Metody wytwarzania wodoru w warunkach przemysłowych
Ekstrakcja przez konwersję metanu
. Odparowana woda podgrzana do 1000 stopni Celsjusza jest mieszana z metanem pod ciśnieniem iw obecności katalizatora. Ta metoda jest ciekawa i sprawdzona, należy również zauważyć, że jest stale udoskonalana: trwają poszukiwania nowych katalizatorów, tańszych i wydajniejszych.
Rozważ najstarszą metodę pozyskiwania wodoru - zgazowanie węgla
. Przy braku dostępu powietrza i temperaturze 1300 stopni Celsjusza podgrzewa się węgiel i para wodna. W ten sposób wodór jest wypierany z wody i uzyskuje się dwutlenek węgla (wodór będzie na górze, dwutlenek węgla, również otrzymany w wyniku reakcji, będzie na dole). To będzie oddzielenie mieszanki gazowej, wszystko jest bardzo proste.
Uzyskiwanie wodoru przez elektroliza wody
uważany za najłatwiejszą opcję. Do jego realizacji konieczne jest wlanie do pojemnika roztworu sody, a także umieszczenie tam dwóch elementów elektrycznych. Jeden będzie naładowany dodatnio (anoda), a drugi ujemnie (katoda). Po doprowadzeniu prądu wodór trafi do katody, a tlen do anody.
Otrzymywanie wodoru zgodnie z metodą częściowe utlenianie
. W tym celu stosuje się stop aluminium i galu. Umieszcza się go w wodzie, co prowadzi do powstania w trakcie reakcji wodoru i tlenku glinu. Gal jest niezbędny do pełnego przebiegu reakcji (pierwiastek ten nie pozwoli na przedwczesne utlenianie aluminium).
Ostatnio zyskało na znaczeniu sposób wykorzystania biotechnologii
: w warunkach braku tlenu i siarki chlamydomony zaczynają intensywnie uwalniać wodór. Bardzo ciekawy efekt, który jest obecnie aktywnie badany.
Nie zapomnij o innej starej, sprawdzonej metodzie wytwarzania wodoru, która polega na wykorzystaniu innych pierwiastki alkaliczne
i woda. Zasadniczo technika ta jest możliwa do zrealizowania w warunkach laboratoryjnych z niezbędnymi środkami bezpieczeństwa. Tak więc podczas reakcji (przebiega ona po podgrzaniu iz katalizatorami) powstaje tlenek metalu i wodór. Pozostaje tylko go zebrać.
Zdobądź wodór przez oddziaływania wody i tlenku węgla
możliwe tylko w warunkach przemysłowych. Powstaje dwutlenek węgla i wodór, zasada ich rozdzielania jest opisana powyżej.
WYNALAZEK MA NASTĘPUJĄCE ZALETY
Ciepło uzyskane z utleniania gazów może być wykorzystane bezpośrednio na miejscu, a wodór i tlen pozyskiwane są z odprowadzania pary odlotowej i wody technologicznej.
Niskie zużycie wody przy wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła.
Prostota metody.
Znaczne oszczędności energii, ponieważ spędza się tylko na rozgrzaniu startera do stałego reżimu termicznego.
Wysoka wydajność procesu, ponieważ dysocjacja cząsteczek wody trwa dziesiąte części sekundy.
Bezpieczeństwo przeciwwybuchowe i przeciwpożarowe metody, ponieważ w jego realizacji nie ma potrzeby gromadzenia wodoru i tlenu w zbiornikach.
Podczas pracy instalacji woda jest wielokrotnie oczyszczana, przekształcając się w wodę destylowaną. Eliminuje to opady i kamień, co wydłuża żywotność instalacji.
Instalacja wykonana ze zwykłej stali; z wyjątkiem kotłów wykonanych ze stali żaroodpornych z wyłożeniem i osłoną ich ścian. Oznacza to, że nie są wymagane specjalne drogie materiały.
Wynalazek może znaleźć zastosowanie w
przemysłu poprzez zastąpienie paliw węglowodorowych i jądrowych w elektrowniach tanią, rozpowszechnioną i przyjazną dla środowiska wodą, przy zachowaniu mocy tych elektrowni.
PRAWO
Sposób wytwarzania wodoru i tlenu z pary wodnej
, który obejmuje przepuszczanie tej pary przez pole elektryczne, charakteryzujący się tym, że używa się przegrzanej pary wodnej o temperaturze 500 - 550 o C
, przeszedł przez pole elektryczne prądu stałego o wysokim napięciu, aby zdysocjować parę i rozdzielić ją na atomy wodoru i tlenu.
Od dawna chciałem zrobić coś takiego. Ale dalsze eksperymenty z baterią i parą elektrod nie dotarły. Chciałem zrobić pełnoprawną aparaturę do produkcji wodoru, w ilościach do nadmuchania balonu. Przed wykonaniem pełnowartościowego aparatu do elektrolizy wody w domuPostanowiłem sprawdzić wszystko na modelu.
Ogólny schemat elektrolizera wygląda tak.
Ten model nie nadaje się do pełnego codziennego użytku. Ale pomysł został przetestowany.
Więc do elektrod zdecydowałem się użyć grafitu. Doskonałym źródłem grafitu dla elektrod jest kolektor prądu trolejbusu. Na końcowych przystankach leży ich mnóstwo. Należy pamiętać, że jedna z elektrod ulegnie zniszczeniu.
Piłowanie i wykańczanie pilnikiem. Intensywność elektrolizy zależy od natężenia prądu i powierzchni elektrod.
Do elektrod przymocowane są przewody. Przewody muszą być starannie izolowane.
Plastikowe butelki są całkiem odpowiednie dla korpusu modelu elektrolizera. W pokrywie wykonane są otwory na rury i przewody.
Całość jest starannie pokryta uszczelniaczem.
Odcięte szyjki butelek nadają się do połączenia dwóch pojemników.
Muszą być połączone ze sobą i stopić szew.
Orzechy są wykonane z kapsli.
Otwory wykonane w dnie dwóch butelek. Wszystko jest połączone i starannie wypełnione szczeliwem.
Jako źródło napięcia użyjemy sieci domowej 220V. Chcę cię ostrzec, że jest to dość niebezpieczna zabawka. Jeśli więc nie ma wystarczających umiejętności lub są wątpliwości, lepiej nie powtarzać. W sieci domowej mamy prąd przemienny, do elektrolizy należy go wyprostować. Idealny do tego jest mostek diodowy. Ten na zdjęciu nie był wystarczająco mocny i szybko się wypalił. Najlepszą opcją był chiński mostek diodowy MB156 w aluminiowej obudowie.
Mostek diodowy bardzo się nagrzewa. Wymaga aktywnego chłodzenia. Cooler do procesora komputerowego będzie pasował idealnie. Do obudowy możesz użyć odpowiedniej wielkości skrzynki lutowniczej. Sprzedawane w artykułach elektrycznych.
Pod mostkiem diodowym należy umieścić kilka warstw tektury.
Niezbędne otwory są wykonane w pokrywie puszki lutowniczej.
Tak wygląda zmontowana jednostka. Elektrolizer zasilany jest z sieci, wentylator z uniwersalnego źródła zasilania. Jako elektrolit stosuje się roztwór sody oczyszczonej. Tutaj należy pamiętać, że im wyższe stężenie roztworu, tym wyższa szybkość reakcji. Ale jednocześnie ogrzewanie jest wyższe. Ponadto reakcja rozkładu sodu na katodzie przyczyni się do nagrzewania. Ta reakcja jest egzotermiczna. W rezultacie powstanie wodór i wodorotlenek sodu.
Urządzenie na powyższym zdjęciu było bardzo gorące. Musiało być okresowo wyłączane i czekać, aż ostygnie. Problem z nagrzewaniem został częściowo rozwiązany przez schłodzenie elektrolitu. Do tego użyłem stołowej pompy fontannowej. Długa rurka biegnie od jednej butelki do drugiej przez pompę i wiadro zimnej wody.
Znaczenie tego problemu jest dziś dość wysokie ze względu na fakt, że zakres wykorzystania wodoru jest niezwykle szeroki, aw jego czystej postaci praktycznie nie występuje nigdzie w przyrodzie. Dlatego opracowano kilka metod ekstrakcji tego gazu z innych związków poprzez reakcje chemiczne i fizyczne. To omówiono w tym artykule.
Produkcja wodoru w gospodarstwie domowym
Wybór ogniwa elektrolitycznego
Aby uzyskać element domu, potrzebna jest specjalna aparatura - elektrolizer.Na rynku istnieje wiele opcji takiego sprzętu, urządzenia oferują zarówno znane koncerny technologiczne, jak i mali producenci. Markowe jednostki są droższe, ale ich jakość wykonania jest wyższa.
Urządzenie gospodarstwa domowego jest małe i łatwe w użyciu. Jego główne szczegóły to:
Elektrolizer - co to jest
- reformator;
- system czyszczenia;
- ogniwa paliwowe;
- sprzęt kompresorowy;
- zbiornik na wodór.
Zwykła woda z kranu jest traktowana jako surowiec, a prąd pochodzi ze zwykłego gniazdka. Jednostki zasilane energią słoneczną oszczędzają energię elektryczną.
Wodór „domowy” jest wykorzystywany w systemach grzewczych lub kuchennych. Wzbogacają również mieszankę paliwowo-powietrzną w celu zwiększenia mocy silników samochodowych.
Wykonywanie urządzenia własnymi rękami
Jeszcze taniej jest zrobić urządzenie samemu w domu. Suche ogniwo wygląda jak zamknięty pojemnik, który składa się z dwóch płytek elektrod w pojemniku z roztworem elektrolitu. Sieć WWW oferuje różne schematy montażu urządzeń różnych modeli:
- z dwoma filtrami;
- z górnym lub dolnym układem pojemnika;
- z dwoma lub trzema zaworami;
- z ocynkowaną płytą;
- na elektrodach.
Schemat urządzenia do elektrolizy
Proste urządzenie do produkcji wodoru jest łatwe do stworzenia. Będzie to wymagało:
- blacha ze stali nierdzewnej;
- przezroczysta tuba;
- armatura;
- plastikowy pojemnik (1,5 l);
- filtr wody i zawór zwrotny.
Urządzenie prostego urządzenia do produkcji wodoru
Ponadto potrzebny będzie inny sprzęt: nakrętki, podkładki, śruby. Przede wszystkim musisz pociąć arkusz na 16 kwadratowych przegródek, wyciąć róg z każdego z nich. W przeciwległym rogu wymagane jest wywiercenie otworu do przykręcenia płyt. Aby zapewnić stały prąd, płytki należy podłączyć zgodnie ze schematem: plus-minus-plus-minus. Części te są odizolowane od siebie rurą, a na połączeniu śrubą i podkładkami (trzy kawałki między płytami). Na plus i minus umieszczono 8 talerzy.
Przy prawidłowym montażu krawędzie płytek nie będą dotykać elektrod. Zebrane części są opuszczane do plastikowego pojemnika. W miejscu styku ścian wykonane są dwa otwory montażowe za pomocą śrub. Zainstaluj zawór bezpieczeństwa, aby usunąć nadmiar gazu. W pokrywie pojemnika montuje się okucia, a szwy uszczelniane są silikonem.
Testowanie urządzeń
Aby przetestować urządzenie, wykonaj kilka czynności:
Schemat produkcji wodoru
- Napełnij płynem.
- Przykrywając pokrywką, podłącz jeden koniec rurki do złączki.
- Drugi jest opuszczany do wody.
- Podłącz do źródła zasilania.
Po podłączeniu urządzenia do gniazdka, po kilku sekundach będzie zauważalny proces elektrolizy i wytrącanie.
Czysta woda nie ma dobrego przewodnictwa elektrycznego. Aby poprawić ten wskaźnik, musisz stworzyć roztwór elektrolityczny, dodając zasadę - wodorotlenek sodu. Znajduje się w kompozycjach do czyszczenia rur, takich jak „Kret”.
Metody wytwarzania wodoru
Wodór jest bezbarwnym i bezwonnym pierwiastkiem gazowym o gęstości 1/14 w stosunku do powietrza. Rzadko występuje w stanie wolnym. Zwykle wodór łączy się z innymi pierwiastkami chemicznymi: tlenem, węglem.
Produkcja wodoru na potrzeby przemysłu i energii odbywa się kilkoma metodami. Najpopularniejsze to:
- elektroliza wody;
- metoda koncentracji;
- kondensacja w niskiej temperaturze;
- adsorpcja.
Wodór można izolować nie tylko ze związków gazowych czy wodnych. Wodór wytwarzany jest poprzez wystawienie drewna i węgla na działanie wysokich temperatur oraz przetwarzanie bioodpadów.
Wodór atomowy dla energetyki otrzymuje się metodą termicznej dysocjacji substancji molekularnej na drucie z platyny, wolframu lub palladu. Jest ogrzewany w środowisku wodorowym pod ciśnieniem poniżej 1,33 Pa.Pierwiastki promieniotwórcze są również wykorzystywane do produkcji wodoru.
Dysocjacja termiczna
metoda elektrolizy
Najprostszą i najpopularniejszą metodą ekstrakcji wodoru jest elektroliza wody. Pozwala na uzyskanie praktycznie czystego wodoru. Inne zalety tej metody to:
Zasada działania generatora wodoru do elektrolizy
- dostępność surowców;
- uzyskanie elementu pod ciśnieniem;
- możliwość automatyzacji procesu ze względu na brak ruchomych części.
Procedura rozdzielania cieczy przez elektrolizę jest odwrotnością spalania wodoru. Jego istotą jest to, że pod wpływem prądu stałego tlen i wodór uwalniają się na elektrodach zanurzonych w wodnym roztworze elektrolitu.
Dodatkowym atutem jest produkcja produktów ubocznych o wartości przemysłowej. Tak więc tlen w dużej ilości jest niezbędny do katalizowania procesów technologicznych w energetyce, oczyszczania gleby i zbiorników wodnych oraz usuwania odpadów domowych. Ciężka woda wytwarzana w procesie elektrolizy jest wykorzystywana w energetyce w reaktorach jądrowych.
Produkcja wodoru przez koncentrację
Metoda ta polega na oddzieleniu pierwiastka od zawierających go mieszanin gazowych. W ten sposób największa część substancji produkowanej w ilościach przemysłowych jest wydobywana za pomocą parowego reformingu metanu. Powstający w tym procesie wodór jest wykorzystywany w energetyce, rafinacji ropy naftowej, przemyśle rakietowym, a także do produkcji nawozów azotowych. Proces pozyskiwania H2 odbywa się na różne sposoby:
- krótki cykl;
- kriogeniczny;
- membrana.
Ta ostatnia metoda jest uważana za najskuteczniejszą i tańszą.
Kondensacja w niskich temperaturach
Ta technika otrzymywania H2 polega na silnym chłodzeniu związków gazowych pod ciśnieniem. W efekcie przekształcają się one w układ dwufazowy, który następnie rozdzielany jest separatorem na składnik ciekły i gaz. Do chłodzenia wykorzystywane są media płynne:
- woda;
- skroplony etan lub propan;
- ciekły amoniak.
Ta procedura nie jest tak prosta, jak się wydaje. Jednorazowe czyste oddzielenie gazów węglowodorowych nie będzie możliwe. Część składników wypłynie z gazem pobranym z przedziału separacji, co nie jest ekonomiczne. Problem można rozwiązać poprzez głębokie schłodzenie surowca przed separacją. Ale to wymaga dużo energii.
W nowoczesnych układach skraplaczy niskotemperaturowych dodatkowo przewidziano kolumny odmetanowania lub odetanowania. Faza gazowa jest usuwana z ostatniego etapu separacji, a ciecz po wymianie ciepła przesyłana jest do kolumny destylacyjnej wraz ze strumieniem surowego gazu.
Metoda adsorpcji
Podczas adsorpcji adsorbenty są wykorzystywane do uwalniania wodoru - substancji stałych, które pochłaniają niezbędne składniki mieszaniny gazowej. Jako adsorbenty stosuje się węgiel aktywny, żel krzemianowy, zeolity. Do przeprowadzenia tego procesu wykorzystywane są specjalne urządzenia – adsorbery cykliczne lub sita molekularne. Wdrożona pod ciśnieniem metoda ta pozwala odzyskać 85% wodoru.
Porównując adsorpcję z kondensacją niskotemperaturową, można zauważyć niższe koszty materiałowe i eksploatacyjne procesu – średnio o 30 proc. Metoda adsorpcji wytwarza wodór na energię iz użyciem rozpuszczalników. Metoda ta pozwala na wydobycie 90 procent H2 z mieszaniny gazów i wytworzenie produktu końcowego o stężeniu wodoru do 99,9%.
