Metodi per produrre idrogeno in condizioni industriali
Estrazione per conversione del metano
... L'acqua allo stato di vapore, preriscaldata a 1000 gradi Celsius, viene miscelata con metano sotto pressione e in presenza di un catalizzatore. Questo metodo è interessante e collaudato, va anche notato che viene costantemente migliorato: è in corso la ricerca di nuovi catalizzatori, più economici ed efficaci.
Considera il metodo più antico per produrre idrogeno: gassificazione del carbone
... A condizione che non vi sia accesso all'aria e una temperatura di 1300 gradi Celsius, il carbone e il vapore acqueo vengono riscaldati. Pertanto, l'idrogeno viene spostato dall'acqua e si ottiene l'anidride carbonica (l'idrogeno sarà nella parte superiore, l'anidride carbonica, ottenuta anche come risultato della reazione, è nella parte inferiore). Questa sarà la separazione della miscela di gas, tutto è molto semplice.
Ottenere idrogeno da elettrolisi dell'acqua
è considerata l'opzione più semplice. Per la sua implementazione, è necessario versare una soluzione di soda nel contenitore e posizionare anche due elementi elettrici lì. Uno verrà caricato positivamente (anodo) e l'altro negativamente (catodo). Quando viene applicata la corrente, l'idrogeno andrà al catodo e l'ossigeno all'anodo.
Ottenere idrogeno con il metodo ossidazione parziale
... Per questo, viene utilizzata una lega di alluminio e gallio. Viene posto in acqua, che porta alla formazione di idrogeno e allumina durante la reazione. Il gallio è necessario affinché la reazione avvenga in pieno (questo elemento impedirà all'alluminio di ossidarsi prematuramente).
Rilevanza di recente acquisizione metodo di utilizzo della biotecnologia
: in condizioni di mancanza di ossigeno e zolfo, i clamidoni iniziano a rilasciare intensamente idrogeno. Un effetto molto interessante che ora viene attivamente studiato.
Non dimenticare un altro vecchio e collaudato metodo di produzione di idrogeno, che consiste nell'utilizzare diversi elementi alcalini
e acqua. In linea di principio, questa tecnica è fattibile in un ambiente di laboratorio con le necessarie misure di sicurezza in atto. Così, nel corso della reazione (si procede con il riscaldamento e con i catalizzatori), si formano un ossido di metallo e idrogeno. Resta solo da raccoglierlo.
Prendi l'idrogeno interazione di acqua e monossido di carbonio
possibile solo in ambiente industriale. Si formano anidride carbonica e idrogeno, il principio della loro separazione è descritto sopra.
Lo scopo del generatore di idrogeno
H2 è un moderno vettore energetico che viene utilizzato attivamente in molte aree industriali. Qui ci sono solo alcune:
- produzione di acido cloridrico (HC) l;
- produzione di carburante per lanciarazzi;
- produzione di ammoniaca;
- lavorazione del metallo e taglio su di esso;
- sviluppo di fertilizzanti per cottage estivi;
- sintesi dell'acido nitrico;
- la creazione di alcol metilico;
- industria alimentare;
- produzione di acido cloridrico;
- realizzazione di sistemi a pavimento caldo.
Inoltre, HHO è diventato molto utile nella vita di tutti i giorni, anche se con riserve. Innanzitutto viene utilizzato per impianti di riscaldamento autonomo. Inoltre, il gas di Brown viene aggiunto alla benzina nel tentativo di ingannare il motore e risparmiare carburante.
Entrambi i casi hanno le loro peculiarità. Quindi, quando si organizza il riscaldamento domestico, è necessario tenere conto del fatto che la temperatura di combustione di HHO è di un ordine di grandezza superiore a quella del metano. A questo proposito, è necessario acquistare una caldaia speciale e costosa con un ugello resistente al calore. In caso contrario, il proprietario e la sua casa saranno in grave pericolo.
L'INVENZIONE HA I SEGUENTI VANTAGGI
Il calore ottenuto dall'ossidazione dei gas può essere utilizzato direttamente in loco, mentre l'idrogeno e l'ossigeno si ottengono dallo smaltimento del vapore acqueo e dell'acqua di processo.
Basso consumo di acqua durante la generazione di elettricità e calore.
La semplicità del modo.
Notevole risparmio energetico come viene speso solo per riscaldare lo starter al regime termico stabilito.
Alta produttività del processo, perché la dissociazione delle molecole d'acqua dura decimi di secondo.
Esplosione e sicurezza antincendio del metodo, perché nella sua realizzazione non sono necessari contenitori per la raccolta di idrogeno e ossigeno.
Durante il funzionamento dell'impianto, l'acqua viene purificata ripetutamente, convertendosi in acqua distillata. Ciò elimina i sedimenti e il calcare, aumentando la durata dell'impianto.
L'impianto è realizzato in acciaio ordinario; ad eccezione delle caldaie in acciai resistenti al calore con rivestimento e schermatura delle pareti. Cioè, non sono richiesti materiali costosi speciali.
L'invenzione può trovare applicazione in
sostituendo l'idrocarburo e il combustibile nucleare nelle centrali elettriche con acqua economica, diffusa e rispettosa dell'ambiente, pur mantenendo la potenza di questi impianti.
Idrogeno a casa: c'è un vantaggio
Notiamo subito: non è redditizio utilizzare un generatore di idrogeno per riscaldare una casa. Spenderai più elettricità producendo H2 puro di quanta ne riceverai dopo averlo bruciato. Quindi, per 1 kW di calore, vengono spesi 2 kW di elettricità, cioè non vi è alcun vantaggio. È più facile installare qualsiasi caldaia elettrica a casa.
Per sostituire 1 litro di benzina per un'auto, avrai bisogno di 4766 litri di idrogeno puro o 7150 litri di gas ossidrogeno, 1/3 dei quali è ossigeno. Finora, anche le migliori menti del mondo non hanno sviluppato un'unità in grado di fornire tali prestazioni.
RICHIESTA
Metodo per la produzione di idrogeno e ossigeno dal vapore acqueo
, compreso il passaggio di questo vapore attraverso un campo elettrico, caratterizzato dal fatto di utilizzare vapore surriscaldato di acqua con una temperatura
500-550 o C
, è passato attraverso un campo elettrico a corrente continua ad alta tensione per dissociare il vapore e separarlo in atomi di idrogeno e ossigeno.
Da tempo desideravo fare una cosa simile. Ma ulteriori esperimenti con una batteria e un paio di elettrodi non sono arrivati. Volevo realizzare un vero e proprio apparato per la produzione di idrogeno, in quantità tale da gonfiare un pallone. Prima di realizzare un vero e proprio apparato per l'elettrolisi dell'acqua a casa, ho deciso di controllare tutto sul modello.
Lo schema generale dell'elettrolizzatore è simile a questo.
Questo modello non è adatto per un uso quotidiano completo. Ma siamo riusciti a testare l'idea.
Quindi ho deciso di usare la grafite per gli elettrodi. Un'ottima fonte di grafite per elettrodi è il raccoglitore di filobus. Ce ne sono molti in giro alle fermate finali. Va ricordato che uno degli elettrodi collasserà.
Abbiamo visto e finalizzato con un file. L'intensità dell'elettrolisi dipende dalla forza della corrente e dall'area degli elettrodi.
I fili sono collegati agli elettrodi. I fili devono essere accuratamente isolati.
Per il modello dell'elettrolizzatore, le bottiglie di plastica sono abbastanza adatte. I fori sono realizzati nel coperchio per tubi e fili.
Tutto è accuratamente rivestito con sigillante.
I colli di bottiglia tagliati sono adatti per collegare due contenitori.
Devono essere uniti e la cucitura deve essere sciolta.
I dadi sono realizzati con tappi di bottiglia.
I fori sono realizzati in due bottiglie nella parte inferiore. Tutto è collegato e accuratamente riempito con sigillante.
Useremo una rete domestica da 220V come fonte di tensione. Voglio avvertirti che questo è un giocattolo piuttosto pericoloso. Quindi, se non hai competenze sufficienti o ci sono dubbi, è meglio non ripetere.Nella rete domestica abbiamo una corrente alternata, per l'elettrolisi deve essere raddrizzata. Un ponte a diodi è perfetto per questo. Quello nella foto non era abbastanza potente e si è bruciato rapidamente. L'opzione migliore era il ponte a diodi cinese MB156 in un case di alluminio.
Il ponte a diodi diventa molto caldo. Sarà richiesto il raffreddamento attivo. Un dispositivo di raffreddamento per un processore di computer è perfetto. Per la custodia è possibile utilizzare una scatola di giunzione di dimensioni adeguate. Venduto in articoli elettrici.
Diversi strati di cartone devono essere posizionati sotto il ponte a diodi.
I fori necessari sono realizzati nel coperchio della scatola di giunzione.
Questo è l'aspetto dell'unità assemblata. L'elettrolizzatore è alimentato dalla rete, il ventilatore è alimentato da una fonte di alimentazione universale. Una soluzione di bicarbonato di sodio viene utilizzata come elettrolita. Qui va ricordato che maggiore è la concentrazione della soluzione, maggiore è la velocità di reazione. Ma allo stesso tempo, anche il riscaldamento è più alto. Inoltre, la reazione di decomposizione del sodio al catodo contribuirà al riscaldamento. Questa reazione è esotermica. Di conseguenza, si formeranno idrogeno e idrossido di sodio.
Il dispositivo nella foto sopra era molto caldo. È stato necessario spegnerlo periodicamente e attendere che si raffreddi. Il problema del riscaldamento è stato parzialmente risolto raffreddando l'elettrolita. Per questo ho usato una pompa per fontana da tavolo. Un lungo tubo scorre da una bottiglia all'altra attraverso una pompa e un secchio di acqua fredda.
La rilevanza di questo problema oggi è piuttosto elevata a causa del fatto che la sfera dell'utilizzo dell'idrogeno è estremamente estesa e nella sua forma pura non si trova praticamente da nessuna parte in natura. Ecco perché sono state sviluppate diverse tecniche che consentono l'estrazione di questo gas da altri composti attraverso reazioni chimiche e fisiche. Questo è discusso nell'articolo sopra.
Ottenere idrogeno e controllarne la purezza
L'idrogeno può essere ottenuto facendo reagire zinco e acido cloridrico.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑
Lo zinco sposta l'idrogeno dagli acidi, come tutti i metalli che si trovano nella serie di tensioni a sinistra dell'idrogeno.
Per raccogliere l'idrogeno in una provetta, è necessario capovolgerlo, perché l'idrogeno è più leggero dell'aria e tende verso l'alto. Questo metodo di raccolta dell'idrogeno è chiamato "metodo dello spostamento d'aria".
Fico. 1. Ottenere idrogeno e raccoglierlo mediante spostamento d'aria
La provetta accumula idrogeno, ma contiene anche aria e quindi ossigeno. L'idrogeno e l'ossigeno sono miscele esplosive. Accendiamo l'idrogeno raccolto con una scheggia. La provetta è piccola e l'esplosione di idrogeno e ossigeno è solo un forte scoppio. Meno ossigeno nella miscela, più silenzioso è il cotone.
Se l'idrogeno raccolto nella provetta è puro, sentiremo un pop sordo. Tale idrogeno può essere acceso.
Produzione domestica di idrogeno
Selezione elettrolizzatore
Per ottenere un elemento della casa, è necessario un apparecchio speciale: un elettrolizzatore. Ci sono molte opzioni per tali apparecchiature sul mercato; i dispositivi sono offerti sia da note società tecnologiche che da piccoli produttori. Le unità di marca sono più costose, ma la qualità costruttiva è maggiore.
L'elettrodomestico è piccolo e facile da usare. I suoi dettagli principali sono:
Elettrolizzatore: che cos'è
- riformatore;
- sistema di pulizia;
- celle a combustibile;
- attrezzature per compressori;
- un contenitore per la conservazione dell'idrogeno.
La semplice acqua del rubinetto viene considerata come materia prima e l'elettricità proviene da una presa normale. Le unità ad energia solare risparmiano sull'elettricità.
L'idrogeno domestico viene utilizzato negli impianti di riscaldamento o di cottura. E inoltre arricchiscono la miscela aria-carburante per aumentare la potenza dei motori dell'auto.
Realizzare un apparecchio con le tue mani
È ancora più economico realizzare il dispositivo da soli a casa.Una cella a secco si presenta come un contenitore sigillato, costituito da due piastre di elettrodi in un contenitore con una soluzione elettrolitica. Il World Wide Web offre una varietà di schemi di assemblaggio per dispositivi di diversi modelli:
- con due filtri;
- con disposizione dall'alto o dal basso del contenitore;
- con due o tre valvole;
- con tavola zincata;
- sugli elettrodi.
Schema del dispositivo di elettrolisi
Non è difficile creare un semplice dispositivo per la produzione di idrogeno. Richiederà:
- lamiera di acciaio inossidabile;
- tubo trasparente;
- raccordi;
- contenitore di plastica (1,5 l);
- filtro acqua e valvola di non ritorno.
Il dispositivo di un semplice dispositivo per la produzione di idrogeno
Inoltre, saranno necessari vari hardware: dadi, rondelle, bulloni. Il primo passo è tagliare il foglio in 16 scomparti quadrati, ritagliare un angolo da ciascuno di essi. Nell'angolo opposto da esso, è necessario praticare un foro per imbullonare le piastre. Per garantire una corrente costante, le piastre devono essere collegate secondo lo schema più - meno - più - meno. Queste parti sono isolate l'una dall'altra con un tubo e al collegamento con un bullone e rondelle (tre pezzi tra le piastre). 8 piatti sono posti su più e meno.
Se correttamente montate, le nervature delle piastre non toccheranno gli elettrodi. Le parti assemblate vengono calate in un contenitore di plastica. Nel punto in cui le pareti si toccano, vengono realizzati due fori di montaggio con bulloni. Installare una valvola di sicurezza per rimuovere il gas in eccesso. I raccordi sono montati nel coperchio del contenitore e le cuciture sono sigillate con silicone.
Testare l'apparato
Per testare il dispositivo, eseguire diverse azioni:
Schema di produzione di idrogeno
- Riempi di liquido.
- Coprendo con un coperchio, collegare un'estremità del tubo al raccordo.
- Il secondo è immerso nell'acqua.
- Collegati a una fonte di alimentazione.
Dopo aver collegato il dispositivo a una presa, dopo alcuni secondi, il processo di elettrolisi e la precipitazione saranno evidenti.
L'acqua pura non ha una buona conduttività elettrica. Per migliorare questo indicatore, è necessario creare una soluzione elettrolitica aggiungendo un alcali - idrossido di sodio. Si trova in composti per la pulizia dei tubi come la talpa.
Metodi per produrre idrogeno
L'idrogeno è un elemento gassoso incolore e inodore con una densità di 1/14 rispetto all'aria. In uno stato libero, è raro. Di solito l'idrogeno è combinato con altri elementi chimici: ossigeno, carbonio.
La produzione di idrogeno per le esigenze industriali e l'ingegneria energetica viene eseguita con diversi metodi. I più apprezzati sono:
- elettrolisi dell'acqua;
- metodo di concentrazione;
- condensazione a bassa temperatura;
- adsorbimento.
L'idrogeno può essere isolato non solo da composti gassosi o acquosi. L'idrogeno viene prodotto esponendo legno e carbone ad alte temperature, nonché elaborando rifiuti organici.
L'idrogeno atomico per l'ingegneria energetica è ottenuto utilizzando il metodo della dissociazione termica di una sostanza molecolare su un filo di platino, tungsteno o palladio. Viene riscaldato in un'atmosfera di idrogeno a una pressione inferiore a 1,33 Pa. E anche elementi radioattivi vengono utilizzati per produrre idrogeno.
Dissociazione termica
Metodo di elettrolisi
Il metodo più semplice e popolare per l'evoluzione dell'idrogeno è l'elettrolisi dell'acqua. Consente la produzione di idrogeno praticamente puro. Altri vantaggi di questo metodo sono:
Il principio di funzionamento del generatore di idrogeno per elettrolisi
- disponibilità di materie prime;
- ricevere un elemento sotto pressione;
- la capacità di automatizzare il processo a causa della mancanza di parti in movimento.
La procedura per scindere un liquido mediante elettrolisi è il contrario della combustione dell'idrogeno. La sua essenza è che sotto l'influenza della corrente continua, ossigeno e idrogeno vengono rilasciati sugli elettrodi immersi in una soluzione elettrolitica acquosa.
Un ulteriore vantaggio è considerato la produzione di sottoprodotti con valore industriale.Pertanto, è necessaria una grande quantità di ossigeno per catalizzare i processi tecnologici nel settore energetico, ripulire il suolo e i corpi idrici e smaltire i rifiuti domestici. L'acqua pesante ottenuta durante l'elettrolisi viene utilizzata nell'ingegneria energetica nei reattori nucleari.
Produzione di idrogeno per concentrazione
Questo metodo si basa sulla separazione di un elemento dalle miscele di gas che lo contengono. Pertanto, la maggior parte della sostanza prodotta industrialmente viene estratta utilizzando il reforming a vapore del metano. L'idrogeno estratto in questo processo viene utilizzato nell'energia, nella raffinazione del petrolio, nelle industrie di costruzione di razzi, nonché per la produzione di fertilizzanti azotati. Il processo per ottenere H2 viene eseguito in diversi modi:
- ciclo breve;
- criogenico;
- membrana.
Quest'ultimo metodo è considerato il più efficace e meno costoso.
Condensazione a bassa temperatura
Questo metodo per ottenere H2 consiste in un forte raffreddamento di composti gassosi sotto pressione. Di conseguenza, vengono trasformati in un sistema bifase, che viene successivamente separato da un separatore in un componente liquido e un gas. I mezzi liquidi vengono utilizzati per il raffreddamento:
- acqua;
- etano o propano liquefatto;
- ammoniaca liquida.
Questa procedura non è così facile come sembra. Non sarà possibile separare in modo pulito i gas idrocarburici contemporaneamente. Alcuni componenti partiranno con il gas prelevato dal compartimento di separazione, il che non è economico. Il problema può essere risolto raffreddando profondamente la materia prima prima della separazione. Ma questo richiede molta energia.
Nei moderni sistemi di condensazione a bassa temperatura, vengono fornite anche colonne di demetanizzazione o deetanizzazione. La fase gassosa viene rimossa dall'ultimo stadio di separazione e il liquido viene inviato alla colonna di distillazione con un flusso di gas grezzo dopo lo scambio termico.
Metodo di adsorbimento
Durante l'adsorbimento, per rilasciare l'idrogeno, vengono utilizzati adsorbenti: solidi che assorbono i componenti necessari della miscela di gas. Come adsorbenti vengono utilizzati carbone attivo, gel di silicato, zeoliti. Per eseguire questo processo, vengono utilizzati dispositivi speciali: adsorbitori ciclici o setacci molecolari. Quando implementato sotto pressione, questo metodo può recuperare l'85% di idrogeno.
Se confrontiamo l'adsorbimento con la condensazione a bassa temperatura, possiamo notare un materiale inferiore e un costo operativo del processo - in media, del 30 percento. L'idrogeno è prodotto mediante adsorbimento per l'ingegneria energetica e con l'uso di solventi. Questo metodo consente l'estrazione del 90 percento di H2 dalla miscela di gas e l'ottenimento del prodotto finale con una concentrazione di idrogeno fino al 99,9%.
