Métodos para producir hidrógeno en condiciones industriales.
Extracción por conversión de metano
... El agua en estado de vapor, precalentada a 1000 grados Celsius, se mezcla con metano a presión y en presencia de un catalizador. Este método es interesante y probado, también hay que destacar que se está mejorando constantemente: está en marcha la búsqueda de nuevos catalizadores, más económicos y efectivos.
Considere el método más antiguo de producción de hidrógeno: gasificación de carbón
... En ausencia de acceso de aire y una temperatura de 1300 grados Celsius, el carbón y el vapor de agua se calientan. Así, el hidrógeno se desplaza del agua y se obtiene dióxido de carbono (el hidrógeno estará en la parte superior, el dióxido de carbono, también obtenido como resultado de la reacción, está en la parte inferior). Esta será la separación de la mezcla de gases, todo es muy sencillo.
Obteniendo hidrógeno por electrólisis del agua
se considera la opción más sencilla. Para su implementación, es necesario verter una solución de soda en el recipiente y también colocar dos elementos eléctricos allí. Uno se cargará positivamente (ánodo) y el otro negativamente (cátodo). Cuando se aplica corriente, el hidrógeno irá al cátodo y el oxígeno al ánodo.
Obtención de hidrógeno por el método oxidación parcial
... Para ello, se utiliza una aleación de aluminio y galio. Se coloca en agua, lo que conduce a la formación de hidrógeno y alúmina durante la reacción. El galio es necesario para que la reacción se produzca por completo (este elemento evitará que el aluminio se oxide prematuramente).
Relevancia adquirida recientemente método de uso de la biotecnología
: bajo la condición de falta de oxígeno y azufre, las chlamydomonas comienzan a liberar hidrógeno de manera intensiva. Un efecto muy interesante que ahora se está estudiando activamente.
No olvide otro método antiguo y probado de producción de hidrógeno, que consiste en utilizar diferentes elementos alcalinos
y agua. En principio, esta técnica es factible en un entorno de laboratorio con las medidas de seguridad necesarias en su lugar. Así, en el transcurso de la reacción (procede con calentamiento y con catalizadores), se forman un óxido metálico e hidrógeno. Solo queda recogerlo.
Obtener hidrógeno por interacción de agua y monóxido de carbono
posible sólo en un entorno industrial. Se forman dióxido de carbono e hidrógeno, el principio de su separación se describe anteriormente.
El alcance del generador de hidrógeno.
H2 es un portador de energía moderno que se utiliza activamente en muchas áreas industriales. Éstos son solo algunos:
- producción de cloruro de hidrógeno (HC) l;
- producción de combustible para lanzacohetes;
- producción de amoniaco;
- procesamiento y corte de metales;
- desarrollo de fertilizantes para casas de verano;
- síntesis de ácido nítrico;
- la creación de alcohol metílico;
- industria de alimentos;
- producción de ácido clorhídrico;
- creación de sistemas de suelo cálido.
Además, HHO se ha vuelto muy útil en la vida cotidiana, aunque con reservas. En primer lugar, se utiliza para sistemas de calefacción autónomos. Además, la gasolina de Brown se agrega a la gasolina en un intento de engañar al motor y ahorrar combustible.
Ambos casos tienen sus propias peculiaridades. Entonces, al organizar la calefacción del hogar, debe tener en cuenta que la temperatura de combustión del HHO es un orden de magnitud más alta que la del metano. En este sentido, es necesario comprar una caldera especial y costosa con una boquilla resistente al calor. De lo contrario, el propietario y su casa estarán en peligro considerable.
LA INVENCIÓN TIENE LAS SIGUIENTES VENTAJAS
El calor obtenido de la oxidación de los gases se puede utilizar directamente en el sitio, y el hidrógeno y el oxígeno se obtienen de la eliminación del vapor residual y el agua de proceso.
Bajo consumo de agua al generar electricidad y calor.
La sencillez del camino.
Ahorros de energía significativos como se gasta solo en calentar el motor de arranque al régimen térmico establecido.
Alta productividad del proceso, porque la disociación de las moléculas de agua dura décimas de segundo.
Seguridad contra explosiones y fuego del método, porque en su implementación, no hay necesidad de contenedores para recolectar hidrógeno y oxígeno.
Durante el funcionamiento de la instalación, el agua se purifica repetidamente, convirtiéndose en agua destilada. Esto elimina sedimentos y cal, lo que aumenta la vida útil de la instalación.
La instalación está hecha de acero ordinario; a excepción de las calderas de aceros resistentes al calor con revestimiento y blindaje de sus paredes. Es decir, no se requieren materiales costosos especiales.
La invención puede encontrar aplicación en
industria mediante la sustitución de hidrocarburos y combustibles nucleares en plantas de energía con agua barata, generalizada y respetuosa con el medio ambiente, mientras se mantiene la energía de estas plantas.
Hidrógeno en casa: ¿hay algún beneficio?
Notamos de inmediato: no es rentable usar un generador de hidrógeno para calentar una casa. Gastará más electricidad produciendo H2 puro de la que recibirá energía después de quemarlo. Entonces, por 1 kW de calor, se gastan 2 kW de electricidad, es decir, no hay beneficio. Es más fácil instalar cualquiera de las calderas eléctricas en casa.
Para reemplazar 1 litro de gasolina por un automóvil, necesitará 4766 litros de hidrógeno puro o 7150 litros de gas oxihidrógeno, 1/3 de los cuales es oxígeno. Hasta ahora, incluso las mejores mentes del mundo no han desarrollado una unidad capaz de ofrecer tal rendimiento.
AFIRMAR
Método para producir hidrógeno y oxígeno a partir del vapor de agua.
, incluido el paso de este vapor a través de un campo eléctrico, caracterizado porque utilizan vapor de agua sobrecalentado con una temperatura
500 - 550 o C
, pasa a través de un campo eléctrico de corriente continua de alto voltaje para disociar el vapor y separarlo en átomos de hidrógeno y oxígeno.
Hace tiempo que quería hacer algo similar. Pero más experimentos con una batería y un par de electrodos no llegaron. Quería hacer un aparato completo para la producción de hidrógeno, en cantidades para inflar un globo. Antes de hacer un aparato completo para la electrólisis del agua en casa, decidí verificar todo en el modelo.
El esquema general del electrolizador se ve así.
Este modelo no es adecuado para un uso diario completo. Pero logramos probar la idea.
Entonces decidí usar grafito para los electrodos. Una excelente fuente de grafito para electrodos es el colector del trolebús. Hay muchos de ellos tirados en las paradas finales. Debe recordarse que uno de los electrodos colapsará.
Vimos y finalizamos con un archivo. La intensidad de la electrólisis depende de la fuerza de la corriente y del área de los electrodos.
Los cables están conectados a los electrodos. Los cables deben aislarse cuidadosamente.
Para el caso del modelo de electrolizador, las botellas de plástico son bastante adecuadas. Se hacen agujeros en la tapa para tuberías y cables.
Todo está completamente cubierto con sellador.
Los cuellos de botella cortados son adecuados para conectar dos contenedores.
Deben unirse y la costura debe derretirse.
Las nueces están hechas de tapas de botellas.
Los agujeros se hacen en dos botellas en la parte inferior. Todo está conectado y cuidadosamente llenado con sellador.
Usaremos una red doméstica de 220V como fuente de voltaje. Quiero advertirles que este es un juguete bastante peligroso. Entonces, si no tienes las habilidades suficientes o hay dudas, entonces es mejor no repetir.En la red doméstica, tenemos una corriente alterna, para la electrólisis hay que enderezarla. Un puente de diodos es perfecto para esto. El de la foto no era lo suficientemente poderoso y se quemó rápidamente. La mejor opción fue el puente de diodos chino MB156 en una caja de aluminio.
El puente de diodos se calienta mucho. Se requerirá enfriamiento activo. Un enfriador para un procesador de computadora es perfecto. Se puede utilizar una caja de conexiones de un tamaño adecuado para el envolvente. Se vende en material eléctrico.
Se deben colocar varias capas de cartón debajo del puente de diodos.
Los agujeros necesarios se hacen en la tapa de la caja de conexiones.
Así es como se ve la unidad ensamblada. El electrolizador se alimenta de la red, el ventilador se alimenta de una fuente de alimentación universal. Se utiliza una solución de bicarbonato de sodio como electrolito. Aquí debe recordarse que cuanto mayor sea la concentración de la solución, mayor será la velocidad de reacción. Pero al mismo tiempo, el calentamiento también es mayor. Además, la reacción de descomposición del sodio en el cátodo contribuirá al calentamiento. Esta reacción es exotérmica. Como resultado, se formarán hidrógeno e hidróxido de sodio.
El dispositivo de la foto de arriba estaba muy caliente. Tenía que apagarse periódicamente y esperar hasta que se enfríe. El problema del calentamiento se resolvió parcialmente enfriando el electrolito. Para esto utilicé una bomba de fuente de mesa. Un tubo largo va de una botella a otra a través de una bomba y un balde de agua fría.
La relevancia de este tema hoy en día es bastante alta debido al hecho de que el ámbito del uso del hidrógeno es extremadamente extenso, y en su forma pura prácticamente no se encuentra en ningún lugar de la naturaleza. Es por ello que se han desarrollado varias técnicas que permiten la extracción de este gas de otros compuestos mediante reacciones químicas y físicas. Esto se discute en el artículo anterior.
Obtener hidrógeno y comprobar su pureza
El hidrógeno se puede obtener haciendo reaccionar zinc y ácido clorhídrico.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑
El zinc desplaza el hidrógeno de los ácidos, como todos los metales que se encuentran en la serie de voltajes a la izquierda del hidrógeno.
Para recolectar hidrógeno en un tubo de ensayo, debe ponerlo boca abajo, porque el hidrógeno es más liviano que el aire y tiende hacia arriba. Este método de recolección de hidrógeno se denomina "método de desplazamiento de aire".
Higo. 1. Obtención y recogida de hidrógeno por desplazamiento de aire
El tubo de ensayo acumula hidrógeno, pero también contiene aire y, por lo tanto, oxígeno. El hidrógeno y el oxígeno son mezclas explosivas. Encendemos el hidrógeno recolectado con una astilla. El tubo de ensayo es pequeño y la explosión de hidrógeno y oxígeno es solo un fuerte estallido. Cuanto menos oxígeno haya en la mezcla, más silencioso será el algodón.
Si el hidrógeno recogido en el tubo de ensayo es puro, escucharemos un chasquido sordo. Dicho hidrógeno puede encenderse.
Producción de hidrógeno doméstico
Selección de electrolizador
Para obtener un elemento de la casa, necesita un aparato especial: un electrolizador. Hay muchas opciones para este tipo de equipos en el mercado; los dispositivos son ofrecidos tanto por corporaciones de tecnología reconocidas como por pequeños fabricantes. Las unidades de marca son más caras, pero la calidad de construcción es mayor.
El electrodoméstico es pequeño y fácil de usar. Sus principales detalles son:
Electrolizador - que es
- reformador;
- sistema de limpieza;
- celdas de combustible;
- equipo compresor;
- un recipiente para almacenar hidrógeno.
El agua del grifo se toma como materia prima y la electricidad proviene de un tomacorriente regular. Las unidades que funcionan con energía solar ahorran electricidad.
El hidrógeno doméstico se utiliza en sistemas de calefacción o cocina. Y también enriquecen la mezcla aire-combustible para aumentar la potencia de los motores del coche.
Hacer un aparato con tus propias manos.
Es incluso más barato fabricar el dispositivo usted mismo en casa.Una celda seca parece un recipiente sellado, que consta de dos placas de electrodos en un recipiente con una solución electrolítica. La World Wide Web ofrece una variedad de esquemas de ensamblaje para dispositivos de diferentes modelos:
- con dos filtros;
- con disposición superior o inferior del recipiente;
- con dos o tres válvulas;
- con tablero galvanizado;
- en los electrodos.
Diagrama del dispositivo de electrólisis
No es difícil crear un dispositivo simple para producir hidrógeno. Requerirá:
- chapa de acero inoxidable;
- tubo transparente;
- guarniciones;
- recipiente de plástico (1,5 l);
- filtro de agua y válvula de retención.
El dispositivo de un dispositivo simple para producir hidrógeno.
Además, se necesitarán varios accesorios: tuercas, arandelas, pernos. El primer paso es cortar la hoja en 16 compartimentos cuadrados, cortar una esquina de cada uno de ellos. En la esquina opuesta, debe perforar un orificio para atornillar las placas. Para garantizar una corriente constante, las placas deben conectarse de acuerdo con el esquema más - menos - más - menos. Estas partes están aisladas entre sí con un tubo y en la conexión con un perno y arandelas (tres piezas entre las placas). Se colocan 8 placas sobre más y menos.
Cuando están correctamente ensambladas, las nervaduras de las placas no tocarán los electrodos. Las piezas ensambladas se bajan a un recipiente de plástico. En el punto donde las paredes se tocan, se hacen dos orificios de montaje con pernos. Instale una válvula de seguridad para eliminar el exceso de gas. Los accesorios están montados en la tapa del contenedor y las costuras están selladas con silicona.
Probando el aparato
Para probar el dispositivo, realice varias acciones:
Esquema de producción de hidrógeno
- Llenar con líquido.
- Cubriendo con una tapa, conecte un extremo del tubo al accesorio.
- El segundo se sumerge en agua.
- Conéctese a una fuente de alimentación.
Después de enchufar el dispositivo a una toma de corriente, después de unos segundos, se notará el proceso de electrólisis y la precipitación.
El agua pura no tiene buena conductividad eléctrica. Para mejorar este indicador, debe crear una solución electrolítica agregando un álcali - hidróxido de sodio. Se encuentra en compuestos de limpieza de tuberías como Mole.
Métodos para producir hidrógeno.
El hidrógeno es un elemento gaseoso incoloro e inodoro con una densidad de 1/14 en relación con el aire. En estado libre, es raro. Por lo general, el hidrógeno se combina con otros elementos químicos: oxígeno, carbono.
La producción de hidrógeno para las necesidades industriales y la ingeniería energética se lleva a cabo mediante varios métodos. Los más populares son:
- electrólisis de agua;
- método de concentración;
- condensación a baja temperatura;
- adsorción.
El hidrógeno se puede aislar no solo de compuestos gaseosos o de agua. El hidrógeno se produce al exponer la madera y el carbón a altas temperaturas, así como al procesar los desechos biológicos.
El hidrógeno atómico para la ingeniería energética se obtiene mediante el método de disociación térmica de una sustancia molecular en un alambre de platino, tungsteno o paladio. Se calienta en una atmósfera de hidrógeno a una presión inferior a 1,33 Pa. Y también se utilizan elementos radiactivos para obtener hidrógeno.
Disociación térmica
Método de electrólisis
El método más simple y popular de desprendimiento de hidrógeno es la electrólisis del agua. Permite la producción de hidrógeno prácticamente puro. Otras ventajas de este método son:
El principio de funcionamiento del generador de hidrógeno por electrólisis.
- disponibilidad de materias primas;
- recibir un elemento bajo presión;
- la capacidad de automatizar el proceso debido a la falta de partes móviles.
El procedimiento para dividir un líquido por electrólisis es el inverso de la combustión del hidrógeno. Su esencia es que, bajo la influencia de la corriente continua, se liberan oxígeno e hidrógeno en los electrodos sumergidos en una solución acuosa de electrolitos.
Se considera una ventaja adicional la producción de subproductos con valor industrial.Por lo tanto, se necesita una gran cantidad de oxígeno para catalizar los procesos tecnológicos en el sector energético, limpiar el suelo y los cuerpos de agua y eliminar los desechos domésticos. El agua pesada obtenida durante la electrólisis se utiliza en ingeniería energética en reactores nucleares.
Producción de hidrógeno por concentración
Este método se basa en la separación de un elemento de las mezclas de gases que lo contienen. Por lo tanto, la mayor parte de la sustancia producida industrialmente se extrae mediante reformado con vapor de metano. El hidrógeno extraído en este proceso se utiliza en las industrias de energía, refinación de petróleo, construcción de cohetes, así como para la producción de fertilizantes nitrogenados. El proceso de obtención de H2 se realiza de diferentes formas:
- ciclo corto;
- criogénico
- membrana.
Este último método se considera el más eficaz y menos costoso.
Condensación a baja temperatura
Este método de obtención de H2 consiste en un fuerte enfriamiento de compuestos gaseosos a presión. Como resultado, se transforman en un sistema de dos fases, que posteriormente se separa mediante un separador en un componente líquido y un gas. Los medios líquidos se utilizan para enfriar:
- agua;
- etano licuado o propano;
- amoniaco liquido.
Este procedimiento no es tan fácil como parece. No será posible separar limpiamente los gases de hidrocarburos a la vez. Algunos de los componentes saldrán con gas extraído del compartimento de separación, lo que no es económico. El problema puede resolverse enfriando profundamente la materia prima antes de la separación. Pero esto requiere mucha energía.
En los sistemas modernos de condensadores de baja temperatura, se proporcionan adicionalmente columnas de desmetanización o desetanización. La fase gaseosa se retira de la última etapa de separación y el líquido se envía a la columna de destilación con una corriente de gas crudo después del intercambio de calor.
Método de adsorción
Durante la adsorción, para liberar hidrógeno, se utilizan adsorbentes, sólidos que absorben los componentes necesarios de la mezcla de gases. Como adsorbentes se utilizan carbón activado, gel de silicato y zeolitas. Para llevar a cabo este proceso, se utilizan dispositivos especiales: adsorbedores cíclicos o tamices moleculares. Cuando se implementa bajo presión, este método puede recuperar un 85 por ciento de hidrógeno.
Si comparamos la adsorción con la condensación a baja temperatura, podemos notar un costo operativo y de material más bajo del proceso, en promedio, en un 30 por ciento. El hidrógeno se produce por adsorción para la ingeniería energética y con el uso de disolventes. Este método permite extraer el 90 por ciento de H2 de la mezcla de gases y obtener el producto final con una concentración de hidrógeno de hasta el 99,9%.
