Spôsoby výroby vodíka v priemyselných podmienkach
Extrakcia konverziou metánu
. Odparená voda, predhriata na 1000 stupňov Celzia, sa pod tlakom a v prítomnosti katalyzátora zmieša s metánom. Táto metóda je zaujímavá a osvedčená, treba tiež poznamenať, že sa neustále zdokonaľuje: prebieha hľadanie nových katalyzátorov, ktoré sú lacnejšie a efektívnejšie.
Zvážte najstarší spôsob získavania vodíka - splyňovanie uhlia
. Pri absencii prístupu vzduchu a teplote 1300 stupňov Celzia sa ohrieva uhlie a vodná para. Vodík sa tak vytlačí z vody a získa sa oxid uhličitý (vodík bude navrchu, oxid uhličitý, ktorý sa tiež získa ako výsledok reakcie, bude dole). Toto bude oddelenie plynnej zmesi, všetko je veľmi jednoduché.
Získavanie vodíka pomocou elektrolýza vody
považovaná za najjednoduchšiu možnosť. Na jeho realizáciu je potrebné do nádoby naliať roztok sódy a umiestniť tam dva elektrické prvky. Jeden bude kladne nabitý (anóda) a druhý záporne (katóda). Keď sa použije prúd, vodík pôjde na katódu a kyslík na anódu.
Získanie vodíka podľa metódy čiastočná oxidácia
. Na tento účel sa používa zliatina hliníka a gália. Umiestňuje sa do vody, čo vedie k tvorbe vodíka a oxidu hlinitého počas reakcie. Gálium je nevyhnutné na to, aby reakcia prebehla naplno (tento prvok nedovolí hliníku predčasne oxidovať).
Nedávno získal relevantnosť spôsob využitia biotechnológií
: pod podmienkou nedostatku kyslíka a síry začnú chlamydomonas intenzívne uvoľňovať vodík. Veľmi zaujímavý efekt, ktorý sa teraz aktívne študuje.
Nezabudnite na ďalší starý osvedčený spôsob výroby vodíka, ktorým je použitie iného alkalické prvky
a vodou. V zásade je táto technika realizovateľná v laboratórnych podmienkach s potrebnými bezpečnostnými opatreniami. Počas reakcie (prebieha pri zahrievaní a s katalyzátormi) teda vzniká oxid kovu a vodík. Zostáva len zbierať.
Získajte vodík interakcie vody a oxidu uhoľnatého
možné len v priemyselnom prostredí. Vzniká oxid uhličitý a vodík, princíp ich separácie je opísaný vyššie.
VYNÁLEZ MÁ NASLEDUJÚCE VÝHODY
Teplo získané oxidáciou plynov je možné využiť priamo na mieste a vodík a kyslík sa získavajú z likvidácie odpadovej pary a procesnej vody.
Nízka spotreba vody pri výrobe elektriny a tepla.
Jednoduchosť metódy.
Významné úspory energie, as vynakladá sa iba na zahriatie štartéra na stabilný tepelný režim.
Vysoká produktivita procesu, pretože disociácia molekúl vody trvá desatiny sekundy.
Výbuch a požiarna bezpečnosť metódy, pretože pri jeho realizácii nie sú potrebné nádrže na zber vodíka a kyslíka.
Počas prevádzky zariadenia sa voda opakovane čistí a mení sa na destilovanú vodu. Tým sa eliminujú zrážky a vodný kameň, čo zvyšuje životnosť inštalácie.
Inštalácia je vyrobená z bežnej ocele; s výnimkou kotlov zo žiaruvzdorných ocelí s obložením a tienením ich stien. To znamená, že nie sú potrebné špeciálne drahé materiály.
Vynález môže nájsť uplatnenie v
priemyslu nahradením uhľovodíkového a jadrového paliva v elektrárňach lacnou, rozšírenou a ekologickou vodou pri zachovaní výkonu týchto elektrární.
NÁROK
Spôsob výroby vodíka a kyslíka z vodnej pary
, ktorý zahŕňa prechod tejto pary cez elektrické pole, vyznačujúci sa tým, že sa používa prehriata vodná para s teplotou 500 - 550 °C
, prechádza vysokonapäťovým jednosmerným elektrickým poľom na disociáciu pary a jej oddelenie na atómy vodíka a kyslíka.
Niečo také som chcel urobiť už dlho. Ale ďalšie experimenty s batériou a párom elektród nedosiahli. Chcel som vyrobiť plnohodnotnú aparatúru na výrobu vodíka, v množstvách, aby sa balón nafúkol. Pred vytvorením plnohodnotného prístroja na elektrolýzu vody doma, rozhodol som sa všetko skontrolovať na modeli.
Všeobecná schéma elektrolyzéra vyzerá takto.
Tento model nie je vhodný na úplné každodenné používanie. Ale nápad bol testovaný.
Takže pre elektródy som sa rozhodol použiť grafit. Vynikajúcim zdrojom grafitu pre elektródy je zberač prúdu trolejbusu. Na konečných zastávkach sa ich povaľuje dosť. Je potrebné mať na pamäti, že jedna z elektród bude zničená.
Pílenie a konečná úprava pilníkom. Intenzita elektrolýzy závisí od sily prúdu a plochy elektród.
Drôty sú pripevnené k elektródam. Drôty musia byť starostlivo izolované.
Plastové fľaše sú celkom vhodné pre telo modelu elektrolyzéra. Vo veku sú vytvorené otvory pre rúrky a drôty.
Všetko je starostlivo potiahnuté tmelom.
Odrezané hrdlá fliaš sú vhodné na spojenie dvoch nádob.
Musia byť spojené dohromady a roztaviť šev.
Orechy sa vyrábajú z uzáverov fliaš.
Na dne dvoch fliaš sú vytvorené otvory. Všetko je spojené a starostlivo naplnené tmelom.
Ako zdroj napätia použijeme domácu sieť 220V. Chcem vás upozorniť, že ide o dosť nebezpečnú hračku. Takže, ak neexistujú dostatočné zručnosti alebo existujú pochybnosti, je lepšie neopakovať. V domácej sieti máme striedavý prúd, na elektrolýzu ho treba narovnať. Na to je ideálny diódový mostík. Ten na fotke nebol dostatočne výkonný a rýchlo vyhorel. Najlepšou možnosťou bol čínsky diódový mostík MB156 v hliníkovom puzdre.
Diódový mostík sa veľmi zahrieva. Vyžaduje aktívne chladenie. Výborne sadne chladič pre počítačový procesor. Pre puzdro môžete použiť spájkovačku vhodnej veľkosti. Predáva sa v elektrickom tovare.
Pod diódový mostík je potrebné vložiť niekoľko vrstiev lepenky.
Vo veku spájkovacej skrinky sú vytvorené potrebné otvory.
Takto vyzerá zostavená jednotka. Elektrolyzér je napájaný zo siete, ventilátor z univerzálneho zdroja energie. Ako elektrolyt sa používa roztok sódy bikarbóny. Tu je potrebné pamätať na to, že čím vyššia je koncentrácia roztoku, tým vyššia je rýchlosť reakcie. Ale zároveň je ohrev vyššie. Okrem toho reakcia rozkladu sodíka na katóde prispeje k zahrievaniu. Táto reakcia je exotermická. V dôsledku toho sa vytvorí vodík a hydroxid sodný.
Zariadenie na fotografii vyššie bolo veľmi horúce. Musel sa pravidelne vypínať a čakať, kým vychladne. Problém s ohrevom čiastočne vyriešilo chladenie elektrolytu. Na to som použil stolovú fontánovú pumpu. Z jednej fľaše do druhej vedie dlhá trubica cez čerpadlo a vedro so studenou vodou.
Relevantnosť tejto problematiky je dnes pomerne vysoká vzhľadom na to, že rozsah využitia vodíka je mimoriadne rozsiahly a vo svojej čistej forme sa prakticky nikde v prírode nevyskytuje. Preto bolo vyvinutých niekoľko metód na extrakciu tohto plynu z iných zlúčenín pomocou chemických a fyzikálnych reakcií. O tom sa diskutuje v tomto článku.
Výroba vodíka v domácnosti
Výber elektrolytického článku
Na získanie prvku domu je potrebný špeciálny prístroj - elektrolyzér.Na trhu je veľa možností pre takéto zariadenia, zariadenia ponúkajú tak známe technologické korporácie, ako aj malí výrobcovia. Značkové jednotky sú drahšie, ale ich kvalita spracovania je vyššia.
Domáce zariadenie má malú veľkosť a ľahko sa používa. Jeho hlavné detaily sú:
Elektrolyzér - čo to je
- reformátor;
- čistiaci systém;
- palivové články;
- kompresorové zariadenia;
- zásobník vodíka.
Ako surovina sa odoberá jednoduchá voda z vodovodu a elektrina pochádza z bežnej zásuvky. Solárne jednotky šetria elektrinu.
„Domáce“ vodík sa používa vo vykurovacích alebo varných systémoch. Tiež obohacujú zmes vzduchu a paliva, aby zvýšili výkon automobilových motorov.
Výroba zariadenia vlastnými rukami
Ešte lacnejšie je vyrobiť si zariadenie sami doma. Suchý článok vyzerá ako uzavretá nádoba, ktorá pozostáva z dvoch elektródových dosiek v nádobe s elektrolytickým roztokom. World Wide Web ponúka množstvo schém na montáž zariadení rôznych modelov:
- s dvoma filtrami;
- s horným alebo spodným usporiadaním nádoby;
- s dvoma alebo tromi ventilmi;
- s pozinkovanou doskou;
- na elektródach.
Schéma zariadenia na elektrolýzu
Jednoduché zariadenie na výrobu vodíka sa dá ľahko vytvoriť. Bude to vyžadovať:
- plech z nehrdzavejúcej ocele;
- priehľadná trubica;
- armatúry;
- plastová nádoba (1,5 l);
- vodný filter a spätný ventil.
Zariadenie jednoduchého zariadenia na výrobu vodíka
Okrem toho bude potrebný rôzny hardvér: matice, podložky, skrutky. Najprv musíte list rozrezať na 16 štvorcových oddelení, z každého odrezať roh. V opačnom rohu je potrebné vyvŕtať otvor na priskrutkovanie dosiek. Na zabezpečenie konštantného prúdu musia byť dosky pripojené podľa schémy: plus-mínus-plus-mínus. Tieto časti sú od seba izolované rúrkou a pri spojení pomocou skrutky a podložiek (tri kusy medzi doskami). 8 platní je umiestnených na plus a mínus.
Pri správnej montáži sa okraje dosiek nedotýkajú elektród. Zozbierané časti sa spúšťajú do plastovej nádoby. V mieste, kde sa steny dotýkajú, sú pomocou skrutiek vytvorené dva montážne otvory. Nainštalujte poistný ventil na odstránenie prebytočného plynu. Kovanie je namontované vo veku nádoby a švy sú utesnené silikónom.
Testovanie zariadenia
Ak chcete zariadenie otestovať, vykonajte niekoľko akcií:
Schéma výroby vodíka
- Naplňte kvapalinou.
- Zakryte vekom a pripojte jeden koniec rúrky k armatúre.
- Druhý je spustený do vody.
- Pripojte k zdroju napájania.
Po zapojení zariadenia do zásuvky bude po niekoľkých sekundách viditeľný proces elektrolýzy a zrážky.
Čistá voda nemá dobrú elektrickú vodivosť. Na zlepšenie tohto indikátora je potrebné vytvoriť elektrolytický roztok pridaním alkálie - hydroxidu sodného. Je v kompozíciách na čistenie potrubí ako "Mole".
Spôsoby výroby vodíka
Vodík je bezfarebný plynný prvok bez zápachu s hustotou 1/14 vzhľadom na vzduch. Vo voľnom stave sa vyskytuje len zriedka. Zvyčajne sa vodík kombinuje s inými chemickými prvkami: kyslík, uhlík.
Výroba vodíka pre priemyselné potreby a energetiku sa uskutočňuje niekoľkými spôsobmi. Najpopulárnejšie sú:
- elektrolýza vody;
- metóda koncentrácie;
- nízkoteplotná kondenzácia;
- adsorpcia.
Vodík možno izolovať nielen zo zlúčenín plynu alebo vody. Vodík sa vyrába vystavením dreva a uhlia vysokým teplotám, ako aj spracovaním biologického odpadu.
Atómový vodík na výrobu energie sa získava metódou tepelnej disociácie molekulárnej látky na drôte z platiny, volfrámu alebo paládia. Ohrieva sa v prostredí vodíka pri tlaku menšom ako 1,33 Pa.Rádioaktívne prvky sa využívajú aj na výrobu vodíka.
Tepelná disociácia
metóda elektrolýzy
Najjednoduchším a najpopulárnejším spôsobom extrakcie vodíka je elektrolýza vody. Umožňuje získať prakticky čistý vodík. Ďalšie výhody tejto metódy sú:
Princíp činnosti generátora elektrolýzy vodíka
- dostupnosť surovín;
- získanie prvku pod tlakom;
- možnosť automatizácie procesu kvôli nedostatku pohyblivých častí.
Postup pri štiepení kvapaliny elektrolýzou je opačný ako pri spaľovaní vodíka. Jeho podstatou je, že pod vplyvom jednosmerného prúdu sa na elektródach ponorených do vodného roztoku elektrolytu uvoľňuje kyslík a vodík.
Ďalšou výhodou je výroba vedľajších produktov s priemyselnou hodnotou. Kyslík vo veľkom množstve je teda potrebný na katalyzovanie technologických procesov v energetike, čistenie pôdy a vodných plôch a likvidáciu domového odpadu. Ťažká voda vyrobená elektrolýzou sa využíva v energetike v jadrových reaktoroch.
Výroba vodíka koncentráciou
Táto metóda je založená na oddelení prvku od plynných zmesí, ktoré ho obsahujú. Najväčšia časť látky vyrobenej v priemyselných objemoch sa tak extrahuje parným reformovaním metánu. Vodík vyrobený v tomto procese sa používa v energetike, rafinácii ropy, raketovom priemysle, ako aj na výrobu dusíkatých hnojív. Proces získavania H2 sa vykonáva rôznymi spôsobmi:
- krátky cyklus;
- kryogénne;
- membrána.
Posledná uvedená metóda sa považuje za najúčinnejšiu a lacnejšiu.
Kondenzácia pri nízkych teplotách
Táto technika na získanie H2 spočíva v silnom ochladzovaní zlúčenín plynov pod tlakom. Tým sa premenia na dvojfázový systém, ktorý sa následne separátorom rozdelí na kvapalnú zložku a plyn. Na chladenie sa používajú tekuté médiá:
- voda;
- skvapalnený etán alebo propán;
- kvapalný amoniak.
Tento postup nie je taký jednoduchý, ako sa zdá. Nebude možné naraz čisto oddeliť uhľovodíkové plyny. Časť komponentov odíde s plynom odoberaným zo separačného oddelenia, čo nie je ekonomické. Problém možno vyriešiť hlbokým ochladením suroviny pred separáciou. To si však vyžaduje veľa energie.
V moderných systémoch nízkoteplotných kondenzátorov sú dodatočne poskytnuté demetanizačné alebo deetanizačné kolóny. Plynná fáza sa odstráni z posledného separačného stupňa a kvapalina sa pošle do destilačnej kolóny s prúdom surového plynu po výmene tepla.
Adsorpčná metóda
Pri adsorpcii sa používajú adsorbenty na uvoľnenie vodíka - pevných látok, ktoré absorbujú potrebné zložky plynnej zmesi. Ako adsorbenty sa používa aktívne uhlie, silikátový gél, zeolity. Na uskutočnenie tohto procesu sa používajú špeciálne zariadenia - cyklické adsorbéry alebo molekulové sitá. Ak sa použije pod tlakom, táto metóda môže získať 85 percent vodíka.
Ak porovnáme adsorpciu s nízkoteplotnou kondenzáciou, môžeme konštatovať nižšie materiálové a prevádzkové náklady procesu - v priemere o 30 percent. Adsorpčnou metódou sa vyrába vodík na energiu a za použitia rozpúšťadiel. Táto metóda umožňuje extrakciu 90 percent H2 z plynnej zmesi a výrobu finálneho produktu s koncentráciou vodíka až 99,9 %.
