Módszerek hidrogén előállítására ipari körülmények között
Extrakció metán konverzióval
... 1000 Celsius-fokra előmelegített gőz állapotú vizet nyomáson és katalizátor jelenlétében metánnal keverünk. Ez a módszer érdekes és bevált, azt is meg kell jegyezni, hogy folyamatosan fejlesztik: folyamatban van az új, olcsóbb és hatékonyabb katalizátorok keresése.
Tekintsük a legősibb módszert a hidrogén előállítására - szén gázosítása
... Feltéve, hogy nincs hozzáférés a levegőhöz, és 1300 Celsius fokos hőmérsékletű, a szenet és a vízgőzt melegítik. Így a hidrogént kiszorítják a vízből, és szén-dioxidot kapnak (a hidrogén lesz a tetején, a szintén a reakció eredményeként kapott szén-dioxid pedig az alján). Ez lesz a gázkeverék szétválasztása, minden nagyon egyszerű.
Hidrogén előállítása a víz elektrolízise
a legegyszerűbb lehetőségnek tekinthető. Megvalósításához szükség van szódaoldat öntésére a tartályba, és két elektromos elem elhelyezésére is. Az egyiket pozitívan töltik (anód), a másikat negatívan (katód). Az áram beindításakor a hidrogén a katódhoz, az oxigén pedig az anódhoz kerül.
A hidrogén megszerzése a módszerrel részleges oxidáció
... Ehhez alumínium és gallium ötvözetét használják. Vízbe helyezzük, amely hidrogén és alumínium-oxid képződéséhez vezet a reakció során. A gallium szükséges ahhoz, hogy a reakció teljes mértékben lejátszódjon (ez az elem megakadályozza az alumínium idő előtti oxidációját).
Nemrégiben megszerzett relevancia módszer a biotechnológia alkalmazására
: oxigén- és kénhiány esetén a chlamydomonák elkezdik intenzíven kibocsátani a hidrogént. Nagyon érdekes hatás, amelyet most aktívan tanulmányoznak.
Ne felejtsen el egy másik régi, bevált hidrogén-előállítási módszert, amely a különböző módszerek alkalmazásából áll lúgos elemek
és a víz. Elvileg ez a technika megvalósítható laboratóriumi körülmények között, a szükséges biztonsági intézkedések meglétével. Így a reakció során (melegítéssel és katalizátorokkal haladva) fémoxid és hidrogén keletkezik. Marad csak gyűjteni.
Szerezzen hidrogént a víz és a szén-monoxid kölcsönhatása
csak ipari környezetben lehetséges. Széndioxid és hidrogén keletkezik, elválasztásuk elvét fentebb ismertettük.
A hidrogéngenerátor hatóköre
A H2 egy modern energiahordozó, amelyet számos ipari területen aktívan használnak. Íme néhány:
- hidrogén-klorid (HC) l előállítása;
- üzemanyag gyártása rakétavetőknek;
- ammónia előállítása;
- fémmegmunkálás és vágás rajta;
- műtrágyák fejlesztése nyaralókhoz;
- salétromsav szintézise;
- metil-alkohol létrehozása;
- élelmiszeripar;
- sósavtermelés;
- meleg padló rendszerek létrehozása.
Ezenkívül a HHO fenntartásokkal ugyan nagyon hasznos lett a mindennapokban. Először is autonóm fűtési rendszerekhez használják. Ezenkívül Brown benzint adnak a benzinhez, hogy megpróbálja átverni a motort és megtakarítani az üzemanyagot.
Mindkét esetnek megvannak a maga sajátosságai. Tehát az otthoni fűtés megszervezésekor figyelembe kell venni, hogy a HHO égési hőmérséklete nagyságrenddel magasabb, mint a metáné. Ebben a tekintetben szükség van egy speciális, drága kazán megvételére, hőálló fúvókával. Ellenkező esetben a tulajdonos és az otthona jelentős veszélynek van kitéve.
A találmánynak a következő előnyei vannak
A gázok oxidációjával nyert hő közvetlenül a helyszínen felhasználható, a hidrogén és az oxigén pedig a hulladékgőz és a technológiai víz ártalmatlanításából származik.
Alacsony vízfogyasztás villamos energia és hő előállításakor.
Az út egyszerűsége.
Jelentős energiamegtakarítás as csak az önindító felmelegedésére fordítják a kialakult hőállapotra.
A folyamat magas termelékenysége, mert a vízmolekulák disszociációja a tizedmásodpercig tart.
A módszer robbanása és tűzbiztonsága, mert megvalósításakor nincs szükség tartályokra a hidrogén és az oxigén gyűjtésére.
A berendezés működése során a vizet többször megtisztítják, desztillált vízzé alakítják. Ez kiküszöböli az üledékeket és a vízkőt, ami megnöveli a telep élettartamát.
A telepítés közönséges acélból készül; a hőálló acélból készült kazánok kivételével, faluk bélésével és árnyékolásával. Vagyis nincs szükség speciális drága anyagokra.
A találmányt itt lehet megtalálni
az erőművek szénhidrogénjének és nukleáris üzemanyagának olcsó, széles körben elterjedt és környezetbarát vízzel történő felváltásával, miközben megőrzi ezen erőművek erejét.
Hidrogén otthon: van-e előnye
Rögtön megjegyezzük: veszteséges hidrogéngenerátort használni a ház fűtésére. Több energiát fog elkölteni tiszta H2 termelésére, mint amennyit energiára kap, miután elégette. Tehát 1 kW hőre 2 kW villamos energiát költenek, vagyis nincs előnye. Az elektromos kazánok bármelyikét könnyebb otthon telepíteni.
1 liter benzin pótlásához autóra 4766 liter tiszta hidrogénre vagy 7150 liter oxihidrogén-gázra lesz szükség, amelynek 1/3-a oxigén. Eddig még a világ legjobb elméi sem fejlesztettek ki ilyen teljesítményt nyújtó egységet.
KÖVETELÉS
Módszer hidrogén és oxigén előállítására vízgőzből
, beleértve e gőz elektromos mezőn való átengedését, azzal jellemezve, hogy túlhevített, hőmérsékletű vízgőzt alkalmaznak
500-550 o C
, nagyfeszültségű egyenáramú elektromos téren haladva a gőz disszociálására és hidrogén- és oxigénatomokra történő szétválasztására.
Régóta szerettem volna hasonlót csinálni. De további kísérletek akkumulátorral és pár elektródával nem értek el. Teljes értékű készüléket szerettem volna készíteni a hidrogén előállításához, olyan mennyiségben, amely egy léggömb felfújására szolgál. Mielőtt egy teljes értékű készüléket készítettem volna a víz otthoni elektrolíziséhez, úgy döntöttem, hogy mindent megvizsgálok a modellen.
Az elektrolizátor általános sémája így néz ki.
Ez a modell nem alkalmas teljes napi használatra. De sikerült kipróbálni az ötletet.
Ezért úgy döntöttem, hogy grafitot használok az elektródákhoz. Az elektródák kiváló grafitforrása a trolibusz-gyűjtő. Rengetegen hevernek a végállomásokon. Nem szabad elfelejteni, hogy az egyik elektróda összeomlik.
Dossziéval láttuk és véglegesítettük. Az elektrolízis intenzitása az áram erősségétől és az elektródák területétől függ.
A huzalok az elektródákhoz vannak rögzítve. A vezetékeket gondosan le kell szigetelni.
Az elektrolizáló modell esetében a műanyag palackok meglehetősen alkalmasak. A csövek és huzalok burkolatában lyukak készülnek.
Minden alaposan tömítőanyaggal van bevonva.
A levágott palacknyak két tartály összekapcsolására alkalmas.
Össze kell őket kötni, és a varratot meg kell olvasztani.
Az anyák palack kupakokból készülnek.
A lyukak alul két üvegben készülnek. Minden össze van kötve és gondosan megtöltve tömítőanyaggal.
Feszültségforrásként 220 V-os háztartási hálózatot fogunk használni. Figyelmeztetni akarom, hogy ez egy meglehetősen veszélyes játék. Tehát, ha nincs elegendő képessége vagy kétségei vannak, akkor jobb, ha nem ismételgeti.A háztartási hálózatban váltakozó áram van, az elektrolízishez ki kell igazítani. A diódahíd erre tökéletes. A fotón látható nem volt elég erős és gyorsan kiégett. A legjobb megoldás a kínai MB156 diódahíd volt alumínium házban.
A diódahíd nagyon felmelegszik. Aktív hűtésre lesz szükség. Tökéletes egy számítógépes processzor hűtője. Megfelelő méretű csatlakozódoboz használható a házhoz. Eladva elektromos árukban.
Több réteg kartont kell elhelyezni a diódahíd alatt.
A szükséges lyukak az elosztódoboz fedelében készülnek.
Így néz ki az összeszerelt egység. Az elektrolizálót a hálózatról táplálják, a ventilátort univerzális áramforrás táplálja. Szódabikarbóna oldatot használnak elektrolitként. Itt nem szabad elfelejteni, hogy minél nagyobb az oldat koncentrációja, annál nagyobb a reakció sebessége. De ugyanakkor a fűtés is magasabb. Ezenkívül a nátrium bomlása a katódon hozzájárul a melegítéshez. Ez a reakció exoterm. Ennek eredményeként hidrogén és nátrium-hidroxid képződik.
A fenti képen látható készülék nagyon forró volt. Időnként ki kellett kapcsolni, és várni kell, amíg lehűl. A fűtési problémát részben megoldották az elektrolit hűtésével. Ehhez asztali szökőkút-szivattyút használtam. Egy hosszú cső folyik egyik üvegből a másikba egy szivattyún és egy vödör hideg vízen keresztül.
Ennek a kérdésnek a jelentősége ma meglehetősen magas annak a ténynek köszönhető, hogy a hidrogén felhasználási területe rendkívül kiterjedt, és tiszta formájában gyakorlatilag sehol sem található meg a természetben. Éppen ezért számos olyan technikát fejlesztettek ki, amelyek kémiai és fizikai reakciók révén lehetővé teszik e gáz kivonását más vegyületekből. Ezt a fenti cikk tárgyalja.
Hidrogén megszerzése és tisztaságának ellenőrzése
A hidrogént cink és sósav reakciójával állíthatjuk elő.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
A cink kiszorítja a hidrogént a savakból, mint minden fém, amely a hidrogéntől balra található feszültségsorozatban áll.
A hidrogén kémcsőbe gyűjtéséhez fel kell fordítani, mert a hidrogén könnyebb, mint a levegő, és felfelé hajlik. Ezt a hidrogéngyűjtési módszert "légkiszorítási módszernek" nevezik.
Ábra. 1. Hidrogén megszerzése és gyűjtése légkiszorítással
A kémcsőben hidrogén halmozódik fel, de tartalmaz levegőt és ezért oxigént is. A hidrogén és az oxigén robbanékony keverékek. Az összegyűjtött hidrogént szilánkkal gyújtjuk meg. A kémcső kicsi, a hidrogén és az oxigén robbanása csak egy éles durranás. Minél kevesebb oxigént tartalmaz a keverék, annál csendesebb a pamut.
Ha a kémcsőbe gyűjtött hidrogén tiszta, akkor tompa durranást hallunk. Az ilyen hidrogén meggyulladhat.
Háztartási hidrogéntermelés
Elektrolizátor kiválasztása
A ház elemének megszerzéséhez speciális készülékre van szükség - elektrolízisre. Az ilyen berendezésekre számos lehetőség kínálkozik a piacon, az eszközöket mind a jól ismert technológiai vállalatok, mind a kis gyártók kínálják. A márkás egységek drágábbak, de az elkészítés minősége magasabb.
A háztartási készülék kicsi és könnyen használható. Fő részletek:
Elektrolizátor - mi ez
- reformátor;
- tisztító rendszer;
- üzemanyagcellák;
- kompresszor berendezések;
- tartály hidrogén tárolására.
Az egyszerű csapvizet nyersanyagnak veszik, és az áram rendszeres áramforrásból származik. A napenergiával működő egységek megtakarítják az áramot.
Az otthoni hidrogént fűtési vagy főzési rendszerekben használják. És gazdagítják az üzemanyag-levegő keveréket is, hogy növeljék az autó motorjainak teljesítményét.
Készítsen készüléket saját kezűleg
Még olcsóbb, ha otthon készíti el a készüléket.A száraz cella úgy néz ki, mint egy lezárt tartály, amely két elektródalemezből áll egy tartályban, elektrolitikus oldattal. A világháló különféle szerelési sémákat kínál különböző modellek eszközei számára:
- két szűrővel;
- a tartály felső vagy alsó elrendezésével;
- két vagy három szeleppel;
- horganyzott táblával;
- az elektródákon.
Elektrolízis készülék diagram
Nem nehéz egyszerű eszközt létrehozni a hidrogén előállítására. Szüksége lesz:
- rozsdamentes acéllemez;
- átlátszó cső;
- szerelvények;
- műanyag tartály (1,5 l);
- vízszűrő és visszacsapó szelep.
A hidrogén előállítására szolgáló egyszerű eszköz eszköze
Ezenkívül különféle hardverekre lesz szükség: anyákra, alátétekre, csavarokra. Első lépésként a lapot négyzet alakú rekeszekre kell vágni, mindegyikből levágni egy-egy sarkot. A vele ellentétes sarokban lyukat kell fúrnia a lemezek csavarozásához. Az állandó áram biztosítása érdekében a lemezeket a plusz - mínusz - plusz - mínusz sémának megfelelően kell csatlakoztatni. Ezeket az alkatrészeket csővel és a csatlakozáskor csavarral és alátétekkel (három darab a lemezek között) kell elkülöníteni. 8 lemezt helyeznek plusz és mínusz.
Megfelelő összeszereléskor a lemezek bordái nem érintik az elektródákat. Az összeszerelt részeket műanyag tartályba engedjük. A falak érintkezésének helyén két rögzítő furat készül csavarokkal. Szereljen be biztonsági szelepet a felesleges gáz eltávolításához. A szerelvényeket a tartály fedelébe szerelik, és a varratokat szilikonnal tömítik.
A készülék tesztelése
Az eszköz teszteléséhez hajtson végre több műveletet:
Hidrogéntermelési rendszer
- Töltsön folyadékot.
- Fedővel fedve csatlakoztassa a cső egyik végét a szerelvényhez.
- A második vízbe merül.
- Csatlakoztassa az áramforráshoz.
Miután a készüléket egy konnektorba dugta, néhány másodperc múlva észrevehető az elektrolízis folyamata és a csapadék.
A tiszta víz nem rendelkezik jó elektromos vezetőképességgel. Ennek a mutatónak a javításához alkáli-nátrium-hidroxid hozzáadásával elektrolit oldatot kell létrehoznia. Olyan csőtisztító vegyületekben található meg, mint a vakond.
Módszerek hidrogén előállítására
A hidrogén színtelen és szagtalan gáznemű elem, amelynek sűrűsége 1/14 a levegőhöz viszonyítva. Szabad állapotban ritka. Általában a hidrogént más kémiai elemekkel kombinálják: oxigénnel, szénnel.
Az ipari szükségletekhez és az energetikához szükséges hidrogéntermelést számos módszerrel végzik. A legnépszerűbbek:
- a víz elektrolízise;
- koncentrációs módszer;
- alacsony hőmérsékletű kondenzáció;
- adszorpció.
A hidrogént nemcsak gáz- vagy vízvegyületekből lehet elkülöníteni. A hidrogént úgy állítják elő, hogy a fát és a szenet magas hőmérsékletnek teszik ki, valamint a biohulladékokat feldolgozzák.
Az atomenergiát az energetikához egy molekuláris anyag termikus disszociációjának módszerével állítják elő platinából, volfrámból vagy palládiumból készült huzalon. Hidrogénatmoszférában melegítik 1,33 Pa-nál kisebb nyomáson. A hidrogén előállításához radioaktív elemeket is használnak.
Termikus disszociáció
Elektrolízis módszer
A hidrogén evolúciójának legegyszerűbb és legnépszerűbb módszere a vízelektrolízis. Lehetővé teszi gyakorlatilag tiszta hidrogén előállítását. A módszer további előnyei:
Az elektrolízis hidrogéngenerátor működésének elve
- nyersanyagok elérhetősége;
- nyomás alatt álló elem fogadása;
- a folyamat automatizálásának képessége a mozgó alkatrészek hiánya miatt.
A folyadék elektrolízissel történő felosztásának eljárása a hidrogén elégetésének fordítottja. Lényege, hogy az egyenáram hatására oxigén és hidrogén szabadul fel a vizes elektrolit-oldatba mártott elektródákon.
További előnyt jelent az ipari értékű melléktermékek előállítása.Így nagy mennyiségű oxigénre van szükség az energetikai technológiai folyamatok katalizálásához, a talaj és a víztestek megtisztításához, valamint a háztartási hulladék ártalmatlanításához. Az elektrolízis során nyert nehézvizet az atomreaktorok energetikájában használják.
A hidrogéntermelés koncentrációval
Ez a módszer egy elem elválasztásán alapul az azt tartalmazó gázkeverékektől. Így az iparilag előállított anyag legnagyobb részét metán gőzreformálásával extrahálják. Az ebben a folyamatban kivont hidrogént az energiaiparban, az olajfinomításban, a rakétagyártásban, valamint a nitrogén műtrágyák előállításában használják fel. A H2 előállításának folyamatát különböző módon hajtják végre:
- rövid ciklus;
- kriogén;
- membrán.
Ez utóbbi módszert tartják a leghatékonyabbnak és kevésbé költségesnek.
Alacsony hőmérsékletű kondenzáció
A H2 előállításának ez a módja a gáznemű vegyületek nyomás alatti erős hűtése. Ennek eredményeként kétfázisú rendszerré alakulnak, amelyet ezt követően egy szeparátor különít el folyékony komponenssé és gázzá. Folyékony közegeket használnak hűtésre:
- víz;
- cseppfolyósított etán vagy propán;
- folyékony ammónia.
Ez az eljárás nem olyan egyszerű, mint amilyennek hangzik. A szénhidrogén gázok tisztán történő szétválasztása nem lesz lehetséges egyszerre. Néhány alkatrész a szétválasztó rekeszből vett gázzal távozik, ami nem gazdaságos. A probléma megoldható az alapanyag mély lehűtésével az elválasztás előtt. De ez sok energiát igényel.
A modern, alacsony hőmérsékletű kondenzátoros rendszerekben emetanizáló vagy deetanizáló oszlopokat is biztosítanak. A gázfázist eltávolítjuk az utolsó elválasztási szakaszból, és a folyadékot hőcsere után nyers gázárammal a desztillációs oszlopba juttatjuk.
Adszorpciós módszer
Az adszorpció során a hidrogén felszabadításához adszorbenseket használnak - olyan szilárd anyagokat, amelyek felszívják a gázkeverék szükséges alkotóelemeit. Adszorbensként aktív szenet, szilikagélt, zeolitokat használnak. Ennek a folyamatnak a végrehajtásához speciális eszközöket használnak - ciklikus adszorbereket vagy molekulaszitákat. Nyomás alatt megvalósítva ez a módszer 85% hidrogént képes kinyerni.
Ha összehasonlítjuk az adszorpciót az alacsony hőmérsékletű kondenzációval, akkor megállapíthatjuk, hogy a folyamat alacsonyabb anyag- és működési költsége - átlagosan 30 százalékkal. A hidrogént adszorpcióval állítják elő energiatechnikában és oldószerek alkalmazásával. Ez a módszer lehetővé teszi 90% H2 kivonását a gázelegyből és a végtermék előállítását legfeljebb 99,9% hidrogénkoncentrációval.
