Metodes ūdeņraža ražošanai rūpnieciskos apstākļos
Ekstrakcija ar metāna konversiju
... Ūdens tvaika stāvoklī, kas ir uzkarsēts līdz 1000 grādiem pēc Celsija, zem spiediena un katalizatora klātbūtnē sajauc ar metānu. Šī metode ir interesanta un pierādīta, jāatzīmē arī tas, ka tā tiek nepārtraukti pilnveidota: notiek jaunu lētāku un efektīvāku katalizatoru meklēšana.
Apsveriet senāko ūdeņraža ražošanas metodi - ogļu gazifikācija
... Ja nav gaisa piekļuves un temperatūra ir 1300 grādi pēc Celsija, tiek uzkarsētas ogles un ūdens tvaiki. Tādējādi ūdeņradis tiek izspiests no ūdens, un tiek iegūts oglekļa dioksīds (ūdeņradis būs augšpusē, oglekļa dioksīds, kas iegūts arī reakcijas rezultātā, atrodas apakšā). Tā būs gāzes maisījuma atdalīšana, viss ir ļoti vienkārši.
Ūdeņraža iegūšana ar ūdens elektrolīze
tiek uzskatīts par vienkāršāko variantu. Lai to ieviestu, traukā ir nepieciešams ielej sodas šķīdumu, kā arī tur ievietot divus elektriskos elementus. Vienu uzlādēs pozitīvi (anodu), otru negatīvi (katodu). Kad tiek lietota strāva, ūdeņradis nonāks katodā un skābeklis - anodā.
Ūdeņraža iegūšana ar metodi daļēja oksidēšanās
... Šim nolūkam tiek izmantots alumīnija un gallija sakausējums. To ievieto ūdenī, kas reakcijas laikā izraisa ūdeņraža un alumīnija oksīda veidošanos. Gallijs ir nepieciešams, lai reakcija notiktu pilnībā (šis elements novērsīs alumīnija priekšlaicīgu oksidēšanu).
Nesen iegūta atbilstība biotehnoloģijas izmantošanas metode
: skābekļa un sēra trūkuma gadījumā hlamidomonas sāk intensīvi izdalīt ūdeņradi. Ļoti interesants efekts, kas tagad tiek aktīvi pētīts.
Neaizmirstiet vēl vienu vecu, pārbaudītu ūdeņraža ražošanas metodi, kas sastāv no dažādu sārmaini elementi
un ūdens. Principā šī metode ir iespējama laboratorijas apstākļos ar nepieciešamajiem drošības pasākumiem. Tādējādi reakcijas gaitā (tā notiek karsējot un ar katalizatoriem) veidojas metāla oksīds un ūdeņradis. Atliek tikai to savākt.
Iegūstiet ūdeņradi ūdens un oglekļa monoksīda mijiedarbība
iespējams tikai rūpnieciskā vidē. Tiek veidots oglekļa dioksīds un ūdeņradis, to atdalīšanas princips ir aprakstīts iepriekš.
Ūdeņraža ģeneratora darbības joma
H2 ir mūsdienīgs enerģijas nesējs, ko aktīvi izmanto daudzās rūpniecības jomās. Šeit ir tikai daži:
- ūdeņraža hlorīda (HC) ražošana l;
- degvielas ražošana raķešu palaišanas iekārtām;
- amonjaka ražošana;
- metāla apstrāde un griešana uz tā;
- mēslošanas līdzekļu izstrāde vasarnīcām;
- slāpekļskābes sintēze;
- metilspirta radīšana;
- pārtikas rūpniecība;
- sālsskābes ražošana;
- siltās grīdas sistēmu izveide.
Turklāt HHO ir kļuvis ļoti noderīgs ikdienas dzīvē, kaut arī ar atrunām. Pirmkārt, to izmanto autonomām apkures sistēmām. Turklāt Brauna gāze tiek pievienota benzīnam, mēģinot pievilt motoru un ietaupīt uz degvielas.
Abiem gadījumiem ir savas īpatnības. Tātad, organizējot mājas apkuri, jums jāņem vērā, ka HHO degšanas temperatūra ir par augstuma pakāpi augstāka nekā metāna. Šajā sakarā ir nepieciešams iegādāties īpašu, dārgu katlu ar karstumizturīgu sprauslu. Pretējā gadījumā īpašniekam un viņa mājām draud ievērojamas briesmas.
Izgudrojumam ir šādas priekšrocības
Gāzi oksidējot iegūto siltumu var izmantot tieši uz vietas, un ūdeņradi un skābekli iegūst, iznīcinot tvaika atkritumus un procesu ūdeni.
Zems ūdens patēriņš, ražojot elektrību un siltumu.
Ceļa vienkāršība.
Ievērojams enerģijas ietaupījums tas tiek tērēts tikai startera iesildīšanai līdz noteiktajam termiskajam režīmam.
Augsta procesa produktivitāte, jo ūdens molekulu disociācija ilgst sekundes desmitdaļas.
Metodes eksplozija un ugunsdrošība, jo tā īstenošanā nav vajadzīgi konteineri ūdeņraža un skābekļa savākšanai.
Iekārtas darbības laikā ūdens tiek atkārtoti attīrīts, pārveidojot to par destilētu ūdeni. Tas novērš nogulsnes un kaļķakmeni, kas palielina iekārtas kalpošanas laiku.
Instalācija ir izgatavota no parastā tērauda; izņemot katlus, kas izgatavoti no karstumizturīga tērauda ar sienu oderējumu un ekranējumu. Tas ir, nav nepieciešami īpaši dārgi materiāli.
Izgudrojumu var atrast lietojumprogrammā
rūpniecībā, aizstājot ogļūdeņražus un kodoldegvielu elektrostacijās ar lētu, plaši izplatītu un videi draudzīgu ūdeni, vienlaikus saglabājot šo spēkstaciju jaudu.
Ūdeņradis mājās: vai ir kāds ieguvums
Mēs uzreiz atzīmējam: mājas apkurei ir neizdevīgi izmantot ūdeņraža ģeneratoru. Jūs iztērēsiet vairāk elektrības, ražojot tīru H2, nekā saņemsiet enerģiju pēc tās sadedzināšanas. Tātad par 1 kW siltuma tiek iztērēti 2 kW elektroenerģijas, tas ir, nav nekāda labuma. Jebkuru elektrisko katlu ir vieglāk uzstādīt mājās.
Lai automašīnā nomainītu 1 litru benzīna, jums vajadzēs 4766 litrus tīra ūdeņraža vai 7150 litrus oksihidrogēna gāzes, no kuras 1/3 ir skābeklis. Līdz šim pat labākie pasaules prāti nav izstrādājuši vienību, kas būtu spējīga nodrošināt šādu sniegumu.
PRASĪBA
Metode ūdeņraža un skābekļa iegūšanai no ūdens tvaikiem
, ieskaitot šī tvaika izlaišanu caur elektrisko lauku, kas raksturīgs ar to, ka izmanto pārkarsētu ūdens tvaiku ar temperatūru
500 - 550 o C
, iziet cauri augstsprieguma līdzstrāvas elektriskajam laukam, lai sadalītu tvaikus un sadalītu tos ūdeņraža un skābekļa atomos.
Es jau sen gribēju darīt līdzīgu lietu. Bet tālākie eksperimenti ar akumulatoru un elektrodu pāri nesasniedza. Es gribēju izgatavot pilnvērtīgu aparātu ūdeņraža ražošanai tādā daudzumā, lai piepūstu balonu. Pirms mājās gatavoju pilnvērtīgu aparātu ūdens elektrolīzei, es nolēmu visu pārbaudīt modelī.
Elektrolizatora vispārējā shēma izskatās šādi.
Šis modelis nav piemērots pilnīgai ikdienas lietošanai. Bet mums izdevās ideju pārbaudīt.
Tāpēc es nolēmu elektrodiem izmantot grafītu. Lielisks elektrodu grafīta avots ir ratiņu kopņu savācējs. Ir daudz tādu, kas guļ galapunktos. Jāatceras, ka viens no elektrodiem sabruks.
Mēs redzējām un pabeidzām ar failu. Elektrolīzes intensitāte ir atkarīga no strāvas stipruma un elektrodu laukuma.
Elektrodiem ir piestiprināti vadi. Vadiem jābūt rūpīgi izolētiem.
Elektrolītisko šūnu modeļa gadījumā plastmasas pudeles ir diezgan piemērotas. Cauruļu un vadu pārsegā ir izveidoti caurumi.
Viss ir kārtīgi pārklāts ar hermētiķi.
Divu konteineru savienošanai ir piemērotas nogrieztas pudeles kaklas.
Tie jāsavieno kopā, un šuvei jābūt izkausētai.
Uzgriežņi ir izgatavoti no pudeļu korķiem.
Caurumi tiek izgatavoti divās pudelēs apakšā. Viss ir savienots un rūpīgi piepildīts ar hermētiķi.
Mēs izmantosim 220 V mājsaimniecības tīklu kā sprieguma avotu. Es gribu jūs brīdināt, ka šī ir diezgan bīstama rotaļlieta. Tātad, ja jums nav pietiekamu prasmju vai ir šaubas, tad labāk neatkārtot.Mājsaimniecības tīklā mums ir maiņstrāva, elektrolīzei tā ir jāiztaisno. Diodes tilts tam ir lieliski piemērots. Fotoattēlā redzamais nebija pietiekami jaudīgs un ātri izdega. Labākais variants bija Ķīnas MB156 diodes tilts alumīnija korpusā.
Diodes tilts kļūst ļoti karsts. Būs nepieciešama aktīva dzesēšana. Datorprocesora dzesētājs ir ideāls. Korpusam var izmantot piemērota izmēra sadales kārbu. Pārdots elektroprecēs.
Zem diodes tilta jānovieto vairāki kartona slāņi.
Sadales kārbas vāciņā ir izveidotas nepieciešamās atveres.
Šādi izskatās samontētā vienība. Elektrolizatoru darbina no elektrotīkla, ventilatoru - universāls barošanas avots. Cepamā soda šķīdumu izmanto kā elektrolītu. Šeit jāatceras, ka jo lielāka ir šķīduma koncentrācija, jo lielāks ir reakcijas ātrums. Bet tajā pašā laikā apkure ir arī augstāka. Turklāt nātrija sadalīšanās reakcija katodā veicinās sildīšanu. Šī reakcija ir eksotermiska. Tā rezultātā veidosies ūdeņradis un nātrija hidroksīds.
Augšējā fotoattēlā redzamā ierīce bija ļoti karsta. Tas periodiski bija jāizslēdz un jāgaida, kamēr tas atdziest. Apkures problēma tika daļēji atrisināta, atdzesējot elektrolītu. Šim nolūkam es izmantoju galda strūklakas sūkni. Caur sūkni un spaini auksta ūdens no vienas pudeles otrā iet gara caurule.
Šī jautājuma aktualitāte šodien ir diezgan augsta, jo ūdeņraža izmantošanas sfēra ir ārkārtīgi plaša, un tīrā veidā tā praktiski nav sastopama dabā. Tāpēc ir izstrādātas vairākas metodes, kas ļauj šo gāzi ekstrahēt no citiem savienojumiem ķīmisko un fizikālo reakciju ceļā. Tas ir apspriests iepriekš rakstā.
Ūdeņraža iegūšana un tīrības pārbaude
Ūdeņradi var iegūt, reaģējot cinku un sālsskābi.
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑
Cinks izspiež ūdeņradi no skābēm, tāpat kā visi metāli, kas stāv spriegumu virknē pa kreisi no ūdeņraža.
Lai savāktu ūdeņradi mēģenē, pagrieziet to otrādi, jo ūdeņradis ir vieglāks par gaisu un tiecas uz augšu. Šo ūdeņraža savākšanas metodi sauc par "gaisa pārvietošanas metodi".
Att. 1. Ūdeņraža iegūšana un savākšana ar gaisa izspiešanu
Testa mēģenē uzkrājas ūdeņradis, bet tajā ir arī gaiss un līdz ar to arī skābeklis. Ūdeņradis un skābeklis ir sprādzienbīstami maisījumi. Savākto ūdeņradi mēs aizdedzinām ar šķembu. Testa caurule ir maza, un ūdeņraža un skābekļa eksplozija ir tikai asa sprādziena. Jo mazāk skābekļa maisījumā, jo klusāka ir kokvilna.
Ja mēģenē savāktais ūdeņradis ir tīrs, tad mēs dzirdēsim blāvu popu. Šādu ūdeņradi var aizdedzināt.
Mājsaimniecības ūdeņraža ražošana
Elektrolizatora izvēle
Lai iegūtu mājas elementu, jums ir nepieciešams īpašs aparāts - elektrolizators. Šādām iekārtām tirgū ir daudz iespēju; ierīces piedāvā gan labi pazīstamas tehnoloģiju korporācijas, gan mazie ražotāji. Firmas vienības ir dārgākas, bet uzbūves kvalitāte ir augstāka.
Sadzīves tehnika ir maza un ērti lietojama. Tās galvenās detaļas ir:
Elektrolizators - kas tas ir
- reformators;
- tīrīšanas sistēma;
- degvielas šūnas;
- kompresoru aprīkojums;
- konteiners ūdeņraža uzglabāšanai.
Vienkāršs krāna ūdens tiek ņemts par izejvielu, un elektrība nāk no regulāras kontaktligzdas. Ar saules enerģiju darbināmas ierīces ļauj ietaupīt elektroenerģiju.
Mājas ūdeņradi izmanto apkures vai ēdiena gatavošanas sistēmās. Turklāt tie bagātina degvielas un gaisa maisījumu, lai palielinātu automašīnas dzinēju jaudu.
Aparāta izgatavošana ar savām rokām
Pat lētāk ir pašam izgatavot ierīci mājās.Sausā šūna izskatās kā noslēgta tvertne, kas sastāv no divām elektrodu plāksnēm traukā ar elektrolītisko šķīdumu. Globālais tīmeklis piedāvā dažādas montāžas shēmas dažādu modeļu ierīcēm:
- ar diviem filtriem;
- ar konteinera augšējo vai apakšējo izvietojumu;
- ar diviem vai trim vārstiem;
- ar cinkotu dēli;
- uz elektrodiem.
Elektrolīzes ierīces diagramma
Nav grūti izveidot vienkāršu ierīci ūdeņraža ražošanai. Tam būs nepieciešami:
- nerūsējošā tērauda loksne;
- caurspīdīga caurule;
- armatūra;
- plastmasas trauks (1,5 l);
- ūdens filtrs un pretvārsts.
Vienkāršas ierīces ierīce ūdeņraža ražošanai
Turklāt būs nepieciešama dažāda aparatūra: uzgriežņi, paplāksnes, skrūves. Pirmais solis ir sagriezt lapu 16 kvadrātveida nodalījumos, no katra sagriezt stūri. Pretējā stūrī no tā jums jāurbj caurums plākšņu skrūvēšanai. Lai nodrošinātu pastāvīgu strāvu, plāksnēm jābūt savienotām saskaņā ar shēmu plus - mīnus - plus - mīnus. Šīs daļas ir izolētas viena no otras ar cauruli, kā arī savienojumā ar skrūvi un paplāksnēm (trīs gabali starp plāksnēm). 8 plāksnes ir novietotas uz plus un mīnus.
Pareizi samontējot, plākšņu ribas nepieskartos elektrodiem. Samontētās detaļas tiek nolaistas plastmasas traukā. Vietā, kur sienas saskaras, ar skrūvēm tiek izveidotas divas montāžas atveres. Lai noņemtu lieko gāzi, uzstādiet drošības vārstu. Armatūra tiek uzstādīta konteinera vākā, un šuves ir noslēgtas ar silikonu.
Aparāta pārbaude
Lai pārbaudītu ierīci, veiciet vairākas darbības:
Ūdeņraža ražošanas shēma
- Piepildiet ar šķidrumu.
- Pārklājot ar vāku, savienojiet vienu caurules galu ar stiprinājumu.
- Otrais ir iegremdēts ūdenī.
- Pievienojiet strāvas avotam.
Pēc ierīces pievienošanas kontaktligzdai pēc dažām sekundēm būs pamanāms elektrolīzes process un nokrišņi.
Tīram ūdenim nav laba elektrovadītspēja. Lai uzlabotu šo rādītāju, jums jāizveido elektrolītiskais šķīdums, pievienojot sārmu - nātrija hidroksīdu. Tas ir atrodams cauruļu tīrīšanas savienojumos, piemēram, mols.
Metodes ūdeņraža ražošanai
Ūdeņradis ir bezkrāsains un bez smaržas gāzveida elements, kura blīvums attiecībā pret gaisu ir 1/14. Brīvā stāvoklī tas notiek reti. Parasti ūdeņradis tiek kombinēts ar citiem ķīmiskajiem elementiem: skābekli, oglekli.
Ūdeņraža ražošana rūpniecības vajadzībām un enerģētikai tiek veikta ar vairākām metodēm. Populārākie ir:
- ūdens elektrolīze;
- koncentrācijas metode;
- zemas temperatūras kondensāts;
- adsorbcija.
Ūdeņradi var izolēt ne tikai no gāzveida vai ūdens savienojumiem. Ūdeņradi ražo, pakļaujot koksni un akmeņogles augstai temperatūrai, kā arī apstrādājot bioatkritumus.
Atomu ūdeņradi enerģētikas vajadzībām iegūst, izmantojot molekulas vielas termiskās disociācijas metodi uz stieples, kas izgatavota no platīna, volframa vai pallādija. To karsē ūdeņraža atmosfērā zem spiediena, kas mazāka par 1,33 Pa. Ūdeņraža iegūšanai tiek izmantoti arī radioaktīvie elementi.
Termiskā disociācija
Elektrolīzes metode
Vienkāršākā un populārākā ūdeņraža evolūcijas metode ir ūdens elektrolīze. Tas ļauj ražot praktiski tīru ūdeņradi. Tiek aplūkotas citas šīs metodes priekšrocības:
Elektrolīzes ūdeņraža ģeneratora darbības princips
- izejvielu pieejamība;
- elementa saņemšana zem spiediena;
- spēja automatizēt procesu kustīgu daļu trūkuma dēļ.
Šķidruma sadalīšanas procedūra ar elektrolīzi ir pretēja ūdeņraža sadegšanai. Tās būtība ir tāda, ka līdzstrāvas ietekmē uz elektrodiem, kas iemērcēti elektrolīta ūdens šķīdumā, izdalās skābeklis un ūdeņradis.
Papildu priekšrocība tiek uzskatīta par blakusproduktu ar rūpniecisku vērtību ražošanu.Tādējādi, lai katalizētu tehnoloģiskos procesus enerģētikas nozarē, attīrītu augsni un ūdenstilpes un iznīcinātu sadzīves atkritumus, nepieciešams liels skābekļa daudzums. Elektrolīzes laikā iegūtais smagais ūdens tiek izmantots kodolreaktoru enerģētikā.
Ūdeņraža ražošana pēc koncentrācijas
Šīs metodes pamatā ir elementa atdalīšana no gāzes maisījumiem, kas to satur. Tādējādi lielākā daļa rūpnieciski ražotās vielas tiek iegūta, izmantojot metāna tvaika reformēšanu. Šajā procesā iegūto ūdeņradi izmanto enerģētikā, naftas pārstrādē, raķešu būvniecībā, kā arī slāpekļa mēslošanas līdzekļu ražošanā. H2 iegūšanas process tiek veikts dažādos veidos:
- īss cikls;
- kriogēns;
- membrāna.
Pēdējā metode tiek uzskatīta par visefektīvāko un lētāku.
Kondensāts zemā temperatūrā
Šī H2 iegūšanas metode sastāv no gāzveida savienojumu spēcīgas atdzesēšanas zem spiediena. Rezultātā tie tiek pārveidoti par divfāžu sistēmu, kuru pēc tam ar separatoru atdala šķidrā komponentā un gāzē. Dzesēšanai tiek izmantoti šķidrie materiāli:
- ūdens;
- sašķidrināts etāns vai propāns;
- šķidrais amonjaks.
Šī procedūra nav tik vienkārša, kā izklausās. Tīrīt ogļūdeņraža gāzes uzreiz nebūs iespējams. Dažas sastāvdaļas atstās ar gāzi, kas ņemta no separācijas nodalījuma, kas nav ekonomiski. Problēmu var atrisināt, dziļi izejvielu atdzesējot pirms atdalīšanas. Bet tas prasa daudz enerģijas.
Mūsdienu zemas temperatūras kondensatoru sistēmās papildus tiek nodrošinātas demetanizācijas vai deetanizācijas kolonnas. Gāzes fāze tiek noņemta no pēdējās atdalīšanas stadijas, un šķidrumu pēc siltuma apmaiņas ar neapstrādātas gāzes plūsmu nosūta uz destilācijas kolonnu.
Adsorbcijas metode
Adsorbcijas laikā ūdeņraža izdalīšanai tiek izmantoti adsorbenti - cietas vielas, kas absorbē nepieciešamās gāzes maisījuma sastāvdaļas. Aktivētā ogle, silikāta gēls, ceolīti tiek izmantoti kā adsorbenti. Lai veiktu šo procesu, tiek izmantotas īpašas ierīces - cikliskie adsorbētāji vai molekulārie sieti. Īstenojot zem spiediena, šī metode var iegūt 85 procentus ūdeņraža.
Ja mēs salīdzinām adsorbciju ar zemas temperatūras kondensāciju, mēs varam atzīmēt zemākas procesa materiāla un ekspluatācijas izmaksas - vidēji par 30 procentiem. Ūdeņradis tiek iegūts, adsorbējot enerģētikā un izmantojot šķīdinātājus. Šī metode ļauj ekstrahēt 90 procentus H2 no gāzes maisījuma un iegūt galaproduktu ar ūdeņraža koncentrāciju līdz 99,9%.
