Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff unter industriellen Bedingungen
Extraktion durch Methanumwandlung
... Wasser in Dampfzustand, auf 1000 Grad Celsius vorgewärmt, wird unter Druck und in Gegenwart eines Katalysators mit Methan gemischt. Diese Methode ist interessant und bewährt. Es sollte auch beachtet werden, dass sie ständig verbessert wird: Die Suche nach neuen Katalysatoren, die billiger und effektiver sind, ist im Gange.
Betrachten Sie die älteste Methode zur Herstellung von Wasserstoff - Kohlevergasung
... Vorausgesetzt, es gibt keinen Luftzugang und eine Temperatur von 1300 Grad Celsius, werden Kohle und Wasserdampf erhitzt. Somit wird Wasserstoff aus Wasser verdrängt und Kohlendioxid wird erhalten (Wasserstoff wird oben sein, Kohlendioxid, das ebenfalls als Ergebnis der Reaktion erhalten wird, ist unten). Dies wird die Trennung des Gasgemisches sein, alles ist sehr einfach.
Wasserstoff erhalten durch Elektrolyse von Wasser
wird als die einfachste Option angesehen. Für seine Implementierung ist es notwendig, eine Sodalösung in den Behälter zu gießen und dort auch zwei elektrische Elemente zu platzieren. Einer wird positiv (Anode) und der andere negativ (Kathode) geladen. Wenn Strom angelegt wird, gelangt Wasserstoff zur Kathode und Sauerstoff zur Anode.
Wasserstoff durch das Verfahren erhalten partielle Oxidation
... Hierzu wird eine Legierung aus Aluminium und Gallium verwendet. Es wird in Wasser gegeben, was zur Bildung von Wasserstoff und Aluminiumoxid während der Reaktion führt. Gallium ist notwendig, damit die Reaktion vollständig abläuft (dieses Element verhindert, dass Aluminium vorzeitig oxidiert).
Kürzlich erworbene Relevanz Methode der Nutzung der Biotechnologie
: Unter dem Mangel an Sauerstoff und Schwefel beginnen Chlamydomonas, Wasserstoff intensiv freizusetzen. Ein sehr interessanter Effekt, der derzeit aktiv untersucht wird.
Vergessen Sie nicht eine andere alte, bewährte Methode der Wasserstoffproduktion, die darin besteht, andere zu verwenden alkalische Elemente
und Wasser. Grundsätzlich ist diese Technik in einer Laborumgebung mit den erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen möglich. So entstehen im Verlauf der Reaktion (sie läuft unter Erhitzen und mit Katalysatoren ab) ein Metalloxid und Wasserstoff. Es bleibt nur, um es zu sammeln.
Holen Sie sich Wasserstoff durch Wechselwirkung von Wasser und Kohlenmonoxid
nur in einem industriellen Umfeld möglich. Kohlendioxid und Wasserstoff entstehen, das Prinzip ihrer Trennung ist oben beschrieben.
Der Umfang des Wasserstoffgenerators
H2 ist ein moderner Energieträger, der in vielen Industriegebieten aktiv eingesetzt wird. Hier nur einige:
- Herstellung von Chlorwasserstoff (HC) l;
- Produktion von Treibstoff für Raketenwerfer;
- Produktion von Ammoniak;
- Metallbearbeitung und Schneiden darauf;
- Entwicklung von Düngemitteln für Sommerhäuser;
- Synthese von Salpetersäure;
- die Schaffung von Methylalkohol;
- Lebensmittelindustrie;
- Salzsäureproduktion;
- Schaffung von Warmbodensystemen.
Darüber hinaus ist HHO im Alltag sehr nützlich geworden, wenn auch mit Vorbehalt. Erstens wird es für autonome Heizsysteme verwendet. Außerdem wird dem Benzin Browns Benzin zugesetzt, um den Motor auszutricksen und Kraftstoff zu sparen.
Beide Fälle haben ihre eigenen Besonderheiten. Bei der Organisation der Heizung zu Hause müssen Sie also berücksichtigen, dass die Verbrennungstemperatur von HHO um eine Größenordnung höher ist als die von Methan. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, einen speziellen, teuren Kessel mit einer hitzebeständigen Düse zu kaufen. Andernfalls sind der Eigentümer und sein Haus in erheblicher Gefahr.
Die Erfindung hat die folgenden Vorteile
Die durch die Oxidation von Gasen gewonnene Wärme kann direkt vor Ort genutzt werden, und Wasserstoff und Sauerstoff werden durch die Entsorgung von Abgasdampf und Prozesswasser gewonnen.
Geringer Wasserverbrauch bei der Strom- und Wärmeerzeugung.
Die Einfachheit des Weges.
Signifikante Energieeinsparungen als Es wird nur zum Aufwärmen des Starters auf das festgelegte thermische Regime verwendet.
Hohe Produktivität des Prozesses, weil Die Dissoziation von Wassermolekülen dauert Zehntelsekunden.
Explosions- und Brandschutz der Methode, weil Bei der Implementierung sind keine Behälter zum Sammeln von Wasserstoff und Sauerstoff erforderlich.
Während des Betriebs der Anlage wird das Wasser wiederholt gereinigt und in destilliertes Wasser umgewandelt. Dies eliminiert Sedimente und Kalk, was die Lebensdauer der Anlage erhöht.
Die Installation besteht aus gewöhnlichem Stahl; mit Ausnahme von Kesseln aus hitzebeständigen Stählen mit Auskleidung und Abschirmung ihrer Wände. Das heißt, es sind keine besonders teuren Materialien erforderlich.
Die Erfindung kann Anwendung finden in
Industrie durch Ersetzen von Kohlenwasserstoffen und Kernbrennstoffen in Kraftwerken durch billiges, weit verbreitetes und umweltfreundliches Wasser unter Beibehaltung der Leistung dieser Kraftwerke.
Wasserstoff zu Hause: Gibt es einen Vorteil
Wir stellen sofort fest: Es ist unrentabel, ein Wasserstoffgenerator zum Heizen eines Hauses zu verwenden. Sie werden mehr Strom für die Erzeugung von reinem H2 ausgeben, als Sie nach dem Verbrennen Energie erhalten. Für 1 kW Wärme werden also 2 kW Strom verbraucht, das heißt, es gibt keinen Vorteil. Es ist einfacher, einen der Elektrokessel zu Hause zu installieren.
Um 1 Liter Benzin für ein Auto zu ersetzen, benötigen Sie 4766 Liter reinen Wasserstoff oder 7150 Liter Sauerstoffgas, von denen 1/3 Sauerstoff ist. Bisher haben selbst die besten Köpfe der Welt keine Einheit entwickelt, die eine solche Leistung erbringen kann.
ANSPRUCH
Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasserdampf
, einschließlich des Durchleitens dieses Dampfes durch ein elektrisches Feld, gekennzeichnet dadurch, dass sie überhitzten Wasserdampf mit einer Temperatur verwenden
500 - 550 ° C.
durch ein elektrisches Hochspannungs-Gleichstromfeld geleitet, um Dampf zu dissoziieren und in Wasserstoff- und Sauerstoffatome zu trennen.
Ich wollte schon lange etwas Ähnliches machen. Weitere Experimente mit einer Batterie und einem Elektrodenpaar gelang jedoch nicht. Ich wollte einen vollwertigen Apparat zur Herstellung von Wasserstoff herstellen, in Mengen, um einen Ballon aufzublasen. Bevor ich zu Hause ein vollwertiges Gerät zur Elektrolyse von Wasser herstellte, beschloss ich, alles am Modell zu überprüfen.
Das allgemeine Schema des Elektrolyseurs sieht so aus.
Dieses Modell ist nicht für den täglichen Gebrauch geeignet. Aber wir haben es geschafft, die Idee zu testen.
Also entschied ich mich für Graphit für die Elektroden. Eine ausgezeichnete Graphitquelle für Elektroden ist der Obus-Kollektor. An den Endstopps liegen viele von ihnen herum. Es muss beachtet werden, dass eine der Elektroden zusammenbricht.
Wir haben gesehen und mit einer Datei abgeschlossen. Die Intensität der Elektrolyse hängt von der Stärke des Stroms und der Fläche der Elektroden ab.
An den Elektroden sind Drähte angebracht. Die Drähte müssen sorgfältig isoliert werden.
Für den Fall des Elektrolyseurs sind Plastikflaschen durchaus geeignet. In der Abdeckung sind Löcher für Rohre und Drähte angebracht.
Alles ist gründlich mit Dichtmittel beschichtet.
Abgeschnittene Flaschenhälse eignen sich zum Verbinden von zwei Behältern.
Sie müssen zusammengefügt und die Naht geschmolzen werden.
Die Nüsse bestehen aus Flaschenverschlüssen.
Die Löcher werden in zwei Flaschen am Boden gemacht. Alles ist verbunden und sorgfältig mit Dichtmittel gefüllt.
Wir werden ein 220-V-Haushaltsnetz als Spannungsquelle verwenden. Ich möchte Sie warnen, dass dies ein ziemlich gefährliches Spielzeug ist. Wenn Sie also nicht über ausreichende Fähigkeiten verfügen oder Zweifel haben, ist es besser, dies nicht zu wiederholen.Im Haushaltsnetz haben wir einen Wechselstrom, der für die Elektrolyse begradigt werden muss. Eine Diodenbrücke ist dafür perfekt. Der auf dem Foto war nicht stark genug und brannte schnell aus. Die beste Option war die chinesische MB156-Diodenbrücke in einem Aluminiumgehäuse.
Die Diodenbrücke wird sehr heiß. Aktive Kühlung ist erforderlich. Ein Kühler für einen Computerprozessor ist perfekt. Für das Gehäuse kann eine Anschlussdose geeigneter Größe verwendet werden. Verkauft in Elektrogeräten.
Unter die Diodenbrücke müssen mehrere Schichten Pappe gelegt werden.
Die notwendigen Löcher werden in den Deckel des Anschlusskastens gemacht.
So sieht die zusammengebaute Einheit aus. Der Elektrolyseur wird vom Stromnetz gespeist, der Lüfter wird von einer universellen Stromquelle gespeist. Als Elektrolyt wird eine Backpulverlösung verwendet. Hierbei ist zu beachten, dass die Reaktionsgeschwindigkeit umso höher ist, je höher die Konzentration der Lösung ist. Gleichzeitig ist aber auch die Heizung höher. Darüber hinaus trägt die Reaktion der Natriumzersetzung an der Kathode zur Erwärmung bei. Diese Reaktion ist exotherm. Infolgedessen werden Wasserstoff und Natriumhydroxid gebildet.
Das Gerät auf dem Foto oben war sehr heiß. Es musste regelmäßig ausgeschaltet werden und warten, bis es abgekühlt ist. Das Heizproblem wurde teilweise durch Abkühlen des Elektrolyten gelöst. Dafür habe ich eine Tischbrunnenpumpe verwendet. Ein langer Schlauch verläuft von einer Flasche zur anderen durch eine Pumpe und einen Eimer mit kaltem Wasser.
Die Relevanz dieses Themas ist heute recht hoch, da der Bereich der Wasserstoffverwendung extrem umfangreich ist und in seiner reinen Form praktisch nirgendwo in der Natur zu finden ist. Aus diesem Grund wurden verschiedene Techniken entwickelt, die die Extraktion dieses Gases aus anderen Verbindungen durch chemische und physikalische Reaktionen ermöglichen. Dies wird im obigen Artikel erläutert.
Wasserstoff gewinnen und auf Reinheit prüfen
Wasserstoff kann durch Umsetzen von Zink und Salzsäure erhalten werden.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑
Zink verdrängt Wasserstoff aus Säuren, wie alle Metalle, die in der Spannungsreihe links von Wasserstoff stehen.
Um Wasserstoff in einem Reagenzglas zu sammeln, müssen Sie es auf den Kopf stellen, da Wasserstoff leichter als Luft ist und nach oben tendiert. Diese Methode zum Sammeln von Wasserstoff wird als "Luftverdrängungsmethode" bezeichnet.
Feige. 1. Wasserstoff gewinnen und durch Luftverdrängung sammeln
Das Reagenzglas sammelt Wasserstoff an, enthält aber auch Luft und damit Sauerstoff. Wasserstoff und Sauerstoff sind explosive Gemische. Wir entzünden den gesammelten Wasserstoff mit einem Splitter. Das Reagenzglas ist klein und die Explosion von Wasserstoff und Sauerstoff ist nur ein scharfer Knall. Je weniger Sauerstoff in der Mischung ist, desto leiser ist die Baumwolle.
Wenn der im Reagenzglas gesammelte Wasserstoff rein ist, hören wir ein dumpfer Knall. Solcher Wasserstoff kann entzündet werden.
Wasserstoffproduktion im Haushalt
Auswahl des Elektrolyseurs
Um ein Element des Hauses zu erhalten, benötigen Sie ein spezielles Gerät - einen Elektrolyseur. Es gibt viele Optionen für solche Geräte auf dem Markt, die Geräte werden sowohl von bekannten Technologieunternehmen als auch von kleinen Herstellern angeboten. Markengeräte sind teurer, aber die Verarbeitungsqualität ist höher.
Das Haushaltsgerät ist klein und einfach zu bedienen. Die wichtigsten Details sind:
Elektrolyseur - was ist das?
- Reformer;
- Reinigungssystem;
- Brennstoffzellen;
- Kompressorausrüstung;
- ein Behälter zur Speicherung von Wasserstoff.
Einfaches Leitungswasser wird als Rohstoff verwendet, und der Strom kommt aus einer normalen Steckdose. Solarbetriebene Geräte sparen Strom.
Haushaltswasserstoff wird in Heiz- oder Kochsystemen verwendet. Außerdem bereichern sie das Kraftstoff-Luft-Gemisch, um die Leistung der Fahrzeugmotoren zu erhöhen.
Machen Sie einen Apparat mit Ihren eigenen Händen
Es ist sogar noch billiger, das Gerät selbst zu Hause herzustellen.Eine Trockenzelle sieht aus wie ein versiegelter Behälter, der aus zwei Elektrodenplatten in einem Behälter mit einer Elektrolytlösung besteht. Das World Wide Web bietet eine Vielzahl von Montageschemata für Geräte verschiedener Modelle:
- mit zwei Filtern;
- mit oberer oder unterer Anordnung des Behälters;
- mit zwei oder drei Ventilen;
- mit verzinkter Platte;
- auf den Elektroden.
Elektrolysegerätediagramm
Es ist nicht schwierig, eine einfache Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff herzustellen. Es erfordert:
- Edelstahlblech;
- transparente Röhre;
- Armaturen;
- Kunststoffbehälter (1,5 l);
- Wasserfilter und Rückschlagventil.
Die Vorrichtung einer einfachen Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff
Darüber hinaus werden verschiedene Hardware benötigt: Muttern, Unterlegscheiben, Schrauben. Der erste Schritt besteht darin, das Blatt in 16 quadratische Fächer zu schneiden und von jedem eine Ecke zu schneiden. In der gegenüberliegenden Ecke müssen Sie ein Loch zum Verschrauben der Platten bohren. Um einen konstanten Strom zu gewährleisten, müssen die Platten nach dem Plus-Minus-Plus-Minus-Schema angeschlossen werden. Diese Teile sind mit einem Rohr und an der Verbindung mit einem Bolzen und Unterlegscheiben (drei Teile zwischen den Platten) voneinander isoliert. 8 Platten werden auf Plus und Minus gelegt.
Bei ordnungsgemäßer Montage berühren die Rippen der Platten die Elektroden nicht. Die zusammengebauten Teile werden in einen Kunststoffbehälter abgesenkt. An der Stelle, an der sich die Wände berühren, werden zwei Befestigungslöcher mit Schrauben hergestellt. Installieren Sie ein Sicherheitsventil, um überschüssiges Gas zu entfernen. Die Beschläge sind im Behälterdeckel montiert und die Nähte mit Silikon versiegelt.
Gerät testen
Führen Sie verschiedene Aktionen aus, um das Gerät zu testen:
Wasserstoffproduktionsschema
- Mit Flüssigkeit füllen.
- Verbinden Sie ein Ende des Rohrs mit einem Deckel und schließen Sie es an die Armatur an.
- Der zweite ist in Wasser getaucht.
- Schließen Sie eine Stromquelle an.
Nach dem Anschließen des Geräts an eine Steckdose sind nach einigen Sekunden der Elektrolyseprozess und die Ausfällung spürbar.
Reines Wasser hat keine gute elektrische Leitfähigkeit. Um diesen Indikator zu verbessern, müssen Sie eine Elektrolytlösung durch Zugabe eines Alkali-Natriumhydroxids erstellen. Es ist in Rohrreinigungsmitteln wie dem Maulwurf enthalten.
Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff
Wasserstoff ist ein farbloses und geruchloses gasförmiges Element mit einer Dichte von 1/14 relativ zu Luft. In einem freien Zustand ist es selten. Normalerweise wird Wasserstoff mit anderen chemischen Elementen kombiniert: Sauerstoff, Kohlenstoff.
Die Wasserstofferzeugung für den industriellen Bedarf und die Energietechnik erfolgt nach verschiedenen Methoden. Die beliebtesten sind:
- Elektrolyse von Wasser;
- Konzentrationsmethode;
- Niedertemperaturkondensation;
- Adsorption.
Wasserstoff kann nicht nur aus Gas- oder Wasserverbindungen isoliert werden. Wasserstoff entsteht, indem Holz und Kohle hohen Temperaturen ausgesetzt werden und Bioabfälle verarbeitet werden.
Atomwasserstoff für die Energietechnik wird unter Verwendung des Verfahrens der thermischen Dissoziation einer molekularen Substanz auf einem Draht aus Platin, Wolfram oder Palladium erhalten. Es wird in einer Wasserstoffatmosphäre unter einem Druck von weniger als 1,33 Pa erhitzt. Und auch radioaktive Elemente werden zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet.
Thermische Dissoziation
Elektrolysemethode
Die einfachste und beliebteste Methode zur Wasserstoffentwicklung ist die Wasserelektrolyse. Es ermöglicht die Herstellung von praktisch reinem Wasserstoff. Weitere Vorteile dieser Methode sind:
Das Funktionsprinzip des Elektrolyse-Wasserstoffgenerators
- Verfügbarkeit von Rohstoffen;
- Empfangen eines unter Druck stehenden Elements;
- die Fähigkeit, den Prozess aufgrund des Fehlens beweglicher Teile zu automatisieren.
Das Verfahren zum Aufspalten einer Flüssigkeit durch Elektrolyse ist die Umkehrung der Verbrennung von Wasserstoff. Sein Wesen ist, dass unter dem Einfluss von Gleichstrom Sauerstoff und Wasserstoff an den in eine wässrige Elektrolytlösung getauchten Elektroden freigesetzt werden.
Ein zusätzlicher Vorteil ist die Herstellung von Nebenprodukten mit industriellem Wert.Daher wird eine große Menge Sauerstoff benötigt, um technologische Prozesse im Energiesektor zu katalysieren, Boden- und Gewässer zu reinigen und Hausmüll zu entsorgen. Schweres Wasser, das während der Elektrolyse gewonnen wird, wird in der Energietechnik in Kernreaktoren verwendet.
Wasserstoffproduktion durch Konzentration
Diese Methode basiert auf der Trennung eines Elements von Gasgemischen, die es enthalten. Somit wird der größte Teil der industriell hergestellten Substanz durch Dampfreformierung von Methan extrahiert. Der dabei gewonnene Wasserstoff wird in der Energie-, Ölraffinerie-, Raketenbauindustrie sowie zur Herstellung von Stickstoffdüngern eingesetzt. Der Prozess zur Gewinnung von H2 wird auf verschiedene Arten durchgeführt:
- kurzer Zyklus;
- kryogen;
- Membran.
Die letztere Methode wird als die effektivste und kostengünstigste angesehen.
Niedertemperaturkondensation
Diese Methode zur Gewinnung von H2 besteht in einer starken Abkühlung gasförmiger Verbindungen unter Druck. Dadurch werden sie in ein Zweiphasensystem umgewandelt, das anschließend durch einen Abscheider in eine flüssige Komponente und ein Gas getrennt wird. Flüssige Medien werden zum Kühlen verwendet:
- Wasser;
- verflüssigtes Ethan oder Propan;
- flüssiges Ammoniak.
Dieses Verfahren ist nicht so einfach, wie es sich anhört. Es wird nicht möglich sein, Kohlenwasserstoffgase sofort sauber abzutrennen. Einige der Komponenten werden mit Gas aus dem Trennraum austreten, was nicht wirtschaftlich ist. Das Problem kann durch tiefes Abkühlen des Rohmaterials vor der Trennung gelöst werden. Dies erfordert jedoch viel Energie.
In modernen Niedertemperatur-Kondensatorsystemen werden zusätzlich Demethanisierungs- oder Deethanisierungssäulen bereitgestellt. Die Gasphase wird aus der letzten Trennstufe entfernt und die Flüssigkeit nach dem Wärmeaustausch mit einem Rohgasstrom zur Destillationskolonne geleitet.
Adsorptionsmethode
Während der Adsorption werden zur Freisetzung von Wasserstoff Adsorbentien verwendet - Feststoffe, die die notwendigen Komponenten des Gasgemisches absorbieren. Aktivkohle, Silikatgel, Zeolithe werden als Adsorbentien verwendet. Um diesen Prozess durchzuführen, werden spezielle Vorrichtungen verwendet - cyclische Adsorber oder Molekularsiebe. Bei Anwendung unter Druck kann dieses Verfahren 85% Wasserstoff zurückgewinnen.
Wenn wir die Adsorption mit der Niedertemperaturkondensation vergleichen, können wir niedrigere Material- und Betriebskosten des Prozesses feststellen - im Durchschnitt um 30 Prozent. Wasserstoff wird durch Adsorption für die Energietechnik und unter Verwendung von Lösungsmitteln erzeugt. Dieses Verfahren ermöglicht die Extraktion von 90 Prozent H2 aus dem Gasgemisch und die Gewinnung des Endprodukts mit einer Wasserstoffkonzentration von bis zu 99,9%.
