Methoden voor het produceren van waterstof in industriële omstandigheden
Extractie door omzetting van methaan
Water in dampvorm, voorverwarmd tot 1000 graden Celsius, wordt onder druk en in aanwezigheid van een katalysator gemengd met methaan. Deze methode is interessant en bewezen, er moet ook worden opgemerkt dat deze voortdurend wordt verbeterd: de zoektocht naar nieuwe, goedkopere en effectievere katalysatoren is gaande.
Beschouw de oudste methode om waterstof te produceren - kolenvergassing
Mits er geen luchttoegang is en een temperatuur van 1300 graden Celsius, worden kolen en waterdamp verwarmd. Waterstof wordt dus verdrongen uit water en kooldioxide wordt verkregen (waterstof zal bovenaan staan, kooldioxide, ook verkregen als resultaat van de reactie, bevindt zich onderaan). Dit wordt de scheiding van het gasmengsel, alles is heel eenvoudig.
Waterstof verkrijgen door elektrolyse van water
wordt als de eenvoudigste optie beschouwd. Voor de implementatie is het noodzakelijk om een soda-oplossing in de container te gieten en daar ook twee elektrische elementen te plaatsen. De ene wordt positief geladen (anode) en de andere negatief (kathode). Als er stroom wordt aangelegd, gaat waterstof naar de kathode en zuurstof naar de anode.
Waterstof verkrijgen door de methode gedeeltelijke oxidatie
Hiervoor wordt een legering van aluminium en gallium gebruikt. Het wordt in water geplaatst, wat tijdens de reactie leidt tot de vorming van waterstof en aluminiumoxide. Gallium is nodig om de reactie volledig te laten plaatsvinden (dit element voorkomt dat aluminium voortijdig oxideert).
Recent verworven relevantie methode om biotechnologie te gebruiken
: onder de voorwaarde van zuurstof- en zwavelgebrek beginnen chlamydomonas intensief waterstof af te geven. Een zeer interessant effect dat nu actief wordt bestudeerd.
Vergeet niet een andere oude, beproefde methode van waterstofproductie, die bestaat uit het gebruik van verschillende alkalische elementen
en water. Deze techniek is in principe haalbaar in een laboratoriumomgeving met de nodige veiligheidsmaatregelen. Aldus worden in de loop van de reactie (deze verloopt onder verwarming en met katalysatoren) een metaaloxide en waterstof gevormd. Het blijft alleen om het te verzamelen.
Haal waterstof langs interactie van water en koolmonoxide
alleen mogelijk in een industriële omgeving. Koolstofdioxide en waterstof worden gevormd, het principe van hun scheiding is hierboven beschreven.
De reikwijdte van de waterstofgenerator
H2 is een moderne energiedrager die actief wordt gebruikt in veel industriële gebieden. Hier zijn er een paar:
- productie van waterstofchloride (HC) l;
- productie van brandstof voor raketwerpers;
- productie van ammoniak;
- metaalverwerking en erop snijden;
- ontwikkeling van meststoffen voor zomerhuisjes;
- synthese van salpeterzuur;
- het maken van methylalcohol;
- voedselindustrie;
- productie van zoutzuur;
- creatie van warme vloersystemen.
Bovendien is HHO erg nuttig geworden in het dagelijks leven, zij het met voorbehoud. Allereerst wordt het gebruikt voor autonome verwarmingssystemen. Bovendien wordt Brown's gas aan benzine toegevoegd in een poging de motor te misleiden en brandstof te besparen.
Beide gevallen hebben hun eigen bijzonderheden. Bij het organiseren van huisverwarming moet u er dus rekening mee houden dat de verbrandingstemperatuur van HHO een orde van grootte hoger is dan die van methaan. In dit opzicht is het noodzakelijk om een speciale, dure ketel met een hittebestendig mondstuk aan te schaffen. Anders lopen de eigenaar en zijn huis aanzienlijk gevaar.
DE UITVINDING HEEFT DE VOLGENDE VOORDELEN
De warmte die wordt verkregen door de oxidatie van gassen kan direct ter plaatse worden gebruikt en waterstof en zuurstof worden verkregen uit de afvoer van afvalstoom en proceswater.
Laag waterverbruik bij opwekking van elektriciteit en warmte.
De eenvoud van de weg.
Aanzienlijke energiebesparingen zoals het wordt alleen besteed aan het opwarmen van de starter tot het gevestigde thermische regime.
Hoge productiviteit van het proces, omdat dissociatie van watermoleculen duurt tienden van een seconde.
Explosie- en brandveiligheid van de methode, omdat bij de uitvoering zijn er geen containers nodig voor het verzamelen van waterstof en zuurstof.
Tijdens de werking van de installatie wordt water vele malen gezuiverd en omgezet in gedestilleerd water. Dit elimineert bezinksel en kalkaanslag, wat de levensduur van de installatie verlengt.
De installatie is gemaakt van gewoon staal; behalve ketels gemaakt van hittebestendig staal met bekleding en afscherming van hun wanden. Dat wil zeggen dat er geen speciale dure materialen nodig zijn.
De uitvinding kan worden toegepast in
industrie door koolwaterstof en nucleaire brandstof in elektriciteitscentrales te vervangen door goedkoop, wijdverbreid en milieuvriendelijk water, terwijl de kracht van deze centrales behouden blijft.
Waterstof in huis: is er een voordeel
We merken meteen op: het is niet rendabel om een waterstofgenerator te gebruiken om een huis te verwarmen. U zult meer elektriciteit besteden aan het produceren van pure H2 dan dat u energie ontvangt na verbranding. Dus voor 1 kW warmte wordt 2 kW elektriciteit verbruikt, dat wil zeggen dat er geen voordeel is. Het is gemakkelijker om een van de elektrische boilers thuis te installeren.
Om 1 liter benzine voor een auto te vervangen, heb je 4766 liter zuivere waterstof of 7150 liter knalgas nodig, waarvan 1/3 zuurstof. Tot dusver hebben zelfs de beste koppen ter wereld nog geen eenheid ontwikkeld die dergelijke prestaties kan leveren.
BEWEREN
Methode voor het produceren van waterstof en zuurstof uit waterdamp
, inclusief het door een elektrisch veld leiden van deze stoom, met het kenmerk dat ze oververhitte waterstoom met een temperatuur gebruiken
500 - 550 o C
, door een hoogspanningsgelijkstroom elektrisch veld geleid om damp te dissociëren en te scheiden in waterstof- en zuurstofatomen.
Ik wilde al heel lang iets soortgelijks doen. Maar verdere experimenten met een batterij en een paar elektroden bereikten niet. Ik wilde een volwaardig apparaat maken voor de productie van waterstof, in hoeveelheden om een ballon op te blazen. Voordat ik een volwaardig apparaat voor elektrolyse van water thuis maakte, besloot ik alles op het model te controleren.
Het algemene schema van de elektrolyseur ziet er als volgt uit.
Dit model is niet geschikt voor volledig dagelijks gebruik. Maar we zijn erin geslaagd om het idee te testen.
Dus besloot ik om grafiet te gebruiken voor de elektroden. Een uitstekende bron van grafiet voor elektroden is de trolleybuscollector. Er liggen er genoeg rond aan de eindstops. Houd er rekening mee dat een van de elektroden zal instorten.
We zagen en ronden het af met een bestand. De intensiteit van elektrolyse hangt af van de sterkte van de stroom en het oppervlak van de elektroden.
Aan de elektroden zijn draden bevestigd. De draden moeten zorgvuldig worden geïsoleerd.
Voor het geval van het elektrolyseermodel zijn plastic flessen redelijk geschikt. In het deksel zijn gaten gemaakt voor leidingen en draden.
Alles is grondig bedekt met kit.
Afgesneden flessenhalzen zijn geschikt om twee containers met elkaar te verbinden.
Ze moeten worden samengevoegd en de naad moet worden gesmolten.
De moeren zijn gemaakt van flessendoppen.
Aan de onderkant zijn gaten gemaakt in twee flessen. Alles is aangesloten en zorgvuldig gevuld met kit.
Als spanningsbron gebruiken we een 220V huishoudelijk netwerk. Ik wil je waarschuwen dat dit nogal gevaarlijk speelgoed is. Dus als je niet over voldoende vaardigheden beschikt of als er twijfels zijn, is het beter om niet te herhalen.In het huishoudelijk netwerk hebben we wisselstroom, voor elektrolyse moet deze worden rechtgetrokken. Een diodebrug is hier perfect voor. De foto op de foto was niet krachtig genoeg en brandde snel door. De beste optie was de Chinese MB156 diodebrug in een aluminium behuizing.
De diodebrug wordt erg heet. Actieve koeling is vereist. Een koeler voor een computerprocessor is perfect. Voor de behuizing kan een aansluitdoos van een geschikte maat worden gebruikt. Verkocht in elektrische goederen.
Onder de diodebrug moeten meerdere lagen karton worden gelegd.
De nodige gaten zijn gemaakt in het deksel van de aansluitdoos.
Dit is hoe de gemonteerde eenheid eruit ziet. De elektrolyseur wordt gevoed vanuit het lichtnet, de ventilator wordt aangedreven door een universele voedingsbron. Een zuiveringszoutoplossing wordt gebruikt als elektrolyt. Hier moet aan worden herinnerd dat hoe hoger de concentratie van de oplossing, hoe hoger de reactiesnelheid. Maar tegelijkertijd is de verwarming ook hoger. Bovendien zal de reactie van natriumontleding aan de kathode bijdragen aan de verwarming. Deze reactie is exotherm. Als resultaat zullen waterstof en natriumhydroxide worden gevormd.
Het apparaat op de bovenstaande foto was erg heet. Het moest periodiek worden uitgeschakeld en wachten tot het afgekoeld was. Het verwarmingsprobleem werd gedeeltelijk opgelost door de elektrolyt af te koelen. Hiervoor heb ik een fonteinpomp op tafel gebruikt. Een lange buis loopt van de ene fles naar de andere door een pomp en een emmer koud water.
De relevantie van dit probleem is tegenwoordig vrij hoog vanwege het feit dat het toepassingsgebied van het gebruik van waterstof buitengewoon uitgebreid is en in zijn pure vorm praktisch nergens in de natuur wordt aangetroffen. Daarom zijn er verschillende technieken ontwikkeld waarmee dit gas via chemische en fysische reacties uit andere verbindingen kan worden gewonnen. Dit wordt besproken in het bovenstaande artikel.
Waterstof verkrijgen en controleren op zuiverheid
Waterstof kan worden verkregen door zink en zoutzuur te laten reageren.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑
Zink vervangt waterstof uit zuren, zoals alle metalen die in de reeks van spanningen links van waterstof staan.
Om waterstof in een reageerbuis op te vangen, moet je deze ondersteboven draaien, want waterstof is lichter dan lucht en neigt naar boven. Deze methode om waterstof op te vangen wordt de "luchtverplaatsingsmethode" genoemd.
Afb. 1. Het verkrijgen van waterstof en het opvangen door luchtverplaatsing
De reageerbuis verzamelt waterstof, maar het bevat ook lucht en dus zuurstof. Waterstof en zuurstof zijn explosieve mengsels. De opgevangen waterstof ontbranden we met een splinter. De reageerbuis is klein en de explosie van waterstof en zuurstof is slechts een scherpe klap. Hoe minder zuurstof in het mengsel, hoe stiller het katoen.
Als de waterstof verzameld in de reageerbuis zuiver is, dan zullen we een doffe knal horen. Dergelijke waterstof kan worden ontstoken.
Huishoudelijke waterstofproductie
Electrolyzer selectie
Om een element van het huis te verkrijgen, heb je een speciaal apparaat nodig - een elektrolyser. Er zijn veel opties voor dergelijke apparatuur op de markt, apparaten worden aangeboden door zowel bekende technologiebedrijven als kleine fabrikanten. Merkeenheden zijn duurder, maar de bouwkwaliteit is hoger.
Het huishoudapparaat is klein en gemakkelijk te gebruiken. De belangrijkste details zijn:
Electrolyzer - wat is het
- hervormer;
- reinigingssysteem;
- brandstofcellen;
- compressor apparatuur;
- een container voor het opslaan van waterstof.
Gewoon kraanwater wordt als grondstof gebruikt en elektriciteit komt uit een gewoon stopcontact. Units op zonne-energie besparen op elektriciteit.
Thuiswaterstof wordt gebruikt in verwarmings- of kooksystemen. En ze verrijken ook het brandstof-luchtmengsel om het vermogen van de motoren van de auto te vergroten.
Een apparaat met je eigen handen maken
Het is zelfs goedkoper om het apparaat thuis zelf te maken.Een droge cel ziet eruit als een afgesloten container, die bestaat uit twee elektrodeplaten in een container met een elektrolytische oplossing. Het World Wide Web biedt een verscheidenheid aan assemblageschema's voor apparaten van verschillende modellen:
- met twee filters;
- met boven- of onderopstelling van de container;
- met twee of drie kleppen;
- met gegalvaniseerde plaat;
- op de elektroden.
Elektrolyse apparaat diagram
Het is niet moeilijk om een eenvoudig apparaat te maken om waterstof te produceren. Het vereist:
- plaatstaal roestvrij staal;
- transparante buis;
- uitrusting;
- plastic bak (1,5 l);
- waterfilter en terugslagklep.
Het apparaat van een eenvoudig apparaat om waterstof te produceren
Bovendien is er verschillende hardware nodig: moeren, ringen, bouten. De eerste stap is om het vel in 16 vierkante compartimenten te snijden, van elk een hoek af te snijden. In de tegenoverliggende hoek moet u een gat boren om de platen met bouten te bevestigen. Om een constante stroom te garanderen, moeten de platen worden aangesloten volgens het plus-min-plus-min-schema. Deze delen zijn van elkaar geïsoleerd met een buis, en bij de verbinding met een bout en ringen (drie stukken tussen de platen). 8 borden worden op plus en min geplaatst.
Als ze correct zijn gemonteerd, zullen de ribben van de platen de elektroden niet raken. De geassembleerde onderdelen worden neergelaten in een plastic container. Op het punt waar de muren de bouten raken, worden twee montagegaten gemaakt. Installeer een veiligheidsklep om overtollig gas te verwijderen. Fittingen zijn gemonteerd in het deksel van de container en de naden zijn afgedicht met siliconen.
Het apparaat testen
Voer verschillende acties uit om het apparaat te testen:
Waterstofproductieschema
- Met vloeistof vullen.
- Sluit het ene uiteinde van de buis af met een deksel en sluit het aan op de fitting.
- De tweede wordt ondergedompeld in water.
- Maak verbinding met een stroombron.
Nadat het apparaat op een stopcontact is aangesloten, zullen na een paar seconden het elektrolyseproces en neerslag merkbaar zijn.
Zuiver water heeft geen goede elektrische geleidbaarheid. Om deze indicator te verbeteren, moet u een elektrolytische oplossing maken door een alkali - natriumhydroxide toe te voegen. Het wordt aangetroffen in verbindingen voor het reinigen van buizen, zoals de mol.
Methoden voor het produceren van waterstof
Waterstof is een kleurloos en reukloos gasvormig element met een dichtheid van 1/14 ten opzichte van lucht. In een vrije staat is het zeldzaam. Gewoonlijk wordt waterstof gecombineerd met andere chemische elementen: zuurstof, koolstof.
Waterstofproductie voor industriële behoeften en energietechniek wordt op verschillende manieren uitgevoerd. De meest populaire zijn:
- elektrolyse van water;
- concentratiemethode;
- condensatie bij lage temperatuur;
- adsorptie.
Waterstof kan niet alleen worden geïsoleerd uit gasvormige verbindingen of waterverbindingen. Waterstof wordt geproduceerd door hout en kolen bloot te stellen aan hoge temperaturen en door bioafval te verwerken.
Atoomwaterstof voor energietechniek wordt verkregen met behulp van de methode van thermische dissociatie van een moleculaire stof op een draad gemaakt van platina, wolfraam of palladium. Het wordt verwarmd in een waterstofatmosfeer onder een druk van minder dan 1,33 Pa. En ook worden radioactieve elementen gebruikt om waterstof te produceren.
Thermische dissociatie
Elektrolysemethode
De eenvoudigste en meest populaire methode van waterstofevolutie is waterelektrolyse. Het maakt de productie van praktisch zuivere waterstof mogelijk. Andere voordelen van deze methode worden overwogen:
Het werkingsprincipe van de elektrolyse-waterstofgenerator
- beschikbaarheid van grondstoffen;
- het ontvangen van een element onder druk;
- de mogelijkheid om het proces te automatiseren vanwege het ontbreken van bewegende delen.
De procedure voor het splitsen van een vloeistof door elektrolyse is het omgekeerde van de verbranding van waterstof. De essentie is dat onder invloed van gelijkstroom zuurstof en waterstof vrijkomen op de elektroden die zijn ondergedompeld in een waterige elektrolytoplossing.
Een bijkomend voordeel wordt beschouwd als de productie van bijproducten met industriële waarde.Er is dus een grote hoeveelheid zuurstof nodig om technologische processen in de energiesector te katalyseren, bodem en waterlichamen op te ruimen en huishoudelijk afval te verwijderen. Zwaar water dat wordt verkregen tijdens elektrolyse wordt gebruikt in de energietechniek in kernreactoren.
Waterstofproductie door concentratie
Deze methode is gebaseerd op de scheiding van een element uit gasmengsels die het bevatten. Het grootste deel van de stof die in industriële volumes wordt geproduceerd, wordt dus gewonnen met behulp van stoomreforming van methaan. Waterstof die in dit proces wordt gewonnen, wordt gebruikt in de energie-, olieraffinage, raketbouwindustrieën en voor de productie van stikstofmeststoffen. Het proces om H2 te verkrijgen wordt op verschillende manieren uitgevoerd:
- korte cyclus;
- cryogeen;
- membraan.
De laatste methode wordt als de meest effectieve en minder kostbare methode beschouwd.
Condensatie bij lage temperatuur
Deze methode om H2 te verkrijgen bestaat uit het sterk afkoelen van gasvormige verbindingen onder druk. Hierdoor worden ze omgevormd tot een tweefasensysteem, dat vervolgens door een scheider wordt gescheiden in een vloeistofcomponent en een gas. Vloeibare media worden gebruikt voor koeling:
- water;
- vloeibaar gemaakt ethaan of propaan;
- vloeibare ammoniak.
Deze procedure is niet zo eenvoudig als het klinkt. Het is niet mogelijk om koolwaterstofgassen in één keer schoon te scheiden. Sommige componenten zullen weggaan met gas uit het scheidingscompartiment, wat niet economisch is. Het probleem kan worden opgelost door de grondstof diep te koelen voordat deze wordt gescheiden. Maar dit kost veel energie.
In moderne lagetemperatuurcondensorsystemen wordt bovendien voorzien in demethanisatie- of deethanisatiekolommen. De gasfase wordt verwijderd uit de laatste scheidingstrap en de vloeistof wordt na warmtewisseling met de stroom van ruw gas naar de rectificatiekolom gestuurd.
Adsorptiemethode
Tijdens de adsorptie, om waterstof vrij te maken, worden adsorbentia gebruikt - vaste stoffen die de noodzakelijke componenten van het gasmengsel absorberen. Actieve kool, silicaatgel, zeolieten worden gebruikt als adsorbentia. Om dit proces uit te voeren, worden speciale apparaten gebruikt - cyclische adsorbers of moleculaire zeven. Bij toepassing onder druk kan deze methode 85% waterstof terugwinnen.
Als we adsorptie vergelijken met condensatie bij lage temperatuur, zien we lagere materiaal- en bedrijfskosten van het proces - gemiddeld met 30 procent. Waterstof wordt geproduceerd door adsorptie voor energietechniek en met behulp van oplosmiddelen. Met deze methode kan 90 procent H2 uit het gasmengsel worden geëxtraheerd en het eindproduct wordt verkregen met een waterstofconcentratie tot 99,9%.
