Metode de producere a hidrogenului în condiții industriale
Extracția prin conversie a metanului
. Apa vaporizata, preincalzita la 1000 de grade Celsius, se amesteca cu metanul sub presiune si in prezenta unui catalizator. Această metodă este interesantă și dovedită, de remarcat, de asemenea, că se îmbunătățește constant: este în curs de căutare noi catalizatori mai ieftini și mai eficienți.
Luați în considerare cea mai veche metodă de obținere a hidrogenului - gazeificarea cărbunelui
. În lipsa accesului aerului și a temperaturii de 1300 de grade Celsius, cărbunele și vaporii de apă se încălzesc. Astfel, hidrogenul este deplasat din apă și se obține dioxid de carbon (hidrogenul va fi în partea de sus, dioxidul de carbon, obținut și în urma reacției, va fi în partea de jos). Aceasta va fi separarea amestecului de gaze, totul este foarte simplu.
Obținerea hidrogenului prin electroliza apei
considerată cea mai ușoară opțiune. Pentru implementarea sa, este necesar să turnați o soluție de sifon în recipient și, de asemenea, să plasați acolo două elemente electrice. Unul va fi încărcat pozitiv (anod), iar celălalt negativ (catod). Când se aplică curent, hidrogenul va merge la catod, iar oxigenul la anod.
Obținerea hidrogenului conform metodei oxidare parțială
. Pentru aceasta, se folosește un aliaj de aluminiu și galiu. Se pune în apă, ceea ce duce la formarea de hidrogen și oxid de aluminiu în timpul reacției. Galiul este necesar pentru ca reacția să aibă loc în totalitate (acest element nu va permite aluminiului să se oxideze prematur).
Recent câștigat relevanță metoda de utilizare a biotehnologiilor
: sub condiția lipsei de oxigen și sulf, chlamydomonas începe să elibereze intens hidrogen. Un efect foarte interesant, care acum este studiat activ.
Nu uitați de o altă metodă veche și dovedită de producere a hidrogenului, care este să folosiți diferit elemente alcaline
si apa. În principiu, această tehnică este fezabilă în condiții de laborator cu măsurile de securitate necesare. Astfel, în timpul reacției (ea are loc la încălzire și cu catalizatori), se formează oxid metalic și hidrogen. Rămâne doar să-l colectăm.
Obțineți hidrogen prin interacțiunile apei și monoxidului de carbon
posibil doar într-un cadru industrial. Se formează dioxid de carbon și hidrogen, principiul separării lor este descris mai sus.
INVENȚIA ARE URMĂTOARELE AVANTAJE
Căldura obținută din oxidarea gazelor poate fi utilizată direct la fața locului, iar hidrogenul și oxigenul sunt obținute din eliminarea aburului de evacuare și a apei industriale.
Consum redus de apă la generarea de energie electrică și căldură.
Simplitatea metodei.
Economii semnificative de energie, ca se cheltuiește doar pentru încălzirea starterului la un regim termic constant.
Productivitate ridicată a procesului, deoarece disocierea moleculelor de apă durează zecimi de secundă.
Siguranța la explozie și la incendiu a metodei, deoarece în implementarea sa, nu este nevoie de rezervoare pentru a colecta hidrogen și oxigen.
In timpul functionarii instalatiei, apa este purificata in mod repetat, transformandu-se in apa distilata. Acest lucru elimină precipitațiile și depunerile, ceea ce crește durata de viață a instalației.
Instalația este realizată din oțel obișnuit; cu excepţia cazanelor din oţeluri termorezistente cu căptuşeală şi ecranare a pereţilor acestora. Adică, nu sunt necesare materiale speciale scumpe.
Invenția poate găsi aplicație în
industrie prin înlocuirea hidrocarburilor și a combustibilului nuclear din centralele electrice cu apă ieftină, răspândită și prietenoasă cu mediul, menținând în același timp puterea acestor centrale.
REVENDICARE
Metodă de producere a hidrogenului și oxigenului din vapori de apă
, care include trecerea acestui abur printr-un câmp electric, caracterizat prin aceea că vaporii de apă supraîncălziți sunt utilizați cu o temperatură 500 - 550 o C
, trecut printr-un câmp electric de curent continuu de înaltă tensiune pentru a disocia vaporii și a-i separa în atomi de hidrogen și oxigen.
Îmi doream de mult să fac așa ceva. Dar alte experimente cu o baterie și o pereche de electrozi nu au ajuns. Am vrut să fac un aparat cu drepturi depline pentru producerea hidrogenului, în cantități pentru a umfla balonul. Înainte de a face un aparat cu drepturi depline pentru electroliza apei acasa, am decis să verific totul pe model.
Schema generală a electrolizorului arată astfel.
Acest model nu este potrivit pentru utilizare zilnică completă. Dar ideea a fost testată.
Deci, pentru electrozi, am decis să folosesc grafit. O sursă excelentă de grafit pentru electrozi este colectorul de curent pentru troleibuz. Sunt o mulțime de ei întins la opririle finale. Trebuie reținut că unul dintre electrozi va fi distrus.
Taierea si finisarea cu pila. Intensitatea electrolizei depinde de puterea curentului și de aria electrozilor.
Firele sunt atașate la electrozi. Firele trebuie izolate cu grijă.
Sticlele de plastic sunt destul de potrivite pentru corpul modelului de electrolizor. În capac se fac găuri pentru tuburi și fire.
Totul este acoperit cu grijă cu material de etanșare.
Gâturile de sticle tăiate sunt potrivite pentru conectarea a două recipiente.
Ele trebuie să fie conectate împreună și să topească cusătura.
Nucile sunt făcute din capace de sticle.
Găurile sunt făcute în fundul a două sticle. Totul este conectat și umplut cu grijă cu material de etanșare.
Vom folosi o rețea casnică de 220V ca sursă de tensiune. Vreau să vă avertizez că aceasta este o jucărie destul de periculoasă. Deci, dacă nu există suficiente abilități sau există îndoieli, atunci este mai bine să nu repetați. În rețeaua casnică avem curent alternativ, pentru electroliză trebuie îndreptat. O punte de diode este perfectă pentru asta. Cel din fotografie nu era suficient de puternic și s-a ars rapid. Cea mai bună opțiune a fost puntea de diode chinezească MB156 într-o carcasă de aluminiu.
Podul de diode devine foarte fierbinte. Necesită răcire activă. Un cooler pentru un procesor de computer se va potrivi perfect. Pentru acest caz, puteți folosi o cutie de lipit de dimensiuni adecvate. Vândut în produse electrice.
Sub puntea de diode este necesar să se pună mai multe straturi de carton.
În capacul cutiei de lipit se fac găurile necesare.
Așa arată unitatea asamblată. Electrolizatorul este alimentat de la rețea, ventilatorul de la o sursă de alimentare universală. O soluție de bicarbonat de sodiu este folosită ca electrolit. Aici trebuie amintit că cu cât concentrația soluției este mai mare, cu atât este mai mare viteza de reacție. Dar, în același timp, încălzirea este mai mare. Mai mult, reacția de descompunere a sodiului la catod își va aduce contribuția la încălzire. Această reacție este exotermă. Ca rezultat, se vor forma hidrogen și hidroxid de sodiu.
Aparatul din fotografia de mai sus era foarte fierbinte. A trebuit oprit periodic și așteptați până se răcește. Problema cu încălzirea a fost parțial rezolvată prin răcirea electrolitului. Pentru aceasta, am folosit o pompă de fântână de masă. Un tub lung trece de la o sticlă la alta printr-o pompă și o găleată cu apă rece.
Relevanța acestei probleme astăzi este destul de mare datorită faptului că domeniul de aplicare al utilizării hidrogenului este extrem de extins și, în forma sa pură, practic nu se găsește nicăieri în natură. De aceea au fost dezvoltate mai multe metode de extragere a acestui gaz din alți compuși prin reacții chimice și fizice. Acesta este ceea ce se discută în acest articol.
Producția de hidrogen în gospodărie
Alegerea unei celule electrolitice
Pentru a obține un element al casei, este nevoie de un aparat special - un electrolizor.Există multe opțiuni pentru astfel de echipamente pe piață, dispozitivele fiind oferite atât de cunoscute corporații de tehnologie, cât și de micii producători. Unitățile de marcă sunt mai scumpe, dar calitatea lor de construcție este mai mare.
Aparatul electrocasnic este de dimensiuni mici și ușor de utilizat. Detaliile sale principale sunt:
Electrolizor - ce este
- reformator;
- sistem de curățare;
- celule de combustibil;
- echipamente compresoare;
- rezervor de stocare a hidrogenului.
Apa simplă de la robinet este luată ca materie primă, iar electricitatea provine de la o priză obișnuită. Unitățile alimentate cu energie solară economisesc energie electrică.
Hidrogenul „acasă” este utilizat în sistemele de încălzire sau de gătit. De asemenea, îmbogățesc amestecul aer-combustibil pentru a crește puterea motoarelor auto.
Realizarea dispozitivului cu propriile mâini
Este și mai ieftin să faci singur dispozitivul acasă. O celulă uscată arată ca un recipient sigilat, care constă din două plăci de electrozi într-un recipient cu o soluție electrolitică. World Wide Web oferă o varietate de scheme pentru asamblarea dispozitivelor de diferite modele:
- cu doua filtre;
- cu aranjamentul de sus sau de jos al containerului;
- cu două sau trei supape;
- cu placa zincata;
- pe electrozi.
Schema dispozitivului de electroliză
Un dispozitiv simplu pentru producerea hidrogenului este ușor de creat. Va necesita:
- tablă de oțel inoxidabil;
- tub transparent;
- fitinguri;
- recipient din plastic (1,5 l);
- filtru de apă și supapă de reținere.
Dispozitivul unui dispozitiv simplu pentru producerea hidrogenului
În plus, va fi nevoie de diverse feronerie: piulițe, șaibe, șuruburi. În primul rând, trebuie să tăiați foaia în 16 compartimente pătrate, să tăiați un colț din fiecare dintre ele. În colțul opus față de acesta, este necesar să găuriți o gaură pentru înșurubarea plăcilor. Pentru a asigura un curent constant, plăcile trebuie conectate conform schemei: plus-minus-plus-minus. Aceste piese sunt izolate una de cealaltă cu un tub, iar la legătura cu un șurub și șaibe (trei bucăți între plăci). Pe plus și pe minus se pun 8 farfurii.
Cu o asamblare corectă, marginile plăcilor nu vor atinge electrozii. Piesele colectate sunt coborâte într-un recipient de plastic. În locul în care pereții se ating, se fac două orificii de montare cu șuruburi. Instalați o supapă de siguranță pentru a elimina excesul de gaz. Fitingurile sunt montate în capacul recipientului, iar cusăturile sunt sigilate cu silicon.
Testarea dispozitivului
Pentru a testa dispozitivul, efectuați mai multe acțiuni:
Schema de producere a hidrogenului
- Umpleți cu lichid.
- Acoperiți cu un capac, conectați un capăt al tubului la fiting.
- Al doilea este coborât în apă.
- Conectați-vă la o sursă de alimentare.
După conectarea dispozitivului la priză, după câteva secunde, procesul de electroliză și precipitarea vor fi vizibile.
Apa pură nu are o conductivitate electrică bună. Pentru a îmbunătăți acest indicator, trebuie să creați o soluție electrolitică prin adăugarea de alcali - hidroxid de sodiu. Este în compoziții pentru curățarea țevilor precum „Mole”.
Metode de producere a hidrogenului
Hidrogenul este un element gazos incolor și inodor, cu o densitate de 1/14 față de aer. Se găsește rar în stare liberă. De obicei, hidrogenul este combinat cu alte elemente chimice: oxigen, carbon.
Producția de hidrogen pentru nevoile industriale și energie se realizează prin mai multe metode. Cele mai populare sunt:
- electroliza apei;
- metoda de concentrare;
- condensare la temperatură scăzută;
- adsorbţie.
Hidrogenul poate fi izolat nu numai din compușii de gaz sau apă. Hidrogenul este produs prin expunerea lemnului și cărbunelui la temperaturi ridicate, precum și prin procesarea deșeurilor biologice.
Hidrogenul atomic pentru inginerie energetică se obține prin metoda disocierii termice a unei substanțe moleculare pe un fir din platină, wolfram sau paladiu. Este încălzit într-un mediu cu hidrogen la o presiune mai mică de 1,33 Pa.Elementele radioactive sunt, de asemenea, folosite pentru a produce hidrogen.
Disocierea termică
metoda electroliza
Cea mai simplă și populară metodă de extracție a hidrogenului este electroliza apei. Permite obținerea de hidrogen practic pur. Alte avantaje ale acestei metode sunt:
Principiul de funcționare al generatorului de hidrogen de electroliză
- disponibilitatea materiilor prime;
- obţinerea unui element sub presiune;
- posibilitatea de automatizare a procesului din lipsa pieselor mobile.
Procedura de scindare a unui lichid prin electroliză este inversul arderii hidrogenului. Esența sa este că sub influența curentului continuu, oxigenul și hidrogenul sunt eliberate pe electrozii scufundați într-o soluție apoasă de electrolit.
Un avantaj suplimentar este producerea de subproduse cu valoare industrială. Astfel, oxigenul în volum mare este necesar pentru catalizarea proceselor tehnologice din sectorul energetic, curățarea solului și a corpurilor de apă și eliminarea deșeurilor menajere. Apa grea produsă prin electroliză este utilizată în industria energetică în reactoare nucleare.
Producția de hidrogen prin concentrare
Această metodă se bazează pe separarea unui element de amestecurile de gaze care îl conțin. Astfel, cea mai mare parte a substanței produse în volume industriale este extrasă prin reformarea cu abur a metanului. Hidrogenul produs în acest proces este utilizat în energie, rafinarea petrolului, industria rachetelor, precum și pentru producerea de îngrășăminte cu azot. Procesul de obținere a H2 se desfășoară în diferite moduri:
- ciclu scurt;
- criogenic;
- membrană.
Această din urmă metodă este considerată cea mai eficientă și mai puțin costisitoare.
Condens la temperaturi scăzute
Aceasta tehnica de obtinere a H2 consta in racirea puternica a compusilor gazosi sub presiune. Ca urmare, ele sunt transformate într-un sistem bifazat, care este separat ulterior printr-un separator într-o componentă lichidă și un gaz. Mediile lichide sunt folosite pentru răcire:
- apă;
- etan sau propan lichefiat;
- amoniac lichid.
Această procedură nu este atât de simplă pe cât pare. Nu va fi posibilă separarea curată a gazelor de hidrocarburi la un moment dat. O parte din componente va pleca cu gazul preluat din compartimentul de separare, ceea ce nu este economic. Problema poate fi rezolvată prin răcirea profundă a materiei prime înainte de separare. Dar asta necesită multă energie.
În sistemele moderne de condensatoare de joasă temperatură, sunt prevăzute suplimentar coloane de demetanizare sau deetanizare. Faza gazoasă este îndepărtată din ultima etapă de separare, iar lichidul este trimis în coloana de distilare cu fluxul de gaz brut după schimbul de căldură.
Metoda de adsorbție
În timpul adsorbției, adsorbanții sunt utilizați pentru a elibera hidrogen - substanțe solide care absorb componentele necesare ale amestecului de gaze. Carbonul activat, gelul de silicat, zeoliții sunt utilizați ca adsorbanți. Pentru a efectua acest proces, se folosesc dispozitive speciale - adsorbante ciclice sau site moleculare. Când este implementată sub presiune, această metodă poate recupera 85% hidrogen.
Dacă comparăm adsorbția cu condensarea la temperatură scăzută, putem observa costurile mai mici de material și operaționale ale procesului - în medie, cu 30 la sută. Metoda de adsorbție produce hidrogen pentru energie și cu utilizarea solvenților. Această metodă permite extragerea a 90 la sută din H2 din amestecul de gaze și obținerea produsului final cu o concentrație de hidrogen de până la 99,9%.
