Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Vodík je téměř ideálním typem paliva, ale problém je, že se nachází na naší planetě pouze ve formě sloučenin s jinými chemickými prvky. Podíl "čistých" látek v atmosféře není větší než 0, 00005%. Vzhledem k těmto skutečnostem se stává otázka generátoru vodíku relevantní. Zvažte princip fungování takového zařízení, jeho konstrukční vlastnosti, rozsah použití a možnost samostatné výroby.

Popis a princip činnosti generátoru vodíku

Existuje několik metod pro extrakci vodíku z jiných látek.

  1. Elektrolýza, tato technika je nejjednodušší a může být provedena doma. Prostřednictvím vodného roztoku obsahujícího sůl je veden konstantní elektrický proud, pod jeho vlivem dochází k reakci, která může být popsána následující rovnicí: 2NaCl + 2H20 → 2NaOH + Cl2 + H2 ↑. V tomto případě je uveden příklad obvyklé kuchyňské soli, která není nejlepší možností, protože emitovaný chlor je toxická látka. Všimněte si, že vodík získaný touto metodou je nejčistší (asi 99, 9%).
  2. Průchodem vodní páry nad uhelným koksem zahřátým na teplotu 1000 ° C probíhá za těchto podmínek následující reakce: H20 + C = CO + H2.
  3. Extrakce z metanu konverzí s vodní párou (nezbytnou podmínkou pro reakci je teplota 1000 ° C): CH4 + H20-CO + 3H2. Druhou možností je oxidace metanu: 2СН 4 + О 2 ⇔ 2 СО + 4Н 2 .
  4. V procesu krakování (rafinace ropy) se vodík uvolňuje jako vedlejší produkt. Všimněte si, že v naší zemi se stále praktikuje spalování této látky v některých rafinériích z důvodu nedostatku potřebného vybavení nebo dostatečné poptávky.

Z těchto možností je tato varianta nejméně nákladná a první z nich je nejdostupnější, je základem většiny generátorů vodíku, včetně domácích. Jejich princip činnosti spočívá v tom, že při průchodu proudu roztokem přitahuje kladná elektroda kladné ionty a opačně nabitou elektrodu - pozitivní, což vede k rozdělení látky.

Příklad elektrolýzy v roztoku chloridu sodného

Konstrukční prvky a zařízení generátoru vodíku

Pokud v současné době nejsou žádné problémy se získáváním vodíku, je jeho přeprava a skladování stále naléhavým úkolem. Molekuly této látky jsou tak malé, že mohou proniknout i kovem, který nese určité bezpečnostní riziko. Skladování v absorbované formě ještě není vysoce ziskové. Nejlepším řešením je tedy výroba vodíku bezprostředně před jeho použitím ve výrobním cyklu.

Pro tento účel se vyrábějí průmyslové závody na výrobu vodíku. Zpravidla se jedná o elektrolyzéry typu membrán. Níže je uveden zjednodušený návrh takového zařízení a princip činnosti.

Zjednodušené schéma generátoru vodíku membránového typu

Legenda:

  • A - trubka pro odstranění chloru (Cl 2 ).
  • B - odstranění vodíku (H2).
  • C je anoda, na které probíhá následující reakce: 2CL - → CL2 + 2e - .
  • D je katoda, reakce na ni může být popsána následující rovnicí: 2Н 2 О + 2е - → Н 2 + ОН - .
  • E - roztok vody a chloridu sodného (H20 a NaCl).
  • F - membrána;
  • G - nasycený roztok chloridu sodného a tvorba hydroxidu sodného (NaOH).
  • H - odstranění solanky a zředěného hydroxidu sodného.
  • I - vstup nasycené solanky.
  • J - kryt.

Konstrukce domácích generátorů je mnohem jednodušší, protože z větší části nevyrábí čistý vodík, ale vyrábí hnědý plyn. Takzvaná směs kyslíku a vodíku. Tato možnost je nejpraktičtější, není nutné oddělit vodík a kyslík, je možné výrazně zjednodušit návrh, a proto je zlevnit. Výsledný plyn se navíc spaluje při jeho výrobě. Ukládání a shromažďování doma je nejen problematické, ale také nebezpečné.

Konstrukce elektrolyzéru pro domácnost s vodíkovými články

Legenda:

  • - Brownova trubka pro výstup plynu;
  • b - sběrné potrubí vody;
  • c - hermetický případ;
  • d je blok elektrodových desek (anody a katody), mezi kterými jsou instalovány izolátory;
  • e je voda;
  • f - čidlo hladiny vody (připojuje se k řídicí jednotce);
  • g - filtr pro separaci vody;
  • h je dodávka energie dodávané elektrodám;
  • i - snímač tlaku (vyšle signál do řídicí jednotky při dosažení prahové úrovně);
  • j - pojistný ventil;
  • k - výstup plynu z pojistného ventilu.

Charakteristickým znakem těchto zařízení je použití elektrodových bloků, protože separace vodíku a kyslíku není nutná. To umožňuje, aby byly generátory spíše kompaktní.

Bloky elektrod pro zařízení, které vyrábí hnědý plyn

Aplikace generátoru vodíku

Vzhledem k problémům spojeným s dopravou a skladováním vodíku jsou taková zařízení v průmyslu, kde přítomnost tohoto plynu vyžaduje výrobní cyklus. Uvádíme hlavní směry:

  1. Výroba spojená se syntézou chlorovodíku.
  2. Výroba paliv pro raketové motory.
  3. Vytváření hnojiv.
  4. Výroba nitridu vodíku (amoniak).
  5. Syntéza kyseliny dusičné.
  6. V potravinářském průmyslu (pro výrobu tuhých tuků z rostlinných olejů).
  7. Zpracování kovů (svařování a řezání).
  8. Obnova kovů.
  9. Syntéza methylalkoholu
  10. Výroba kyseliny chlorovodíkové.
Hlavní aplikace generátorů vodíku v průmyslu

Navzdory skutečnosti, že výroba vodíku v procesu rafinace ropy je levnější než jeho výroba elektrolýzou, jak již bylo zmíněno výše, existují problémy s přepravou plynu. Stavba nebezpečné chemické výroby přímo u ropných rafinérií ne vždy umožňuje ekologickou situaci. Kromě toho je vodík získaný elektrolýzou mnohem čistší než při krakování olejem. Průmyslové vodíkové generátory jsou v tomto ohledu vždy vysoké.

Použití v domácnosti

V každodenním životě je také použití vodíku. Jedná se především o autonomní systémy vytápění. Ale tady jsou některé rysy. Zařízení pro výrobu čistého vodíku jsou mnohem dražší než plynové generátory Brown, přičemž tyto mohou být dokonce sestaveny nezávisle. Při organizaci domácího vytápění je však třeba vzít v úvahu, že teplota hoření hnědého plynu je výrazně vyšší než teplota metanu, takže je zapotřebí speciální kotel, který je poněkud dražší než obvykle.

Kotel musí být označen

Na internetu můžete najít poměrně málo článků, ve kterých je napsáno, že obyčejné kotle mohou být použity pro výbuch plynu, je to naprosto nemožné. V nejlepším případě rychle selžou a v nejhorším případě mohou způsobit smutné nebo dokonce tragické následky. Pro směs Brown jsou k dispozici speciální konstrukce s více tepelně odolnou tryskou.

Je třeba poznamenat, že ziskovost topných systémů na bázi vodíkových generátorů je vzhledem k nízké účinnosti velmi pochybná. V takovýchto systémech dochází k dvojím ztrátám, nejprve v procesu výroby plynu a za druhé, když je voda ohřívána v kotli. Pro vytápění je levnější ohřívat vodu v elektrickém kotli.

Neméně kontroverzní implementace pro domácí použití, ve které hnědý plyn obohacuje benzín v palivovém systému motorového vozidla, aby ušetřil.

Využití DNA generátoru v automobilech

Legenda:

  • a je generátorem nevládních organizací (přijaté označení pro Brownův plyn);
  • b - odstranění plynu do sušící komory;
  • c - oddělení pro odstraňování vodní páry;
  • d - návrat kondenzátu do generátoru;
  • e - přívod suchého plynu do vzduchového filtru palivového systému;
  • f - motor automobilu;
  • g - připojení k akumulátoru a elektrickému generátoru.

Je třeba poznamenat, že v některých případech takový systém funguje (pokud je správně sestaven). Nenajdete však přesné parametry, faktor zisku, procento úspor. Tyto údaje jsou silně rozmazané a jejich důvěryhodnost je sporná. Otázkou opět není jasné, jak moc se motorový zdroj sníží.

Poptávka však vytváří nabídku, na internetu naleznete podrobné výkresy těchto zařízení a pokyny pro jejich připojení. Tam jsou ready-made modely vyrobené v zemi vycházejícího slunce.

Udělat to nejjednodušší generátor vodíku to udělejte krok za krokem

Řekněme vám, jak můžete vyrobit domácí generátor pro výrobu směsi vodíku a kyslíku (NNO). Jeho kapacita pro vytápění domácností nestačí, ale pro plynový hořák na řezání kovu bude dostatečné množství vyrobeného plynu.

Obr. 8. Schéma plynového hořáku

Legenda:

  • - tryska hořáku;
  • b - trubky;
  • c - vodní brány;
  • d je voda;
  • e - elektrody;
  • f - uzavřený kryt.

Nejdříve děláme elektrolyzér, protože potřebujeme vzduchotěsnou nádobu a elektrody. Jako poslední používáme ocelové desky (volíme jejich velikost libovolně, v závislosti na požadovaném výkonu) připojené k dielektrické základně. Spojíme navzájem všechny desky každé z elektrod.

Když jsou elektrody připraveny, měly by být upevněny v nádrži tak, aby místa, kde jsou připojeny napájecí vodiče, byla nad očekávanou hladinou vody. Vodiče z elektrod jdou do 12 voltového zdroje nebo autobaterie.

Ve víku nádrže vytvoříme otvor pod trubkou pro výstup plynu. Jako vodní uzávěry můžete použít obvyklé skleněné nádoby o objemu 1 litr. Naplňte je do 2/3 vodou a připojte k elektrolyzéru a hořáku, jak ukazuje obrázek 8.

Hořák je lepší připravit, protože ne každý materiál vydrží teplotu hoření Brownova plynu. Připojíme ji k výstupu poslední vodní brány.

Elektrolyzér naplníme vodou, do které se přidá obvyklá kuchyňská sůl.

Na elektrody aplikujeme napětí a kontrolujeme činnost zařízení.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář