Metode dobivanja vodika u industrijskim uvjetima
Vađenje konverzijom metana
... Voda u parnom stanju, prethodno zagrijana na 1000 Celzijevih stupnjeva, miješa se s metanom pod pritiskom i u prisutnosti katalizatora. Ova je metoda zanimljiva i dokazana, treba napomenuti i da se neprestano poboljšava: u tijeku je potraga za novim katalizatorima, jeftinijim i učinkovitijim.
Razmotrimo najstariju metodu proizvodnje vodika - uplinjavanje ugljena
... U nedostatku pristupa zraku i temperature od 1300 Celzijevih stupnjeva, ugljen i vodena para zagrijavaju se. Dakle, vodik se istiskuje iz vode i dobiva se ugljični dioksid (vodik će biti na vrhu, ugljični dioksid, također dobiven kao rezultat reakcije, na dnu). Ovo će biti odvajanje mješavine plina, sve je vrlo jednostavno.
Dobivanje vodika pomoću elektroliza vode
smatra se najjednostavnijom opcijom. Za njegovu provedbu potrebno je u posudu uliti otopinu sode, a tamo smjestiti i dva električna elementa. Jedna će biti nabijena pozitivno (anoda), a druga negativno (katoda). Kada se primijeni struja, vodik će ići na katodu, a kisik na anodu.
Dobivanje vodika metodom djelomična oksidacija
... Za to se koristi legura aluminija i galija. Stavlja se u vodu, što dovodi do stvaranja vodika i glinice tijekom reakcije. Galij je potreban da bi se reakcija odvijala u cijelosti (ovaj će element spriječiti da aluminij prerano oksidira).
Nedavno stečena relevantnost metoda korištenja biotehnologije
: pod uvjetom nedostatka kisika i sumpora, klamidomonas počinje intenzivno oslobađati vodik. Vrlo zanimljiv efekt koji se sada aktivno proučava.
Ne zaboravite još jednu staru, provjerenu metodu proizvodnje vodika, koja se sastoji u korištenju različitih alkalni elementi
i vode. U principu, ova je tehnika izvediva u laboratorijskim uvjetima s potrebnim sigurnosnim mjerama. Tako se tijekom reakcije (nastavlja se zagrijavanjem i katalizatorima) stvaraju metalni oksid i vodik. Ostaje samo prikupiti.
Nabavite vodik interakcija vode i ugljičnog monoksida
moguće samo u industrijskom okruženju. Nastaju ugljični dioksid i vodik, gore je opisan princip njihovog razdvajanja.
Kako sigurno doći do vodika kod kuće?
Takva su pitanja dirljiva, jer običnom čovjeku na ulici čini se da je prilično jednostavno dobiti vodik, a to je, iako se to može učiniti u normalnim uvjetima, još uvijek prilično opasno. Prvo što morate znati je da takve eksperimente morate raditi samo na otvorenom (na otvorenom) zraku, jer je vodik vrlo, vrlo lagan plin (oko 15 puta lakši od standardnog zraka) i nakupljat će se blizu stropa, tvoreći visoko eksplozivnu smjesu. Ako se poduzmu sve potrebne mjere za sprečavanje problematičnih trenutaka, tada je moguće provesti reakciju interakcije lužine i aluminija.
Uzimamo tikvicu (najbolje od svega) ili staklenu bocu od 1/2 litre, čep (u sredini rupe), epruvetu za uklanjanje vodika, 10 grama aluminija i vitriola (bakar), kuhinjsku sol (oko 20 grama), vode u količini od 200 ml. i kuglica (guma) za skupljanje vodika. Vitriol kupujemo u vrtlarskim radnjama, a limenke ili žica od piva mogu poslužiti kao aluminijska sirovina. Naravno, caklina se prethodno uklanja pečenjem, potreban vam je čisti aluminij, bez nečistoća.
Za 10 grama vitriola uzima se 100 ml vode, odnosno priprema se druga otopina - za 20 grama soli ide 100 ml vode. Sjena otopina bit će sljedeća: vitriol - plava, sol - bezbojna. Tada sve zajedno promiješamo i dobijemo tako zelenkastu otopinu. Dodaje mu se unaprijed pripremljeni aluminij. Smjesa će se početi pjeniti - ovo je vodik. Aluminij zamjenjuje bakar, a to možete vidjeti vlastitim očima po procvatu crvenkaste nijanse na aluminijskim sirovinama. Pojavljuje se bjelkasta suspenzija, ovdje možete početi sakupljati vodik koji nam treba.
U tom procesu dobiva se dodatna toplina; u kemiji se takav postupak naziva egzotermnim. Jasno je da će se, ako se postupak ne kontrolira, ispostaviti nešto poput gejzira, koji će ispljunuti dijelove kipuće vode, pa se mora kontrolirati početna koncentracija. Za to se koristi čep s cijevi za sigurno uklanjanje vodika prema van. Promjer cijevi, usput rečeno, ni na koji način ne smije prelaziti 8 milimetara. Prikupljeni vodik može napuhati balon, koji će biti puno lakši od okolnog zraka, što znači da će mu omogućiti da se digne. Iskreno, takvi se eksperimenti moraju vježbati krajnje pažljivo i pažljivo, inače se ozljede i opekline ne mogu izbjeći.
IZUM IMA SLJEDEĆE PREDNOSTI
Toplina dobivena oksidacijom plinova može se koristiti izravno na gradilištu, a vodik i kisik dobivaju se odlaganjem otpadne pare i procesne vode.
Mala potrošnja vode prilikom proizvodnje električne i toplinske energije.
Jednostavnost puta.
Značajne uštede energije kao troši se samo na zagrijavanje startera do uspostavljenog toplinskog režima.
Visoka produktivnost postupka, jer disocijacija molekula vode traje desetinke sekunde.
Eksplozija i požarna sigurnost metode, jer u njegovoj provedbi nisu potrebni spremnici za sakupljanje vodika i kisika.
Tijekom rada instalacije, voda se više puta pročišćava, pretvarajući se u destiliranu vodu. Time se uklanjaju sedimenti i kamenac, što povećava vijek trajanja instalacije.
Instalacija je izrađena od običnog čelika; s izuzetkom kotlova izrađenih od toplinski otpornih čelika s oblogom i oklopom njihovih zidova. Odnosno, nisu potrebni posebni skupi materijali.
Izum može naći primjenu u
industrijom zamjenom ugljikovodika i nuklearnog goriva u elektranama jeftinom, raširenom i ekološki prihvatljivom vodom, zadržavajući pritom snagu tih elektrana.
Alternativni pogled
Korisni model odnosi se na elektrokemiju i, točnije, na energiju vodika i može biti koristan za dobivanje smjese goriva s visokim udjelom vodika iz bilo kojih vodenih otopina.
Poznati uređaji za izravno elektrokemijsko razlaganje (disocijacija) vode i vodenih otopina u vodik i kisik propuštanjem električne struje kroz vodu. Njihova glavna prednost je jednostavnost provedbe. Glavni nedostaci poznatog uređaja za prototip generatora vodika su niska produktivnost, značajna potrošnja energije i niska učinkovitost. Teoretski izračun potrebne električne energije za proizvodnju 1 m3 vodika iz vode iznosi 2,94 kWh, što još uvijek otežava upotrebu ove metode proizvodnje vodika kao ekološki prihvatljivog goriva u transportu.
—
Najbliži uređaj (prototip) dizajnom, a ista svrha navedenog korisnog modela kombinacijom značajki je poznati elektrolizator - najjednostavniji generator vodika koji sadrži šuplju komoru s vodenom otopinom (vodom), u nju smještene elektrode i izvor električne energije povezane s njima (knjiga. Kemijska enciklopedija ", v. 1, m., 1988., str. 401)
Bit prototipa - poznati generator vodika sastoji se u elektrolitskoj disocijaciji vode i vodenih otopina pod djelovanjem električne struje na H2 i O2.
Nedostatak prototipa sastoji se u niskoj produktivnosti vodika i značajnoj potrošnji energije.
Svrha Predmetni izum je modernizacija uređaja radi poboljšanja njegove energetske učinkovitosti
Tehnički rezultat, ovog korisnog modela sastoji se u tehničkom i energetskom poboljšanju poznatog uređaja, što je neophodno za postizanje ovog cilja.
Navedeni tehnički rezultat postiže se činjenicom da je poznati uređaj koji sadrži šuplju komoru s vodenom otopinom, elektrode smještene u vodi, izvor električne energije povezan s njima, nadopunjen kapilarima postavljenim okomito u vodu, s gornjim krajevima iznad razine vode, i elektrodama izrađeni su ravni, od kojih je jedna postavljena ispod kapilara, a druga elektroda izrađena je od mreže i smještena je iznad njih, a izvor napajanja izrađen je od visokog napona i podesiv po amplitudi i frekvenciji, a jaz između krajeva kapilara i druge elektrode i parametri električne energije dovedene na elektrode odabiru se prema uvjetu osiguranja maksimalne produktivnosti vodika, a kapacitet regulatora je regulator napona navedenog izvora i regulator razmaka između kapilara i druga elektroda, a uređaj je također nadopunjen s dva ultrazvučna generatora, od kojih se jedan nalazi ispod donjeg kraja ovih kapilara, a drugi - iznad njihovog gornjeg kraja, i uređaj Uređaj je također nadopunjen elektroničkim disocijatorom aktiviranih molekula vodene magle koji sadrži par elektroda smještenih iznad površine tekućine, s njihovim ravninama okomitim na površinu tekućine, i električno povezan s dodatnim elektroničkim generatorom visokonaponskih visokofrekventnih impulsa s podesivom frekvencijom i radnim ciklusom, u frekvencijskom području koje se preklapaju rezonantne frekvencije pobude isparavane molekule tekućine i njezinih iona.
Promotivni video:
OPIS UREĐAJA U STATICI
Uređaj za proizvodnju vodika iz vode (Sl. 1) sastoji se od dielektrične posude 1, u koju se ulije vodena otopina tekućine 2, fino poroznog kapilarnog materijala 3, djelomično uronjenog u tu tekućinu i prethodno navlaženog u njoj. Ovaj uređaj također uključuje visokonaponske metalne elektrode 4, 5 , postavljeni na krajeve kapilara 3 i električno spojeni na stezaljke visokonaponskog reguliranog izvora električnog polja sa stalnim predznakom 10, a jedna od elektroda 5 izrađena je u obliku perforirane iglene ploče, i smješten je pomično iznad kraja kapilara 3, na primjer, paralelno s njim na udaljenosti dovoljnoj da spriječi električni proboj navlaženog fitilja 3. Druga visokonaponska elektroda 4 smještena je u tekućinu paralelno s donjim krajem kapilarni, na primjer, porozni materijal 3 Uređaj je nadopunjen s dva ultrazvučna generatora 6, od kojih se jedan nalazi u tekućini 2, gotovo na dnu spremnika 1, a drugi se nalazi iznad razine tekućine, na primjer mreža elektroda 5.
Uređaj također sadrži elektronički disocijator molekula aktivirane vodene magle, koji se sastoji od dvije elektrode 7,8, smještene iznad površine tekućine, s njihovim ravninama okomitim na površinu tekućine, i električno povezane s dodatnim elektroničkim generatorom 9 visokonaponski visokofrekventni impulsi s podesivom frekvencijom i radnim ciklusom, u frekvencijama raspona koje se preklapaju s rezonantnim frekvencijama pobude isparenih molekula tekućine i njezinih iona.Uređaj je također dopunjen zvonom 12, smještenom iznad spremnika 1 - sakupljačem plina za sakupljanje 12, u čijem se središtu nalazi izlazna cijev za povlačenje goriva i H2 do potrošača. U osnovi, sklop uređaja koji sadrži elektrode 4,5 iz visokonaponskih jedinica 10 i kapilarni sklop 3 4, 5, 6 kombinirani je uređaj elektroosmotske pumpe i elektrostatičkog isparivača tekućine 2 iz spremnika 1 ... od 0 do 30 kV / cm. Elektroda 5 izrađena je od metalne perforirane ili mrežaste mreže koja pruža mogućnost nesmetanog prolaska formirane vodene magle i goriva za gorivo s kraja kapilara 3. Uređaj ima regulatore i uređaje za promjenu frekvencije impulsa i njihove amplitude radni ciklus, kao i za promjenu udaljenosti i položaja elektrode 5 u odnosu na površinu kapilarnog isparivača 3 (nisu prikazani na slici 1).
OPIS UPRAVLJAČKOG UREĐAJA (SLIKA 1)
Prvo se u posudu 1 ulije vodena otopina, na primjer, aktivirana voda ili smjesa voda-gorivo (emulzija) 2, kapilarni 3-porozni isparivač prethodno se navlaži. Zatim se uključuje visokonaponski izvor napona 10 i visokonaponska razlika potencijala dovodi se u kapilarni isparivač 3 kroz elektrode 4,5, a perforirana elektroda 5 postavlja se iznad površine krajnje površine kapilara 3 na udaljenosti dovoljnoj da spriječi električni proboj između elektroda 4,5. Kao rezultat toga, duž vlakana kapilara 3 pod djelovanjem elektroosmotskih i zapravo elektrostatičkih sila uzdužnog električnog polja, nakupine vode su djelomično puknute i sortirane po veličini, apsorbirane u kapilare 3. Štoviše, molekule dipole polarizirane tekućine razvijaju se duž vektora električnog polja i pomaknite se od spremnika prema gornjim krajnjim kapilarama 3 do suprotnog električnog potencijala elektrode 5 (elektroosmoza). Tada se one, pod djelovanjem elektrostatičkih sila, otkidaju tim silama električnog polja s površine čeone strane kapilare 3 - u biti elektroosmotskog isparivača i pretvaraju u djelomično disociranu polariziranu elektrificiranu vodenu maglu. Ta se vodena magla iznad elektrode 5 zatim također intenzivno obrađuje impulsnim poprečnim visokofrekventnim električnim poljem stvorenim između poprečnih elektroda 7,8 pomoću elektroničkog visokofrekventnog generatora 9. U procesu intenzivnog sudara isparenih molekula dipola i vode nakupine iznad tekućine s molekulama zraka i ozona, elektroni u zoni ionizacije između elektroda 7, 8, dolazi do dodatne intenzivne disocijacije (radiolize) aktivirane vodene magle s stvaranjem gorivog zapaljivog plina. Nadalje, taj dobiveni gorivni plin samostalno teče prema gore u zvono za sakupljanje plina 12, a zatim se kroz izlaz 13 isporučuje potrošačima za pripremu smjese sintetičkih goriva, na primjer u usisni kanal motora s unutarnjim izgaranjem i dobavlja ga u izgaranje komore motornog vozila. Sastav ovog zapaljivog plina uključuje molekule vodika (H2), kisika (O2), vodene pare, magle (H2O), kao i aktivirane organske molekule isparene kao dio ostalih ugljikovodičnih aditiva. Prethodno je eksperimentalno prikazana funkcionalnost ovog uređaja i utvrđeno je da intenzitet procesa isparavanja i disocijacije molekula vodenih otopina značajno ovisi i mijenja se ovisno o parametrima električnog polja izvora9,10 (Intenzitet, snage), na udaljenosti između elektroda 4, 5, na površini kapilarnog isparivača 3, na vrsti tekućine, veličini kapilara i kvaliteti kapilarnog materijala 3.Regulatori dostupni u uređaju omogućuju vam optimizaciju performansi plinova za gorivo ovisno o vrsti i parametrima vodene otopine i specifičnom dizajnu ovog elektrolizera. Budući da u ovom uređaju vodena otopina tekućine intenzivno isparava i djelomično disocira na H2 i O2, pod djelovanjem kapilarne elektroosmoze i ultrazvuka, a zatim dodatno aktivno disocira zbog intenzivnih sudara molekula isparene vodene otopine pomoću Dodatno poprečno rezonantno električno polje, takav uređaj za proizvodnju vodika i plinovitog goriva troši malo električne energije i stoga je desetke stotina puta ekonomičniji od poznatih generatora vodika za elektrolizu.
ZAHTJEV
Ultrazvučni uređaj za proizvodnju vodika iz bilo koje vodene otopine, koji sadrži spremnik s vodenom otopinom, metalne elektrode smještene u njemu i izvor električne energije povezan s njima, karakteriziran timenadopunjuju se kapilarama postavljenim okomito u ovu komoru, s gornjim krajevima iznad razine vodene otopine, a jedna od dvije elektrode smjesti se u tekućinu ispod kapilara, a druga elektroda učini pokretnom i rešetkastom i postavi iznad njih, a izvor napajanja izrađen je od visokog napona i podesiv po amplitudi i frekvenciji, a uređaj je također nadopunjen s dva ultrazvučna generatora, od kojih se jedan nalazi ispod donjeg kraja ovih kapilara, a drugi iznad njihovih gornjih kraj, a uređaj je također nadopunjen rezonantnim elektroničkim disocijatorom aktiviranih molekula vodene magle koji sadrži par elektroda smještenih iznad površine tekućine, s njihovim ravninama, okomitim na površinu tekućine, i električno povezanim s dodatnim elektroničkim generatorom visokonaponski visokofrekventni impulsi s podesivom frekvencijom i radnim ciklusom, u frekvencijskom području koji sadrže rezonantne frekvencije pobude isparenih molekula tekućine i njegovi ioni.
ZAHTJEV
Metoda dobivanja vodika i kisika iz vodene pare
, uključujući propuštanje ove pare kroz električno polje, naznačeno time što koriste pregrijanu vodenu paru s temperaturom
500 - 550 o C
, prošao je kroz visokonaponsko električno polje istosmjerne struje da bi razdvojio paru i razdvojio je na atome vodika i kisika.
Odavno sam želio učiniti sličnu stvar. Ali daljnji eksperimenti s baterijom i parom elektroda nisu došli. Htio sam napraviti punopravni aparat za proizvodnju vodika, u količinama za napuhavanje balona. Prije izrade punopravnog aparata za elektrolizu vode kod kuće, odlučio sam provjeriti sve na modelu.
Opća shema elektrolizera izgleda ovako.
Ovaj model nije prikladan za svakodnevnu upotrebu u potpunosti. Ali uspjeli smo testirati ideju.
Zato sam odlučio koristiti grafit za elektrode. Izvrstan izvor grafita za elektrode je trolejbuski kolektor. Dosta ih je ležalo na krajnjim stanicama. Mora se zapamtiti da će se jedna od elektroda srušiti.
Vidjeli smo i finalizirali datotekom. Intenzitet elektrolize ovisi o jačini struje i površini elektroda.
Žice su pričvršćene na elektrode. Žice moraju biti pažljivo izolirane.
Za slučaj modela elektrolitskih ćelija sasvim su prikladne plastične boce. U poklopcu za cijevi i žice izrađuju se rupe.
Sve je temeljito premazano brtvilom.
Odrezani grlovi boca prikladni su za spajanje dva spremnika.
Treba ih spojiti i šav se mora rastopiti.
Orašasti plodovi izrađeni su od čepova boca.
Rupe su izrađene u dvije boce na dnu. Sve je povezano i pažljivo ispunjeno brtvilom.
Kao izvor napona koristit ćemo kućansku mrežu od 220 V.Želim vas upozoriti da je ovo prilično opasna igračka. Dakle, ako nemate dovoljno vještina ili postoje sumnje, onda je bolje ne ponavljati. U mreži kućanstva imamo izmjeničnu struju, za elektrolizu se ona mora ispraviti. Diodni most je savršen za to. Ona na fotografiji nije bila dovoljno moćna i brzo je izgorjela. Najbolja opcija bio je kineski diodni most MB156 u aluminijskom kućištu.
Diodni most se jako zagrijava. Trebat će aktivno hlađenje. Hladnjak za računalni procesor je savršen. Za kućište se može koristiti razvodna kutija prikladne veličine. Prodaje se u električnoj robi.
Nekoliko slojeva kartona mora se staviti ispod diodnog mosta.
Na poklopcu razvodne kutije izrađuju se potrebne rupe.
Ovako izgleda sklopljena jedinica. Elektrolizator se napaja iz mreže, a ventilator napaja univerzalni izvor napajanja. Kao elektrolit koristi se otopina sode bikarbone. Ovdje se mora imati na umu da što je veća koncentracija otopine, to je veća brzina reakcije. Ali istodobno je i grijanje veće. Štoviše, reakcija razgradnje natrija na katodi pridonijet će zagrijavanju. Ova reakcija je egzotermna. Kao rezultat, stvorit će se vodik i natrijev hidroksid.
Uređaj na gornjoj fotografiji bio je vrlo vruć. Povremeno ga je trebalo isključiti i pričekati dok se ne ohladi. Problem zagrijavanja djelomično je riješen hlađenjem elektrolita. Za to sam koristio stolnu pumpu za fontanu. Dugačka cijev prolazi od jedne boce do druge kroz pumpu i kantu hladne vode.
Relevantnost ovog broja danas je prilično velika zbog činjenice da je sfera korištenja vodika izuzetno opsežna i u svom čistom obliku praktički se ne može naći nigdje u prirodi. Zbog toga je razvijeno nekoliko tehnika koje omogućuju ekstrakciju ovog plina iz drugih spojeva kemijskim i fizičkim reakcijama. O tome se govori u gornjem članku.
Tip je napravio instalaciju za proizvodnju vodika
Roman Ursu. U ovom videu želio sam pokazati kako od 10 oštrica za brijanje možete napraviti mali generator koji će iz vode vaditi vodik. Za početak vam je potrebna jedinica napajanja od 5 do 12 volti, jačina struje od 0,5 do 2 ampera. Bakrene žice, staklena posuda s zatvorenim poklopcem. Plastična boca, komad plastičnog ravnala. Dvije kapaljke. 10 oštrica. Jestiva sol. Alati: lemilo, pištolj za ljepilo, nož za papir.
Proizvodi za izumitelje
