppnå praktisk talt rent hydrogen. Andre fordeler med denne metoden er:

Prinsippet for drift av elektrolysehydrogengeneratoren

• tilgjengelighet av råvarer;
• skaffe et element under trykk;
• muligheten for å automatisere prosessen på grunn av mangel på bevegelige deler.

Prosedyren for å spalte en væske ved elektrolyse er det motsatte av forbrenning av hydrogen. Dens essens er at under påvirkning av likestrøm frigjøres oksygen og hydrogen på elektroder dyppet i en vandig elektrolyttløsning.

En ytterligere fordel er produksjon av biprodukter med industriell verdi. Derfor er oksygen i et stort volum nødvendig for å katalysere teknologiske prosesser i energisektoren, rense jord- og vannforekomster og kaste husholdningsavfall. Tungtvann produsert ved elektrolyse brukes i kraftindustrien i atomreaktorer.

Produksjon av hydrogen ved konsentrasjon

Denne metoden er basert på separasjon av et element fra gassblandinger som inneholder det. Dermed utvinnes den største delen av stoffet som produseres i industrielle volumer ved hjelp av dampreformering av metan. Hydrogen produsert i denne prosessen brukes i energi, oljeraffinering, rakettindustri, samt til produksjon av nitrogengjødsel. Prosessen med å oppnå H2 utføres på forskjellige måter:

• kort syklus;
• kryogen;
• membran.

Sistnevnte metode anses som den mest effektive og rimeligere.

Kondensering ved lave temperaturer

Denne teknikken for å oppnå H2 består i sterk avkjøling av gassforbindelser under trykk. Som et resultat blir de omdannet til et tofasesystem, som deretter separeres av en separator til en flytende komponent og en gass. Flytende medier brukes til kjøling:

• vann;
• flytende etan eller propan;
• flytende ammoniakk.

Denne prosedyren er ikke så enkel som den ser ut til. Det vil ikke være mulig å rengjøre hydrokarbongasser om gangen. En del av komponentene vil forlate med gassen hentet fra separasjonsrommet, noe som ikke er økonomisk. Problemet kan løses ved dypkjøling av råstoffet før separering. Men dette krever mye energi.

I moderne systemer med lavtemperaturkondensatorer er det i tillegg avmetaniserings- eller deetaniseringskolonner. Gassfasen fjernes fra det siste separasjonstrinnet, og væsken sendes til destillasjonskolonnen med rågasstrømmen etter varmeveksling.

Adsorpsjonsmetode

Under adsorpsjon brukes adsorbenter for å frigjøre hydrogen - faste stoffer som absorberer de nødvendige komponentene i gassblandingen. Aktivert karbon, silikatgel, zeolitter brukes som adsorbenter. For å utføre denne prosessen brukes spesielle enheter - sykliske adsorbere eller molekylsikter. Når den implementeres under trykk, kan denne metoden gjenvinne 85 prosent hydrogen.

Hvis vi sammenligner adsorpsjon med lavtemperaturkondensering, kan vi notere de lavere material- og driftskostnadene ved prosessen - i gjennomsnitt med 30 prosent. Adsorpsjonsmetoden produserer hydrogen til energi og ved bruk av løsemidler. Denne metoden tillater ekstraksjon av 90 prosent H2 fra gassblandingen og produksjon av sluttproduktet med en hydrogenkonsentrasjon på opptil 99,9 %.