Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Wodór jest prawie idealnym rodzajem paliwa, ale problem polega na tym, że występuje on na naszej planecie tylko w postaci związków z innymi pierwiastkami chemicznymi. Udział „czystych” substancji w atmosferze wynosi nie więcej niż 0, 00005%. Biorąc pod uwagę te realia, kwestia generatora wodoru staje się istotna. Rozważ zasadę działania takiego urządzenia, jego cechy konstrukcyjne, zakres zastosowania i możliwość niezależnej produkcji.

Opis i zasada działania generatora wodoru

Istnieje kilka metod ekstrakcji wodoru z innych substancji, wymieniamy najczęściej stosowane:

  1. Elektroliza, ta technika jest najprostsza i można ją wdrożyć w domu. Przez wodny roztwór zawierający sól przepływa stały prąd elektryczny, pod jego wpływem zachodzi reakcja, którą można opisać następującym równaniem: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2 ↑. W tym przypadku podano przykład roztworu zwykłej soli kuchennej, który nie jest najlepszym rozwiązaniem, ponieważ emitowany chlor jest substancją trującą. Należy zauważyć, że wodór otrzymany tą metodą jest najczystszy (około 99, 9%).
  2. Przepuszczając parę wodną nad koksem węglowym ogrzanym do temperatury 1000 ° C, w tych warunkach zachodzi następująca reakcja: H 2 O + C ⇔ CO + H 2 .
  3. Ekstrakcja z metanu przez konwersję parą wodną (warunkiem koniecznym dla reakcji jest temperatura 1000 ° C): CH 4 + H 2 O ⇔ CO + 3 H 2 . Drugą opcją jest utlenianie metanu: 2С 4 + О 22 СО + 4Н 2 .
  4. W procesie krakingu (rafinacji ropy naftowej) wodór jest uwalniany jako produkt uboczny. Należy pamiętać, że w naszym kraju nadal praktykuje się spalanie tej substancji w niektórych rafineriach z powodu braku niezbędnego sprzętu lub wystarczającego zapotrzebowania.

Spośród tych opcji ta druga jest najtańsza, a pierwsza jest najtańsza, stanowi podstawę większości generatorów wodoru, w tym generatorów domowych. Ich zasada działania polega na tym, że w procesie przepuszczania prądu przez roztwór elektroda dodatnia przyciąga jony ujemne, a przeciwnie naładowana elektroda - dodatnia, co powoduje rozszczepienie substancji.

Przykład elektrolizy w roztworze chlorku sodu

Zaprojektuj funkcje i urządzenie generatora wodoru

Jeśli teraz praktycznie nie ma problemów z uzyskaniem wodoru, to jego transport i przechowywanie jest nadal pilnym zadaniem. Cząsteczki tej substancji są tak małe, że mogą nawet przeniknąć przez metal, co niesie ze sobą pewne zagrożenie bezpieczeństwa. Przechowywanie w formie pochłoniętej nie jest jeszcze wysoce opłacalne. Dlatego najlepszą opcją jest wytwarzanie wodoru bezpośrednio przed jego użyciem w cyklu produkcyjnym.

W tym celu produkowane są zakłady przemysłowe do wytwarzania wodoru. Z reguły są to elektrolizery membranowe. Uproszczona konstrukcja takiego urządzenia i zasada działania są podane poniżej.

Uproszczony schemat generatora wodoru typu membranowego

Legenda:

  • A - rura do usuwania chloru (Cl 2 ).
  • B - usuwanie wodoru (H2).
  • C jest anodą, na której zachodzi następująca reakcja: 2CL - → CL 2 + 2e - .
  • D jest katodą, reakcję na nią można opisać za pomocą następującego równania: 2Н 2 О + 2е - → Н 2 + ОН - .
  • E - roztwór wody i chlorku sodu (H2O i NaCl).
  • F - membrana;
  • G - nasycony roztwór chlorku sodu i tworzenie sody kaustycznej (NaOH).
  • H - usuwanie solanki i rozcieńczonej sody kaustycznej.
  • I - wejście nasyconej solanki.
  • J - okładka.

Konstrukcja generatorów domowych jest znacznie prostsza, ponieważ w większości nie wytwarzają one czystego wodoru, ale wytwarzają gaz brązowy. Tak zwana mieszanina tlenu i wodoru. Ta opcja jest najbardziej praktyczna, nie jest konieczne oddzielanie wodoru i tlenu, możliwe jest znaczne uproszczenie projektu, a zatem uczynienie go tańszym. Ponadto powstały gaz jest spalany w miarę wytwarzania. Przechowywanie i gromadzenie go w domu jest nie tylko problematyczne, ale także niebezpieczne.

Konstrukcja elektrolizera domowego ogniwa wodorowego

Legenda:

  • a - rura wylotowa gazu Browna;
  • b - kolektor wlotu wody;
  • c - hermetyczna obudowa;
  • d jest blokiem płyt elektrodowych (anod i katod), z zainstalowanymi między nimi izolatorami;
  • e to woda;
  • f - czujnik poziomu wody (łączy się z jednostką sterującą);
  • g - filtr separacji wody;
  • h to dostawa energii dostarczanej do elektrod;
  • i - czujnik ciśnienia (wysyła sygnał do jednostki sterującej po osiągnięciu poziomu progowego);
  • j - zawór bezpieczeństwa;
  • k - wylot gazu z zaworu bezpieczeństwa.

Cechą charakterystyczną takich urządzeń jest stosowanie bloków elektrod, ponieważ nie jest wymagane oddzielanie wodoru i tlenu. Pozwala to na generowanie kompaktowych generatorów.

Bloki elektrod do instalacji wytwarzającej gaz brązowy

Zastosowania generatora wodoru

Ze względu na problemy związane z transportem i magazynowaniem wodoru, takie urządzenia są poszukiwane w branżach, w których obecność tego gazu wymaga cyklu produkcyjnego. Wymieniamy główne kierunki:

  1. Produkcja związana z syntezą chlorowodoru.
  2. Produkcja paliwa do silników rakietowych.
  3. Tworzenie nawozu.
  4. Produkcja azotku wodoru (amoniaku).
  5. Synteza kwasu azotowego.
  6. W przemyśle spożywczym (do produkcji stałych tłuszczów z olejów roślinnych).
  7. Obróbka metali (spawanie i cięcie).
  8. Odzysk metalu.
  9. Synteza alkoholu metylowego
  10. Wytwarzanie kwasu solnego.
Główne zastosowania generatorów wodoru w przemyśle

Pomimo faktu, że produkcja wodoru w procesie rafinacji ropy naftowej jest tańsza niż uzyskiwanie go przez elektrolizę, jak już wspomniano powyżej, występują trudności z transportem gazu. Budowanie niebezpiecznej produkcji chemicznej bezpośrednio obok rafinerii ropy naftowej nie zawsze pozwala na sytuację ekologiczną. Ponadto wodór otrzymany przez elektrolizę jest znacznie czystszy niż w przypadku krakingu olejowego. Pod tym względem przemysłowe generatory wodoru są zawsze bardzo poszukiwane.

Użytek domowy

W życiu codziennym stosuje się również wodór. Przede wszystkim jest to autonomiczne systemy grzewcze. Ale oto niektóre funkcje. Instalacje do produkcji czystego wodoru są znacznie droższe niż generatory gazu Browna, te ostatnie można nawet montować niezależnie. Ale organizując ogrzewanie domu, należy wziąć pod uwagę, że temperatura spalania gazu Browna jest znacznie wyższa niż metanu, więc potrzebny jest specjalny kocioł, który jest nieco droższy niż zwykle.

Kocioł na paliwo musi być oznakowany

W Internecie można znaleźć sporo artykułów, w których napisano, że do detonacji gazu można użyć zwykłych kotłów, jest to absolutnie niemożliwe. W najlepszym razie szybko zawiodą, aw najgorszym mogą spowodować smutne lub nawet tragiczne konsekwencje. W przypadku mieszanki Brown dostępne są specjalne wzory z dyszą bardziej odporną na ciepło.

Należy zauważyć, że opłacalność systemów grzewczych opartych na generatorach wodoru jest bardzo wątpliwa ze względu na niską wydajność. W takich systemach występują podwójne straty, po pierwsze, w procesie wytwarzania gazu, a po drugie, gdy woda jest podgrzewana w kotle. Ogrzewanie jest tańsze, aby natychmiast podgrzać wodę w kotle elektrycznym.

Nie mniej kontrowersyjne wdrożenie do użytku domowego, w którym brązowy gaz wzbogaca benzynę w układ paliwowy silnika samochodowego w celu oszczędzania.

Wykorzystanie generatora DNA w samochodach

Legenda:

  • a jest generatorem organizacji pozarządowych (zaakceptowane oznaczenie gazu Browna);
  • b - usunięcie gazu do komory suszącej;
  • c - komora do usuwania pary wodnej;
  • d - powrót kondensatu do generatora;
  • e - dostawa suchego gazu do filtra powietrza układu paliwowego;
  • f - silnik samochodowy;
  • g - podłączenie do akumulatora i generatora elektrycznego.

Należy zauważyć, że w niektórych przypadkach taki system działa nawet (jeśli jest poprawnie złożony). Nie znajdziesz jednak dokładnych parametrów, współczynnika wzmocnienia mocy, procentu oszczędności. Dane te są mocno rozmyte, a ich wiarygodność jest wątpliwa. Ponownie, pytanie nie jest jasne, jak bardzo zmniejszy się zasoby silnika.

Ale popyt tworzy podaż, w Internecie można znaleźć szczegółowe rysunki takich urządzeń i instrukcje ich połączenia. Istnieją gotowe modele wykonane w kraju Rising Sun.

Wykonanie najprostszego generatora wodoru zrobi to krok po kroku

Pozwól nam powiedzieć, jak możesz zrobić domowy generator do produkcji mieszaniny wodoru i tlenu (NNO). Jego pojemność do ogrzewania domu nie wystarczy, ale w przypadku palnika gazowego do cięcia metalu wystarczająca będzie ilość wytwarzanego gazu.

Rys. 8. Schemat palnika gazowego

Legenda:

  • a - dysza palnika;
  • b - rury;
  • c - bramy wodne;
  • d to woda;
  • e - elektrody;
  • f - zamknięta obudowa.

Przede wszystkim robimy elektrolizer, do tego potrzebujemy szczelnego pojemnika i elektrod. Jako ten drugi używamy stalowych płyt (dobieramy ich rozmiar dowolnie, w zależności od pożądanej wydajności) przymocowanych do podstawy dielektrycznej. Łączymy ze sobą wszystkie płytki każdej z elektrod.

Gdy elektrody są gotowe, należy je zamocować w zbiorniku, tak aby miejsca, w których przewody zasilające są podłączone, były powyżej oczekiwanego poziomu wody. Przewody z elektrod trafiają do zasilacza 12 V lub akumulatora samochodowego.

W pokrywie zbiornika robimy otwór pod rurą, aby gaz mógł wyjść. Jako zamknięcia do wody można użyć zwykłych szklanych słoików o pojemności 1 litra. Wypełniamy je do 2/3 wodą i podłączamy do elektrolizera i palnika, jak pokazano na rysunku 8.

Palnik lepiej przygotować, ponieważ nie każdy materiał może wytrzymać temperaturę spalania gazu Browna. Podłączamy go do wyjścia ostatniej bramki wody.

Napełniamy elektrolizer wodą, do której dodaje się zwykłą sól kuchenną.

Podajemy napięcie do elektrod i sprawdzamy działanie urządzenia.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria: