Các phương pháp sản xuất hydro trong điều kiện công nghiệp
Khai thác bằng cách chuyển đổi mêtan
. Nước hóa hơi, được làm nóng trước đến 1000 độ C, được trộn với mêtan dưới áp suất và có mặt chất xúc tác. Phương pháp này rất thú vị và đã được chứng minh, cũng cần lưu ý rằng nó không ngừng được cải tiến: một cuộc tìm kiếm các chất xúc tác mới rẻ hơn và hiệu quả hơn đang được tiến hành.
Hãy xem xét phương pháp cổ xưa nhất để thu được hydro - khí hóa than
. Trong điều kiện không có không khí và nhiệt độ 1300 độ C, than và hơi nước được đốt nóng. Do đó, hydro được dịch chuyển khỏi nước và thu được carbon dioxide (hydro sẽ ở trên cùng, carbon dioxide, cũng thu được do kết quả của phản ứng, sẽ ở dưới cùng). Đây sẽ là công đoạn tách hỗn hợp khí, mọi thứ rất đơn giản.
Thu nhận hydro bằng cách điện phân nước
được coi là lựa chọn dễ dàng nhất. Để thực hiện, cần phải đổ dung dịch soda vào thùng chứa, đồng thời đặt hai phần tử điện ở đó. Một cái sẽ mang điện tích dương (cực dương) và cái còn lại mang điện tích âm (cực âm). Khi có dòng điện chạy qua, hydro sẽ đi đến cực âm và oxy đến cực dương.
Thu nhận hydro theo phương pháp oxy hóa một phần
. Đối với điều này, một hợp kim của nhôm và gali được sử dụng. Nó được đặt trong nước, dẫn đến sự hình thành hydro và nhôm oxit trong quá trình phản ứng. Gali là cần thiết để phản ứng diễn ra đầy đủ (nguyên tố này sẽ không cho phép nhôm bị oxy hóa sớm).
Gần đây đã đạt được mức độ liên quan phương pháp sử dụng công nghệ sinh học
: trong điều kiện thiếu oxy và lưu huỳnh, các chlamydomonas bắt đầu giải phóng mạnh mẽ hydro. Một hiệu ứng rất thú vị, hiện đang được tích cực nghiên cứu.
Đừng quên một phương pháp sản xuất hydro cũ đã được chứng minh khác, đó là sử dụng nguyên tố kiềm
và nước. Về nguyên tắc, kỹ thuật này khả thi trong điều kiện phòng thí nghiệm với các biện pháp an ninh cần thiết. Do đó, trong quá trình phản ứng (xảy ra khi đun nóng và có xúc tác), oxit kim loại và hiđro được tạo thành. Nó vẫn chỉ để thu thập nó.
Nhận hydro bằng cách tương tác của nước và carbon monoxide
chỉ có thể trong môi trường công nghiệp. Carbon dioxide và hydro được hình thành, nguyên tắc phân tách của chúng được mô tả ở trên.
ĐẦU TƯ CÓ NHỮNG ƯU ĐIỂM SAU ĐÂY
Nhiệt thu được từ quá trình oxy hóa khí có thể được sử dụng trực tiếp tại chỗ, hydro và oxy thu được từ việc xử lý hơi nước thải và xử lý nước.
Tiêu thụ ít nước khi tạo ra điện và nhiệt.
Sự đơn giản của phương pháp.
Tiết kiệm năng lượng đáng kể, như nó chỉ được sử dụng để làm nóng bộ khởi động đến một chế độ nhiệt ổn định.
Năng suất quy trình cao, bởi vì sự phân ly của các phân tử nước kéo dài 1/10 giây.
An toàn cháy nổ của phương pháp này, bởi vì trong quá trình thực hiện, không cần bình chứa hydro và oxy.
Trong quá trình vận hành lắp đặt, nước được lọc nhiều lần, chuyển hóa thành nước cất. Điều này giúp loại bỏ kết tủa và cáu cặn, giúp tăng tuổi thọ của hệ thống lắp đặt.
Việc lắp đặt được làm bằng thép thông thường; ngoại trừ nồi hơi làm bằng thép chịu nhiệt có lớp lót và tường chắn. Đó là, vật liệu đắt tiền đặc biệt không được yêu cầu.
Sáng chế có thể được ứng dụng trong
công nghiệp bằng cách thay thế hydrocacbon và nhiên liệu hạt nhân trong các nhà máy điện bằng nước rẻ, phổ biến và thân thiện với môi trường, đồng thời duy trì năng lượng của các nhà máy này.
YÊU CẦU
Phương pháp sản xuất hydro và oxy từ hơi nước
, bao gồm truyền hơi nước này qua một điện trường, có đặc điểm là hơi nước quá nhiệt được sử dụng với nhiệt độ 500 - 550 o C
, được đưa qua điện trường một chiều có điện áp cao để phân ly hơi nước và tách nó thành các nguyên tử hydro và oxy.
Tôi đã muốn làm một cái gì đó như thế này trong một thời gian dài. Nhưng các thí nghiệm tiếp theo với một pin và một cặp điện cực đã không đạt được. Tôi muốn tạo ra một bộ máy chính thức để sản xuất hydro, với số lượng lớn để làm căng quả bóng bay. Trước khi tạo ra một thiết bị chính thức để điện phân nước ở nhà, Tôi quyết định kiểm tra mọi thứ trên mô hình.
Sơ đồ chung của máy điện phân trông như thế này.
Mô hình này không phù hợp để sử dụng đầy đủ hàng ngày. Nhưng ý tưởng đã được thử nghiệm.
Vì vậy, đối với các điện cực, tôi quyết định sử dụng than chì. Một nguồn graphite tuyệt vời cho các điện cực là bộ thu dòng điện xe đẩy. Có rất nhiều người trong số họ nằm xung quanh các điểm dừng cuối cùng. Cần phải nhớ rằng một trong các điện cực sẽ bị phá hủy.
Cưa và hoàn thiện bằng một tập tin. Cường độ điện phân phụ thuộc vào cường độ dòng điện và diện tích của các điện cực.
Dây điện được gắn vào các điện cực. Dây điện phải được cách điện cẩn thận.
Bình nhựa khá phù hợp với thân của mẫu máy điện giải. Các lỗ được tạo trên nắp cho ống và dây điện.
Tất cả mọi thứ đều được phủ một cách cẩn thận bằng chất trám kín.
Các cổ chai được cắt bỏ phù hợp để nối hai thùng chứa.
Chúng cần được kết nối với nhau và làm tan đường nối.
Các loại hạt được làm từ nắp chai.
Các lỗ được tạo ở đáy của hai chai. Tất cả mọi thứ được kết nối và cẩn thận đổ đầy chất trám kín.
Chúng ta sẽ sử dụng mạng gia đình 220V làm nguồn điện áp. Tôi muốn cảnh báo bạn rằng đây là một món đồ chơi khá nguy hiểm. Vì vậy, nếu không có đủ kỹ năng hoặc có nghi ngờ, thì tốt hơn là không nên lặp lại. Trong mạng điện gia dụng, chúng ta có dòng điện xoay chiều, để điện phân thì nó phải được nối thẳng. Một cầu diode là hoàn hảo cho việc này. Một trong những bức ảnh không đủ mạnh và nhanh chóng bị cháy. Lựa chọn tốt nhất là cầu điốt MB156 của Trung Quốc trong một hộp nhôm.
Cầu diode rất nóng. Yêu cầu làm mát tích cực. Bộ làm mát cho bộ xử lý máy tính sẽ hoàn toàn phù hợp. Đối với trường hợp, bạn có thể sử dụng hộp hàn có kích thước phù hợp. Bán ở hàng điện máy.
Dưới cầu diode cần phải đặt nhiều lớp các tông.
Các lỗ cần thiết được tạo trên nắp hộp hàn.
Đây là những gì đơn vị đã lắp ráp trông như thế nào. Máy điện phân được cấp điện từ nguồn điện lưới, quạt từ nguồn điện đa năng. Dung dịch muối nở được dùng làm chất điện phân. Ở đây cần phải nhớ rằng nồng độ của dung dịch càng cao thì tốc độ phản ứng càng cao. Nhưng đồng thời, độ nóng cao hơn. Hơn nữa, phản ứng phân hủy natri ở cực âm sẽ góp phần làm nóng. Phản ứng này tỏa nhiệt. Kết quả là hydro và natri hydroxit sẽ được tạo thành.
Thiết bị trong ảnh trên rất nóng. Nó phải được tắt định kỳ và đợi cho đến khi nó nguội đi. Vấn đề với hệ thống sưởi đã được giải quyết một phần bằng cách làm lạnh chất điện phân. Đối với điều này, tôi đã sử dụng một máy bơm đài phun nước trên bàn. Một ống dài chạy từ chai này sang chai khác thông qua một máy bơm và một xô nước lạnh.
Mức độ liên quan của vấn đề này ngày nay là khá cao do phạm vi sử dụng của hydro là rất rộng, và ở dạng tinh khiết, nó thực tế không được tìm thấy ở bất kỳ đâu trong tự nhiên. Đó là lý do tại sao một số phương pháp đã được phát triển để chiết xuất khí này từ các hợp chất khác thông qua các phản ứng hóa học và vật lý. Đây là những gì được thảo luận trong bài viết này.
Sản xuất hydro trong hộ gia đình
Lựa chọn một tế bào điện phân
Để có được một phần tử của ngôi nhà, một thiết bị đặc biệt là cần thiết - một máy điện phân.Có rất nhiều lựa chọn cho các thiết bị như vậy trên thị trường, các thiết bị được cung cấp bởi cả các tập đoàn công nghệ nổi tiếng và các nhà sản xuất nhỏ. Các đơn vị có thương hiệu đắt hơn, nhưng chất lượng xây dựng của chúng cao hơn.
Thiết bị gia dụng có kích thước nhỏ và dễ sử dụng. Các chi tiết chính của nó là:
Máy điện phân - nó là gì
- nhà cải cách;
- hệ thống làm sạch;
- pin nhiên liệu;
- thiết bị máy nén khí;
- bể chứa hydro.
Nước máy đơn giản được lấy làm nguyên liệu thô và điện được lấy từ một ổ cắm thông thường. Các đơn vị sử dụng năng lượng mặt trời tiết kiệm điện.
Hydro "gia đình" được sử dụng trong hệ thống sưởi ấm hoặc nấu ăn. Chúng cũng làm giàu hỗn hợp nhiên liệu không khí để tăng sức mạnh của động cơ ô tô.
Chế tạo thiết bị bằng tay của chính bạn
Việc tự làm thiết bị tại nhà thậm chí còn rẻ hơn. Một tế bào khô trông giống như một hộp kín, bao gồm hai tấm điện cực trong một bình chứa dung dịch điện phân. World Wide Web cung cấp nhiều phương án để lắp ráp các thiết bị thuộc các mô hình khác nhau:
- với hai bộ lọc;
- với sự sắp xếp trên cùng hoặc dưới cùng của thùng chứa;
- với hai hoặc ba van;
- với bảng mạ kẽm;
- trên các điện cực.
Sơ đồ của thiết bị điện phân
Một thiết bị đơn giản để sản xuất hydro rất dễ tạo ra. Nó sẽ yêu cầu:
- thép không gỉ tấm;
- ống trong suốt;
- phụ kiện;
- thùng nhựa (1,5 l);
- bộ lọc nước và van một chiều.
Thiết bị của một thiết bị đơn giản để sản xuất hydro
Ngoài ra, sẽ cần nhiều phần cứng khác nhau: đai ốc, vòng đệm, bu lông. Trước hết, bạn cần cắt tờ giấy thành 16 ngăn vuông, mỗi ngăn cắt một góc. Ở góc đối diện với nó, cần phải khoan một lỗ để bắt vít các tấm. Để đảm bảo dòng điện không đổi, các tấm phải được kết nối theo sơ đồ: cộng-trừ-cộng-trừ. Các bộ phận này được cách ly với nhau bằng một ống, và ở kết nối bằng bu lông và vòng đệm (ba miếng giữa các tấm). 8 tấm được đặt trên dấu cộng và dấu trừ.
Với việc lắp ráp thích hợp, các cạnh của tấm sẽ không chạm vào các điện cực. Các bộ phận thu thập được đưa xuống một thùng nhựa. Ở chỗ tiếp xúc với tường, hai lỗ lắp ghép được làm bằng bu lông. Lắp van an toàn để loại bỏ khí thừa. Các phụ kiện được gắn trong nắp hộp và các đường nối được bịt kín bằng silicone.
Kiểm tra thiết bị
Để kiểm tra thiết bị, hãy thực hiện một số hành động:
Đề án sản xuất hydro
- Đổ đầy chất lỏng.
- Đậy bằng nắp, nối một đầu ống vào ống nối.
- Chiếc thứ hai được hạ xuống nước.
- Kết nối với nguồn điện.
Sau khi cắm thiết bị vào ổ cắm, sau vài giây sẽ thấy quá trình điện phân và kết tủa.
Nước tinh khiết không có tính dẫn điện tốt. Để cải thiện chỉ số này, bạn cần tạo dung dịch điện phân bằng cách thêm kiềm - natri hiđroxit. Nó có trong các chế phẩm để làm sạch đường ống như "Mole".
Các phương pháp sản xuất hydro
Hiđro là một nguyên tố khí không màu và không mùi, có tỷ trọng bằng 1/14 so với không khí. Nó hiếm khi được tìm thấy ở trạng thái tự do. Thông thường hydro được kết hợp với các nguyên tố hóa học khác: oxy, carbon.
Việc sản xuất hydro cho nhu cầu công nghiệp và năng lượng được thực hiện bằng một số phương pháp. Phổ biến nhất là:
- điện phân nước;
- phương pháp cô đặc;
- nhiệt độ thấp ngưng tụ;
- sự hấp phụ.
Hydro không chỉ có thể được phân lập từ khí hoặc các hợp chất nước. Hydro được tạo ra bằng cách cho gỗ và than tiếp xúc với nhiệt độ cao, cũng như bằng cách xử lý khí sinh học.
Hydro nguyên tử cho kỹ thuật điện thu được bằng cách sử dụng phương pháp phân ly nhiệt của một chất phân tử trên một dây làm bằng bạch kim, vonfram hoặc palađi. Nó được nung nóng trong môi trường hiđro ở áp suất nhỏ hơn 1,33 Pa.Các nguyên tố phóng xạ cũng được sử dụng để sản xuất hydro.
Sự phân ly nhiệt
phương pháp điện phân
Phương pháp khai thác hydro đơn giản và phổ biến nhất là điện phân nước. Nó cho phép thu được hydro thực tế tinh khiết. Các ưu điểm khác của phương pháp này là:
Nguyên lý hoạt động của máy tạo hydro điện phân
- sự sẵn có của nguyên liệu thô;
- thu được một phần tử dưới áp suất;
- khả năng tự động hóa quá trình do thiếu các bộ phận chuyển động.
Quy trình phân tách một chất lỏng bằng điện phân là ngược lại của quá trình đốt cháy hydro. Bản chất của nó là dưới tác dụng của dòng điện một chiều, oxy và hydro được giải phóng trên các điện cực nhúng vào dung dịch nước điện phân.
Một lợi thế nữa là sản xuất các sản phẩm phụ có giá trị công nghiệp. Vì vậy, oxy ở một lượng lớn cần thiết cho việc xúc tác các quá trình công nghệ trong lĩnh vực năng lượng, làm sạch đất và nước, xử lý rác thải sinh hoạt. Nước nặng được sản xuất bằng phương pháp điện phân được sử dụng trong công nghiệp điện trong các lò phản ứng hạt nhân.
Sản xuất hydro theo nồng độ
Phương pháp này dựa trên việc tách nguyên tố ra khỏi hỗn hợp khí có chứa nó. Do đó, phần lớn nhất của chất được sản xuất trong quy mô công nghiệp được chiết xuất bằng cách sử dụng quá trình chuyển hóa metan bằng hơi nước. Hydro được tạo ra trong quá trình này được sử dụng trong năng lượng, lọc dầu, công nghiệp tên lửa, cũng như để sản xuất phân đạm. Quá trình thu nhận H2 được thực hiện theo các cách khác nhau:
- chu kỳ ngắn;
- đông lạnh;
- màng.
Phương pháp sau được coi là hiệu quả nhất và ít tốn kém hơn.
Ngưng tụ ở nhiệt độ thấp
Kỹ thuật thu được H2 này bao gồm quá trình làm lạnh mạnh các hợp chất khí dưới áp suất. Kết quả là, chúng được chuyển đổi thành một hệ thống hai pha, sau đó được phân tách bằng bộ phân tách thành thành phần lỏng và khí. Môi trường lỏng được sử dụng để làm mát:
- nước;
- etan hoặc propan hóa lỏng;
- amoniac lỏng.
Thủ tục này không đơn giản như nó có vẻ. Sẽ không thể tách sạch các khí hydrocacbon tại một thời điểm. Một phần linh kiện sẽ rời ra ngoài cùng với khí lấy từ ngăn tách, không tiết kiệm. Vấn đề có thể được giải quyết bằng cách làm lạnh sâu nguyên liệu trước khi tách. Nhưng điều này đòi hỏi rất nhiều năng lượng.
Trong các hệ thống ngưng tụ nhiệt độ thấp hiện đại, các cột khử muối hoặc khử khử muối được cung cấp thêm. Giai đoạn khí được loại bỏ từ giai đoạn tách cuối cùng, và chất lỏng được đưa đến cột chưng cất cùng với dòng khí thô sau khi trao đổi nhiệt.
Phương pháp hấp phụ
Trong quá trình hấp phụ, chất hấp phụ được sử dụng để giải phóng hydro - chất rắn hấp thụ các thành phần cần thiết của hỗn hợp khí. Than hoạt tính, gel silicat, zeolit được dùng làm chất hấp phụ. Để thực hiện quá trình này, người ta sử dụng các thiết bị đặc biệt - chất hấp phụ tuần hoàn hoặc rây phân tử. Khi thực hiện dưới áp suất, phương pháp này có thể thu hồi 85% hydro.
Nếu chúng ta so sánh sự hấp phụ với sự ngưng tụ ở nhiệt độ thấp, chúng ta có thể lưu ý rằng chi phí vật liệu và hoạt động của quá trình thấp hơn - trung bình là 30%. Phương pháp hấp phụ tạo ra hydro để cung cấp năng lượng và sử dụng dung môi. Phương pháp này cho phép tách 90% H2 từ hỗn hợp khí và tạo ra sản phẩm cuối cùng có nồng độ hydro lên đến 99,9%.
