Méthodes de production d'hydrogène en conditions industrielles
Extraction par conversion du méthane
. De l'eau vaporisée, préchauffée à 1000 degrés Celsius, est mélangée à du méthane sous pression et en présence d'un catalyseur. Cette méthode est intéressante et éprouvée, il faut aussi noter qu'elle est en constante amélioration : une recherche est en cours pour de nouveaux catalyseurs moins chers et plus performants.
Considérez la méthode la plus ancienne d'obtention d'hydrogène - gazéification du charbon
. En l'absence d'accès à l'air et à une température de 1300 degrés Celsius, le charbon et la vapeur d'eau sont chauffés. Ainsi, l'hydrogène est déplacé de l'eau et du dioxyde de carbone est obtenu (l'hydrogène sera en haut, le dioxyde de carbone, également obtenu à la suite de la réaction, sera en bas). Ce sera la séparation du mélange gazeux, tout est très simple.
Obtention d'hydrogène par électrolyse de l'eau
considéré comme l'option la plus facile. Pour sa mise en œuvre, il est nécessaire de verser une solution de soude dans le récipient, et d'y placer également deux éléments électriques. L'un sera chargé positivement (anode) et l'autre négativement (cathode). Lorsque le courant est appliqué, l'hydrogène ira à la cathode et l'oxygène à l'anode.
Obtention d'hydrogène selon la méthode oxydation partielle
. Pour cela, un alliage d'aluminium et de gallium est utilisé. Il est placé dans l'eau, ce qui conduit à la formation d'hydrogène et d'oxyde d'aluminium au cours de la réaction. Le gallium est nécessaire au bon déroulement de la réaction (cet élément ne permettra pas à l'aluminium de s'oxyder prématurément).
Pertinence récemment acquise méthode d'utilisation des biotechnologies
: dans des conditions de manque d'oxygène et de soufre, les chlamydomonas commencent à libérer intensément de l'hydrogène. Un effet très intéressant, qui est actuellement activement étudié.
N'oubliez pas une autre méthode ancienne et éprouvée de production d'hydrogène, qui consiste à utiliser différents éléments alcalins
et de l'eau. En principe, cette technique est réalisable dans des conditions de laboratoire avec les mesures de sécurité nécessaires. Ainsi, au cours de la réaction (elle se déroule lorsqu'elle est chauffée et avec des catalyseurs), de l'oxyde métallique et de l'hydrogène se forment. Il ne reste plus qu'à le récupérer.
Obtenez de l'hydrogène en interactions de l'eau et du monoxyde de carbone
uniquement possible dans un environnement industriel. Du dioxyde de carbone et de l'hydrogène se forment, le principe de leur séparation est décrit ci-dessus.
L'INVENTION A LES AVANTAGES SUIVANTS
La chaleur obtenue à partir de l'oxydation des gaz peut être utilisée directement sur site, et l'hydrogène et l'oxygène sont obtenus à partir de l'élimination de la vapeur d'échappement et de l'eau industrielle.
Faible consommation d'eau lors de la production d'électricité et de chaleur.
La simplicité de la méthode.
D'importantes économies d'énergie, comme il est dépensé uniquement pour réchauffer le démarreur à un régime thermique stable.
Productivité élevée des processus, car la dissociation des molécules d'eau dure des dixièmes de seconde.
Explosion et sécurité incendie de la méthode, car dans sa mise en œuvre, il n'y a pas besoin de réservoirs pour collecter l'hydrogène et l'oxygène.
Pendant le fonctionnement de l'installation, l'eau est purifiée à plusieurs reprises, se transformant en eau distillée. Cela élimine les précipitations et le tartre, ce qui augmente la durée de vie de l'installation.
L'installation est en acier ordinaire ; à l'exception des chaudières en aciers réfractaires avec revêtement et blindage de leurs parois. Autrement dit, des matériaux coûteux spéciaux ne sont pas nécessaires.
L'invention peut trouver application dans
l'industrie en remplaçant les hydrocarbures et le combustible nucléaire dans les centrales électriques par de l'eau bon marché, répandue et respectueuse de l'environnement, tout en maintenant la puissance de ces centrales.
RÉCLAMER
Procédé de production d'hydrogène et d'oxygène à partir de vapeur d'eau
, qui comprend le passage de cette vapeur dans un champ électrique, caractérisé en ce que de la vapeur d'eau surchauffée est utilisée avec une température 500 - 550 oC
, passé à travers un champ électrique à courant continu à haute tension pour dissocier la vapeur et la séparer en atomes d'hydrogène et d'oxygène.
Je voulais faire quelque chose comme ça depuis longtemps. Mais d'autres expériences avec une batterie et une paire d'électrodes n'ont pas atteint. Je voulais fabriquer un appareil à part entière pour la production d'hydrogène, en quantité afin de gonfler le ballon. Avant de fabriquer un appareil à part entière pour l'électrolyse de l'eau à la maison, j'ai décidé de tout vérifier sur le modèle.
Le schéma général de l'électrolyseur ressemble à ceci.
Ce modèle ne convient pas à une utilisation quotidienne complète. Mais l'idée a été testée.
Donc pour les électrodes, j'ai décidé d'utiliser du graphite. Une excellente source de graphite pour les électrodes est le collecteur de courant du trolleybus. Ils sont nombreux à traîner aux arrêts finaux. Il faut se rappeler qu'une des électrodes sera détruite.
Sciage et finition à la lime. L'intensité de l'électrolyse dépend de la force du courant et de la surface des électrodes.
Des fils sont attachés aux électrodes. Les fils doivent être soigneusement isolés.
Les bouteilles en plastique conviennent tout à fait au corps du modèle d'électrolyseur. Des trous sont faits dans le couvercle pour les tubes et les fils.
Le tout est soigneusement enduit de mastic.
Les goulots de bouteille coupés conviennent pour connecter deux conteneurs.
Ils doivent être connectés ensemble et faire fondre la couture.
Les noix sont fabriquées à partir de capsules de bouteilles.
Des trous sont faits dans le fond de deux bouteilles. Tout est connecté et soigneusement rempli de mastic.
Nous utiliserons un réseau domestique 220V comme source de tension. Je tiens à vous avertir qu'il s'agit d'un jouet plutôt dangereux. Donc, s'il n'y a pas de compétences suffisantes ou s'il y a des doutes, il vaut mieux ne pas répéter. Dans le réseau domestique, nous avons du courant alternatif, pour l'électrolyse il faut le redresser. Un pont de diodes est parfait pour cela. Celui sur la photo n'était pas assez puissant et s'est rapidement épuisé. La meilleure option était le pont de diodes chinois MB156 dans un boîtier en aluminium.
Le pont de diodes devient très chaud. Nécessite un refroidissement actif. Un refroidisseur pour un processeur d'ordinateur conviendra parfaitement. Pour le boîtier, vous pouvez utiliser une boîte à souder de taille appropriée. Vendu en électroménager.
Sous le pont de diodes il faut mettre plusieurs couches de carton.
Les trous nécessaires sont pratiqués dans le couvercle de la boîte à souder.
Voici à quoi ressemble l'unité assemblée. L'électrolyseur est alimenté par le secteur, le ventilateur par une source d'alimentation universelle. Une solution de bicarbonate de soude est utilisée comme électrolyte. Ici, il faut se rappeler que plus la concentration de la solution est élevée, plus la vitesse de réaction est élevée. Mais en même temps, le chauffage est plus élevé. De plus, la réaction de décomposition du sodium à la cathode va apporter sa contribution à l'échauffement. Cette réaction est exothermique. En conséquence, de l'hydrogène et de l'hydroxyde de sodium seront formés.
L'appareil sur la photo ci-dessus était très chaud. Il fallait l'éteindre périodiquement et attendre qu'il refroidisse. Le problème de chauffage a été partiellement résolu en refroidissant l'électrolyte. Pour cela, j'ai utilisé une pompe à fontaine de table. Un long tube passe d'une bouteille à l'autre à travers une pompe et un seau d'eau froide.
La pertinence de cette question aujourd'hui est assez élevée en raison du fait que le champ d'utilisation de l'hydrogène est extrêmement étendu et que, sous sa forme pure, il ne se trouve pratiquement nulle part dans la nature. C'est pourquoi plusieurs méthodes ont été développées pour extraire ce gaz d'autres composés par des réactions chimiques et physiques. C'est ce dont il est question dans cet article.
Production d'hydrogène dans le ménage
Choix d'une cellule électrolytique
Pour obtenir un élément de la maison, un appareil spécial est nécessaire - un électrolyseur.Il existe de nombreuses options pour de tels équipements sur le marché, les appareils sont proposés à la fois par des sociétés technologiques bien connues et par de petits fabricants. Les unités de marque sont plus chères, mais leur qualité de construction est supérieure.
L'appareil électroménager est de petite taille et facile à utiliser. Ses principaux détails sont :
Électrolyseur - qu'est-ce que c'est
- réformateur;
- système de nettoyage;
- réservoirs de carburant;
- équipement de compresseur;
- réservoir de stockage d'hydrogène.
L'eau du robinet simple est prise comme matière première et l'électricité provient d'une prise ordinaire. Les unités à énergie solaire permettent d'économiser de l'électricité.
L'hydrogène « domestique » est utilisé dans les systèmes de chauffage ou de cuisson. Ils enrichissent également le mélange air-carburant pour augmenter la puissance des moteurs de voiture.
Fabriquer l'appareil de vos propres mains
Il est encore moins cher de fabriquer soi-même l'appareil à la maison. Une pile sèche ressemble à un conteneur scellé, composé de deux plaques d'électrodes dans un conteneur contenant une solution électrolytique. Le World Wide Web propose une variété de schémas pour assembler des appareils de différents modèles:
- avec deux filtres ;
- avec la disposition supérieure ou inférieure du conteneur ;
- à deux ou trois soupapes;
- avec planche galvanisée;
- sur les électrodes.
Schéma de l'appareil d'électrolyse
Un dispositif simple pour produire de l'hydrogène est facile à créer. Il faudra :
- tôle d'acier inoxydable;
- tube transparent;
- raccords;
- récipient en plastique (1,5 l);
- filtre à eau et clapet anti-retour.
Le dispositif d'un appareil simple de production d'hydrogène
De plus, divers matériels seront nécessaires : écrous, rondelles, boulons. Tout d'abord, vous devez couper la feuille en 16 compartiments carrés, couper un coin de chacun d'eux. Dans le coin opposé, il est nécessaire de percer un trou pour boulonner les plaques. Pour assurer un courant constant, les plaques doivent être connectées selon le schéma: plus-moins-plus-moins. Ces pièces sont isolées les unes des autres avec un tube, et à la connexion avec un boulon et des rondelles (trois pièces entre les plaques). 8 plaques sont placées sur le plus et le moins.
Avec un assemblage correct, les bords des plaques ne toucheront pas les électrodes. Les pièces collectées sont abaissées dans un récipient en plastique. À l'endroit où les murs se touchent, deux trous de montage sont percés avec des boulons. Installez une soupape de sécurité pour éliminer l'excès de gaz. Les raccords sont montés dans le couvercle du conteneur et les coutures sont scellées avec du silicone.
Test de l'appareil
Pour tester l'appareil, effectuez plusieurs actions :
Schéma de production d'hydrogène
- Remplir de liquide.
- Couvrant avec un couvercle, connectez une extrémité du tube au raccord.
- Le second est descendu dans l'eau.
- Connectez-vous à une source d'alimentation.
Après avoir branché l'appareil dans la prise, après quelques secondes, le processus d'électrolyse et la précipitation seront perceptibles.
L'eau pure n'a pas une bonne conductivité électrique. Pour améliorer cet indicateur, vous devez créer une solution électrolytique en ajoutant un alcali - hydroxyde de sodium. Il se trouve dans des compositions pour nettoyer les tuyaux comme "Mole".
Méthodes de production d'hydrogène
L'hydrogène est un élément gazeux incolore et inodore d'une densité de 1/14 par rapport à l'air. On le trouve rarement à l'état libre. Habituellement, l'hydrogène est combiné avec d'autres éléments chimiques: oxygène, carbone.
La production d'hydrogène pour les besoins industriels et énergétiques est réalisée par plusieurs méthodes. Les plus populaires sont :
- électrolyse de l'eau;
- méthode de concentration;
- condensation à basse température;
- adsorption.
L'hydrogène peut être isolé non seulement des composés gazeux ou aqueux. L'hydrogène est produit en exposant le bois et le charbon à des températures élevées, ainsi qu'en traitant les biodéchets.
L'hydrogène atomique pour l'ingénierie énergétique est obtenu en utilisant la méthode de dissociation thermique d'une substance moléculaire sur un fil de platine, de tungstène ou de palladium. Il est chauffé dans un environnement d'hydrogène à une pression inférieure à 1,33 Pa.Les éléments radioactifs sont également utilisés pour produire de l'hydrogène.
Dissociation thermique
méthode d'électrolyse
La méthode d'extraction d'hydrogène la plus simple et la plus populaire est l'électrolyse de l'eau. Il permet d'obtenir de l'hydrogène pratiquement pur. Les autres avantages de cette méthode sont :
Le principe de fonctionnement du générateur d'hydrogène par électrolyse
- disponibilité des matières premières;
- obtenir un élément sous pression ;
- la possibilité d'automatiser le processus en raison de l'absence de pièces mobiles.
Le procédé de séparation d'un liquide par électrolyse est l'inverse de la combustion de l'hydrogène. Son essence est que sous l'influence du courant continu, de l'oxygène et de l'hydrogène sont libérés sur des électrodes plongées dans une solution aqueuse d'électrolyte.
Un avantage supplémentaire est la production de sous-produits à valeur industrielle. Ainsi, l'oxygène en grand volume est nécessaire pour catalyser les processus technologiques dans le secteur de l'énergie, nettoyer les sols et les plans d'eau et éliminer les déchets ménagers. L'eau lourde produite par électrolyse est utilisée dans l'industrie électrique dans les réacteurs nucléaires.
Production d'hydrogène par concentration
Cette méthode est basée sur la séparation d'un élément des mélanges gazeux le contenant. Ainsi, la plus grande partie de la substance produite dans les volumes industriels est extraite par vaporéformage du méthane. L'hydrogène produit dans ce processus est utilisé dans l'énergie, le raffinage du pétrole, l'industrie des fusées, ainsi que pour la production d'engrais azotés. Le processus d'obtention de H2 s'effectue de différentes manières :
- cycle court;
- cryogénique;
- membrane.
Cette dernière méthode est considérée comme la plus efficace et la moins coûteuse.
Condensation à basse température
Cette technique d'obtention de H2 consiste en un fort refroidissement des composés gazeux sous pression. En conséquence, ils sont transformés en un système à deux phases, qui est ensuite séparé par un séparateur en un composant liquide et un gaz. Les milieux liquides sont utilisés pour le refroidissement :
- l'eau;
- éthane ou propane liquéfié;
- ammoniac liquide.
Cette procédure n'est pas aussi simple qu'il n'y paraît. Il ne sera pas possible de séparer proprement les gaz d'hydrocarbures à la fois. Une partie des composants partira avec le gaz prélevé dans le compartiment de séparation, ce qui n'est pas économique. Le problème peut être résolu par un refroidissement profond de la matière première avant la séparation. Mais cela demande beaucoup d'énergie.
Dans les systèmes modernes de condenseurs à basse température, des colonnes de déméthanisation ou de dééthanisation sont en outre fournies. La phase gazeuse est évacuée du dernier étage de séparation, et le liquide est envoyé dans la colonne de distillation avec le flux de gaz brut après échange thermique.
Méthode d'adsorption
Lors de l'adsorption, des adsorbants sont utilisés pour libérer de l'hydrogène - des substances solides qui absorbent les composants nécessaires du mélange gazeux. Le charbon actif, le gel de silicate, les zéolithes sont utilisés comme adsorbants. Pour mener à bien ce processus, des dispositifs spéciaux sont utilisés - adsorbeurs cycliques ou tamis moléculaires. Lorsqu'elle est mise en œuvre sous pression, cette méthode peut récupérer 85 % d'hydrogène.
Si nous comparons l'adsorption à la condensation à basse température, nous pouvons noter la réduction des coûts de matériel et d'exploitation du processus - en moyenne de 30 %. La méthode d'adsorption produit de l'hydrogène pour l'énergie et avec l'utilisation de solvants. Cette méthode permet l'extraction de 90 % de H2 du mélange gazeux et la production du produit final avec une concentration en hydrogène pouvant atteindre 99,9 %.
