Làm thế nào để có được hydro một cách an toàn tại nhà?

Các phương pháp sản xuất hydro trong điều kiện công nghiệp

Khai thác bằng cách chuyển đổi mêtan

... Nước ở trạng thái 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: việc tìm kiếm các chất xúc tác mới, rẻ hơn và hiệu quả hơn đang được tiến hành.

Hãy xem xét phương pháp sản xuất hydro cổ xưa nhất - khí hóa than

... Với điều kiện không có không khí tiếp cận 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, ở dưới cùng). Đây sẽ là phần tách hỗn hợp khí, mọi thứ rất đơn giản.

Thu nhận hydro bằng cách điện phân nước

được coi là phương án đơn giản 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 được tích điện dương (cực dương) và cái còn lại mang điện tích âm (cực âm). Khi có dòng điện chạy qua, hiđrô sẽ đi đến cực âm và ôxy đến cực dương.

Thu nhận hydro bằng 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 alumin trong quá trình phản ứng. Gali là cần thiết để phản ứng diễn ra đầy đủ (nguyên tố này sẽ ngăn nhôm bị oxy hóa sớm).

Mức độ liên quan có được gần đây 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 nghiên cứu tích cực.

Đừng quên một phương pháp sản xuất hydro cũ đã được chứng minh khác, bao gồm việc sử dụng nguyên tố kiềm

và nước. Về nguyên tắc, kỹ thuật này khả thi trong môi trường phòng thí nghiệm với các biện pháp an toàn cần thiết được áp dụng. Do đó, trong quá trình phản ứng (nó xảy ra với sự gia nhiệt và với chất xúc tác), một oxit kim loại và hydro 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.

Phạm vi của máy tạo hydro

H2 là chất mang năng lượng hiện đại được sử dụng tích cực trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Đây chỉ là một vài:

• sản xuất hiđro clorua (HC) l;
• sản xuất nhiên liệu cho bệ phóng tên lửa;
• sản xuất amoniac;
• gia công và cắt kim loại trên đó;
• phát triển phân bón cho các khu nhà mùa hè;
• tổng hợp axit nitric;
• sự tạo ra rượu metylic;
• ngành công nghiệp thực phẩm;
• sản xuất axit clohydric;
• tạo ra hệ thống sàn ấm.

Ngoài ra, HHO đã trở nên rất hữu ích trong cuộc sống hàng ngày, mặc dù có sự dè dặt. Trước hết, nó được sử dụng cho các hệ thống sưởi ấm tự trị. Ngoài ra, khí của Brown được thêm vào xăng nhằm đánh lừa động cơ và tiết kiệm nhiên liệu.

Cả hai trường hợp đều có đặc thù riêng. Vì vậy, khi tổ chức sưởi ấm trong nhà, bạn cần lưu ý rằng nhiệt độ cháy của HHO cao hơn nhiệt độ của metan. Về vấn đề này, cần phải mua một nồi hơi đặc biệt, đắt tiền với vòi phun chịu nhiệt. Nếu không, chủ sở hữu và ngôi nhà của anh ta sẽ gặp nguy hiểm đáng kể.

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 nước xử lý.

Tiêu thụ ít nước khi tạo ra điện và nhiệt.

Sự đơn giản của cách thức.

Tiết kiệm năng lượng đáng kể như nó chỉ được sử dụng để làm nóng bộ khởi động đến chế độ nhiệt đã thiết lập.

Năng suất cao của quy trình, 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 để thu 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 trầm tích và cặn vôi, giúp tăng tuổi thọ của việc 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, không cần vật liệu đặc biệt đắt tiền.

Sáng chế có thể tìm thấy ứng dụng trong

công nghiệp bằng cách thay thế nhiên liệu hydrocacbon và 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.

Hydrogen tại nhà: có lợi ích không

Chúng tôi lưu ý ngay: sử dụng máy tạo hydro để sưởi ấm một ngôi nhà là không có lợi. Bạn sẽ tiêu tốn nhiều điện năng để tạo ra H2 tinh khiết hơn so với năng lượng bạn nhận được sau khi đốt cháy nó. Vì vậy, cứ 1 kW nhiệt thì tiêu tốn 2 kW điện, tức là chẳng có lợi gì. Dễ dàng lắp đặt bất kỳ nồi hơi điện nào tại nhà.

Để thay thế 1 lít xăng cho ô tô, bạn sẽ cần 4766 lít hydro nguyên chất hoặc 7150 lít khí oxyhydrogen, 1/3 trong số đó là oxy. Cho đến nay, ngay cả những bộ óc giỏi nhất trên thế giới cũng chưa phát triển được một đơn vị có khả năng mang lại hiệu suất như vậy.

YÊU CẦU

Phương pháp sản xuất hydro và oxy từ hơi nước

, bao gồm cả việc truyền hơi nước này qua một điện trường, có đặc điểm là chúng sử dụng hơi nước quá nhiệt của nước có nhiệt độ
500 - 550 o C
, được đưa qua điện trường một chiều có điện áp cao để phân ly hơi và tách nó thành các nguyên tử hydro và oxy.

Tôi từ lâu đã muốn làm một điều tương tự. Nhưng các thí nghiệm tiếp theo với một pin và một cặp điện cực đã không đạt được. Tôi muốn tạo ra một thiết bị chính thức để sản xuất hydro, với số lượng để làm phồng một quả bóng bay. Trước khi chế tạo một thiết bị chính thức để điện phân nước tại 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 chúng tôi đã cố gắng thử nghiệm ý tưởng này.

Vì vậy, tôi quyết định sử dụng than chì cho các điện cực. Một nguồn graphite tuyệt vời cho các điện cực là bộ thu gom xe đẩy. Có rất nhiều người trong số họ nằm xung quanh các điểm dừng cuối. Cần phải nhớ rằng một trong các điện cực sẽ bị sụp đổ.

Chúng tôi đã xem và hoàn thiện bằng một tệp. 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. Các dây dẫn phải được cách điện cẩn thận.

Đối với trường hợp của mẫu máy điện giải chai nhựa khá phù hợp. Các lỗ được tạo trong vỏ bọc cho đường ống và dây điện.

Tất cả mọi thứ được phủ kỹ lưỡng bằng chất trám kín.

Cổ chai được cắt rời phù hợp để nối hai thùng chứa.

Chúng cần được liên kết với nhau và đường nối phải được làm tan chảy.

Các loại hạt được làm từ nắp chai.

Các lỗ được làm trong hai chai ở dưới cùng. 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 bạn 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 phải nối thẳng dòng điện. 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 diode MB156 của Trung Quốc trong một hộp nhôm.

Cầu diode rất nóng. Làm mát tích cực sẽ được yêu cầu. Một bộ làm mát cho một bộ xử lý máy tính là hoàn hảo. Có thể sử dụng hộp nối có kích thước phù hợp cho vỏ máy. Bán ở hàng điện máy.

Một số lớp bìa cứng phải được đặt dưới cầu diode.

Các lỗ cần thiết được thực hiện trên nắp của hộp nối.

Đây là những gì đơn vị được lắp ráp trông như thế nào. Máy điện phân được cấp điện từ nguồn điện lưới, quạt chạy bằng nguồn điện vạn 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 cũng 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 sưởi ấm 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 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 kỹ thuật đã được phát triển cho phép chiết xuất khí này từ các hợp chất khác thông qua các phản ứng hóa học và vật lý. Điều này được thảo luận trong bài viết trên.

Thu nhận hydro và kiểm tra độ tinh khiết của nó

Có thể thu được hiđro bằng cách cho kẽm và axit clohiđric phản ứng.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑

Kẽm thay thế hydro từ axit, giống như tất cả các kim loại đứng trong dãy điện áp bên trái hydro.

Để thu được hiđro trong ống nghiệm, bạn cần úp ngược ống nghiệm, vì hiđro nhẹ hơn không khí và có xu hướng hướng lên trên. Phương pháp thu hydro này được gọi là "phương pháp dịch chuyển không khí".

Quả sung. 1. Thu nhận hydro và thu nó bằng cách dịch chuyển không khí

Ống nghiệm tích tụ hydro, nhưng nó cũng chứa không khí, và do đó là oxy. Hydro và oxy là hỗn hợp dễ nổ. Chúng tôi đốt cháy hydro đã thu được bằng một cái dằm. Ống nghiệm nhỏ và tiếng nổ của hiđro và oxi chỉ là tiếng nổ mạnh. Càng ít oxy trong hỗn hợp, bông càng êm.

Nếu hiđro thu được trong ống nghiệm là nguyên chất thì ta sẽ nghe thấy tiếng lục cục. Hydro như vậy có thể được đánh lửa.

Sản xuất hydro hộ gia đình

Lựa chọn máy điện phân

Để có được một phần tử của ngôi nhà, bạn cần một thiết bị đặc biệt - 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 cao hơn.

Thiết bị gia dụng 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;
• một bình chứa để lưu trữ 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 tại nhà được sử dụng trong hệ thống sưởi ấm hoặc nấu ăn. Và họ cũng làm giàu hỗn hợp nhiên liệu-không khí để tăng sức mạnh của động cơ ô tô.

Chế tạo một 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 lắp ráp cho các thiết bị thuộc các kiểu máy khác nhau:

• với hai bộ lọc;
• với sự sắp xếp trên hoặc dưới của thùng chứa;
• với hai hoặc ba van;
• với bảng mạ kẽm;
• trên các điện cực.

Sơ đồ thiết bị điện phân
Không khó để tạo ra một thiết bị đơn giản để sản xuất hydro. 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. Bước đầu tiên bạn cắt tờ giấy thành 16 ngăn hình vuông, mỗi ngăn cắt một góc. Ở góc đối diện với nó, bạn 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.

Khi được lắp ráp đúng cách, các sườn của các tấm sẽ không chạm vào các điện cực. Các bộ phận đã lắp ráp được hạ xuống một thùng nhựa. Tại điểm tiếp xúc của các bức tường, hai lỗ lắp ráp được tạo 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

1. Đổ đầy chất lỏng.
2. Đậy bằng nắp, nối một đầu ống vào ống nối.
3. Thứ hai là ngâm trong nước.
4. 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 được tìm thấy trong các hợp chất 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. Ở trạng thái tự do, rất hiếm. Thông thường hydro được kết hợp với các nguyên tố hóa học khác: oxy, carbon.

Sản xuất hydro cho nhu cầu công nghiệp và kỹ thuật điện 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 các hợp chất khí hoặc 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 paladi. Nó được đốt nóng trong môi trường hydro với áp suất nhỏ hơn 1,33 Pa. Và các nguyên tố phóng xạ cũng được sử dụng để sản xuất hydro.

Sự phân ly nhiệt

Phương pháp điện phân

Phương pháp đơn giản và phổ biến nhất của quá trình tiến hóa hydro là điện phân nước. Nó cho phép sản xuất 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;
• nhận một phần tử dưới áp suất;
• khả năng tự động hóa quá trình do thiếu các bộ phận chuyển động.

Quy trình phân tách 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 trong dung dịch nước điện phân.

Một lợi thế nữa được coi là sản xuất các sản phẩm phụ có giá trị công nghiệp.Do đó, cần một lượng lớn oxy để 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 thu được trong quá trình điện phân được sử dụng trong kỹ thuật điện trong các lò phản ứng hạt nhân.

Sản xuất hydro theo nồng độ

Phương pháp này dựa trên việc tách một nguyên tố khỏi hỗn hợp khí có chứa nó. Do đó, phần lớn nhất của chất được sản xuất công nghiệp được chiết xuất bằng cách sử dụng quá trình chuyển hóa metan bằng hơi nước. Hydro được chiết xuất trong quá trình này được sử dụng trong các ngành công nghiệp năng lượng, lọc dầu, chế tạo 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 hạn;
• đông lạnh;
• màng.

Phương pháp sau được coi là hiệu quả nhất và ít tốn kém hơn.

Ngưng tụ ở nhiệt độ thấp

Phương pháp thu được H2 này bao gồm 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 hóa lỏng hoặc propan;
• amoniac lỏng.

Thủ tục này không phải là dễ dàng như nó âm thanh. Sẽ không thể tách sạch các khí hydrocacbon cùng một lúc. Một số thành phần sẽ thoát ra ngoài cùng với khí lấy từ ngăn tách, điều này không kinh tế. 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, 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 với một dòng khí thô sau khi trao đổi nhiệt.

Phương pháp hấp phụ

Trong quá trình hấp phụ, để giải phóng hydro, người ta sử dụng chất hấp phụ - 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 nguyên liệu và chi phí vận hành của quá trình thấp hơn - trung bình là 30%. Hydro được sản xuất bằng cách hấp phụ trong kỹ thuật điện và sử dụng dung môi. Phương pháp này cho phép tách 90% H2 ra khỏi hỗn hợp khí và thu được sản phẩm cuối cùng có nồng độ hydro lên đến 99,9%.