Производство водорода электролизом

Содержание

Что такое электролизер, его принцип работы, конструкция и виды

Производство водорода электролизом

Электролиз широко используется в производственной сфере, например, для получения алюминия (аппараты с обожженными анодами РА-300, РА-400, РА-550 и т.д.) или хлора (промышленные установки Asahi Kasei).

В быту этот электрохимический процесс применялся значительно реже, в качестве примера можно привести электролизер для бассейна Intellichlor или плазменный сварочный аппарат Star 7000.

Увеличение стоимости топлива, тарифов на газ и отопление в корне поменяли ситуацию, сделав популярной идею электролиза воды в домашних условиях.

Рассмотрим, что представляют собой устройства для расщепления воды (электролизеры), и какова их конструкция, а также, как сделать простой аппарат своими руками.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м3/ч).

Промышленная стационарная электролизная установка, вырабатывающая 40 м3 водорода в час (СЭУ-40)

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:

  1. Уровень напряжения (минимального электродного потенциала), оно должно быть от 1,8 до 2 вольт, меньшее значение «не запустит» процесс, а большее приводит к чрезмерному расходу энергии, идущей на нагрев электролита. Если в качестве источника используется блок питания, например, на 14 вольт имеет смысл разделить емкость ванны пластинами на 7 ячеек, в соответствии с рисунком 2.Рис 2. Расположение пластин в ванне электролизера

Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

  1. Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
  2. Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
  3. Концентрация электролита и его тепловой баланс.
  4. Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
  5. Применение катализаторов процесса и т.д.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).

А) Установка прямого электролиза воды (УПЭВ); Б) анализатор качества воды Tesp 001

Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Устройство и подробный принцип работы

Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения.

Это несколько упрощает конструкцию.

В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.

Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.

Рисунок 4. Конструкция простого электролизера

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».

Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

  • входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
  • в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
  • электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам).

Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату.

На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Конструкция диафрагменного электролизера

Пояснение:

  1. Выход для кислорода.
  2. U-образная колба.
  3. Выход для водорода.
  4. Анод.
  5. Катод.
  6. Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

  1. Можно использовать железные электроды.
  2. Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр.

Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока.

Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.

Рис. 8. Устройство водородной горелки

Пояснение:

  1. Сопло горелки.
  2. Резиновые трубки.
  3. Второй водяной затвор.
  4. Первый водяной затвор.
  5. Анод.
  6. Катод.
  7. Электроды.
  8. Ванна электролизера.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.

Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

  • Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
  • Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
  • Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
  • Конденсаторы: 0,5 мкФ.
  • Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
  • Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
  • PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Читайте также  Правильная последовательность производства меди

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания.

Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна.

Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии.

Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему.

Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда.

Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия),  Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-elektrolizer-i-kak-ego-sdelat-svoimi-rukami.html

Способы получения водорода в промышленности, лаборатории и в домашних условиях

Водород – это самый легкий газ среди всех известных газообразных веществ. В таблице Менделеева стоит на первом месте и обозначается химическим символом H (лат. hydrogenium).

Во Вселенной – наиболее распространенный химический элемент (90% массы Солнца – водород). Он находится в воде, минералах, горных породах, природном газе и нефти. В обычных условиях атомы водорода соединены попарно.

Образование молекул простого вещества H2 сопровождается выделением энергии. Масса молекулы водорода равна двум углеродным единицам. Более легкого простого вещества в природе нет.

Используется в основном в химической, пищевой и авиационной промышленности; как ракетное топливо в космонавтике (сжиженный водород); при гидрокрекинге и гидроочистке нефтепродуктов; для сварки тугоплавких металлов.

На сегодняшний день существует ряд способов, как можно получить водород. Более подробно мы рассмотрим их ниже, но для начала познакомимся ближе со свойствами водорода.

Физические и химические свойства водорода

Первым получение водорода описал британский физик и химик Генри Кавендиш еще в 18-м веке. Водород сам по себе это бесцветный газ, не обладающий запахом. В смеси с воздухом или кислородом становится взрывоопасным. Является нетоксичным. Температура t кипения- 252,6С, t плавления — 259,1С.

Жидкий водород обладает небольшой массой и хорошей текучестью. В соединении с кислородом получается вода, в процессе реакции происходит выделение тепла 143,3 МДж/кг (при 25С и 0,1 МПа); при температуре 550С и больше процесс приводит к взрыву.

При контакте с фтором и хлором реакции также проходят со взрывом. В свободном состоянии встречается крайне редко, в основном в соединениях с другими химическими элементами, к примеру: вода Н2О, аммиак NH3, сероводород Н2S, метан CH4, и пр.

Молекулярный водород иногда выделяется из недр земли, его обнаруживают в вулканических газах.

Добыча водорода также производится при высокотемпературном воздействии на дерево и уголь, а также при переработке биологических отходов (биомассы: навоза, сена, водорослей и прочих отходов сельского хозяйства), в этом случае получается т.н. биоводород.

Получение водорода в промышленности

Рассмотрим реакции, положенные в основу производства водорода в промышленности:

Промышленное производство водорода (мощности завода Siemens)

1. Извлечение водорода из коксового газа (образующегося при коксовании углей).

Производится путем глубокого охлаждения, при котором происходит сжижение всех газов, кроме водорода (его температура сжижения значительно ниже).

Аналогично получение водорода из газов переработки нефти.

Процесс состоит из нескольких этапов:

  • коксовый газ проходит очистку (от сероводорода, окислов азота, нафталина, и др.);
  • сжатие газа;
  • выполняется первое охлаждение до -45° С;
  • производится глубокое охлаждение.

Во время охлаждения из коксового газа конденсируются компоненты, которые отводятся в жидком состоянии. Для более качественной очистки газа от остатков СО, СН4 и кислорода газ пропускается через жидкий азот.

2. Электрохимический метод – электролиз воды. Под действием постоянного электрического тока вода (либо водный солевой раствор) распадается на кислород и водород, чистота получаемого водорода – 99,8%.

Особенностью и недостатком этого метода является большой расход электроэнергии, требуемой для прохождения реакции. В промышленности используется специальный прибор для получения водорода, который называется электролизер.

3.

Получение водорода из природного газа
Способ конверсии природного газа с водяным паром основан на том, что природный газ (точнее, его компонент метан) вместе с катализатором смешивается с водяным паром, разогретым до температуры 800-900°С. Также получение водорода из углеводородных газов может осуществляться путем окисления кислородом (с катализатором).

4. Крекинг углеводородов. Крекинг (расщепление) происходит в процессе нагрева газа до температур выше 1000 градусов по шкале Цельсия. В результате чего выделяется водород и углерод.

5.

Способ газификации угля
Заключается способ в том, что происходит нагревание угля вместе с водяным паром до температур от 850 до 1300°С, причем процесс идет без доступа воздуха.

 Недостатком способа является необходимость угля для протекания процесса. Также в процессе переработки выделяется большое количество углекислого газа, пагубно влияющего на окружающую среду.

Получение водорода в лаборатории

В основном водород в лабораторных условиях получают путем электролиза водных растворов, к примеру KOH. Электроды изготавливаются из листового никеля (т.к. он устойчив к коррозии в щелочном растворе). Электролитический водород отличается особой частотой. Ниже рассмотрим реакции получения.

  1. При воздействии кислот на металлы. Как правило, используется цинк в гранулах и 10-20% раствор серной (либо соляной) кислоты. Сам процесс происходит в аппарате Киппа. Кислота заливает цинк и происходит реакция замещения, выделяется молекулярный водород. Аппарат Киппа позволяет прерывать, либо возобновлять реакцию по мере необходимости. Можно брать вместо цинка железо (к примеру, в виде стружки), либо другие металлы.
  2. Реакция кальция с водой.
  3. Взаимодействие натрия и воды
  4. Алюминий либо кремний (реакция растворения в едкой щёлочи)
  5. При гидролизе ионных гидридов металла
  6. Реакция водяного пара с фосфором (фиолетовым).

Получение водорода в домашних условиях

Важно! Проводя домашние эксперименты всегда нужно помнить о правилах техники безопасности. Необходимо следить за тем, чтобы реактивы не попадали на лицо, руки и одежду.

Всегда одевайте защитные очки при проведении экспериментов и не забывайте обеспечивать достаточную вентиляцию в помещении.

При проведении опытов пользуйтесь термостойкими толстостенными стеклянными либо фарфоровыми емкостями. Ниже опишем несколько простых способов.

Из цинка и соляной кислоты

Рассмотрим простейший способ извлечения водорода при взаимодействии цинка и соляной кислоты. Для опыта нам понадобится пробирка с газоотводной трубкой.

Поместим в пробирку несколько кусочков цинка и добавим соляную кислоту. В процессе реакции цинк вытесняет водород из кислоты, как и все активные металлы. Чтобы собрать выделяемый водород нужно взять еще одну пробирку и поместить в нее газоотводную трубку.

Заметим, что нужно обязательно перевернуть пробирку вверх дном ввиду того, что водород гораздо легче воздуха и поднимается вверх. В пробирке начинает накапливаться водород. Важно понимать, что в пробирке также присутствует и кислород, а вместе эти два газа представляют собой взрывоопасную смесь.

Поэтому следует позаботиться и о технике безопасности.

Методом электролиза

Рассмотрим метод как из обычной воды можно получить водород в домашних условиях. Выделение водорода происходит путем электролиза (разложением воды электрическим током).

В стеклянную емкость помещаются на некотором расстоянии друг от друга электроды, заливается (к примеру, раствор воды и поваренной соли, для увеличения электропроводности) и подключается электрический ток 12 В.

Под его воздействием на электродах выделяются газы. На положительном – кислород, на отрицательном – водород, причем его объем в два раза превышает объем кислорода. Электролитический водород отличается особой частотой.

Чтобы распознать чистоту водорода достаточно поднести к колбе с газом зажженную спичку, если раздастся глухой хлопок – значит водород без примесей.

На сегодняшний день, если есть необходимость в домашней «добыче», существуют компактные приборы для получения водорода, так называемые водородные генераторы. Один недостаток – это стоимость. Но если цена кусается, в сети можно найти достаточно примеров и чертежей небольшого самодельного электролизера.

Источник: https://energosector.com/alternativnaya-energetika/poluchenie-vodoroda

Электролизер

> Теория > Электролизер

Электролиз – химико-физическое явление по разложению веществ на компоненты посредством электротока, которое широко применяется в производственных целях. На основе этой реакции изготавливаются агрегаты для получения, например, хлора или цветных металлов.

Электролизная установка, состоящая из пластин

Постоянный рост цен на энергетические ресурсы сделал популярными электролизные установки бытового назначения. Что представляют собой такие конструкции, и как их изготовить дома?

Общая информация об электролизере

Электролизная установка – устройство для электролиза, требующее внешний энергоисточник, конструктивно состоящее из нескольких электродов, которые помещены в заполненную электролитом емкость. Также такая установка может называться устройством для расщепления воды.

В подобных агрегатах основным техническим параметром является производительность, которая означает объем вырабатываемого водорода за час и измеряется в м³/ч. Стационарные агрегаты несут этот параметр в наименовании модели, например, мембранная установка СЭУ-40 вырабатывает за час 40 куб. м водорода.

Читайте также  Прокатный стан для производства профнастила

Внешний вид стационарного промышленного агрегата СЭУ-40

Прочие характеристики таких устройств полностью зависят от целевого назначения и вида установок. Например, при осуществлении электролиза воды КПД агрегата зависит от нижеследующих параметров:

  1. Уровень наименьшего электродного потенциала (электронапряжения). Для нормального функционирования агрегата эта характеристика должна находиться в диапазоне 1,8-2 В на одну пластину. Если источник электропитания имеет напряжение в 14 В, то емкость электролизера с электролитным раствором имеет смысл разделить листами на 7 ячеек. Подобная установка называется сухим электролизером. Меньшее значение не запустит электролиз, а большее – сильно увеличит расход энергии;

Размещение пластин в ванне электролизной установки

  1. Чем меньше будет расстояние между пластиночными компонентами, тем меньше будет сопротивление, что при прохождении большого тока приведет к увеличению выработки газового вещества;
  2. Площадь поверхности пластин напрямую оказывает влияние на производительность;
  3. Тепловой баланс и степень концентрации электролита;
  4. Материал электродных элементов. Золото является дорогим, но идеальным материалом для применения в электролизерах. Из-за его дороговизны часто применяют нержавеющую сталь.

Важно! В конструкциях другого типа значения будут иметь иные параметры.

Установки для электролиза воды могут также использоваться для таких целей, как обеззараживание, очистка и оценка качества воды.

Принцип работы и виды электролизера

Самое простое устройство имеют электролизеры, которые расщепляют воду на кислород и водород. Они состоят из емкости с электролитом, в которую помещаются электроды, подключенные к энергоисточнику.

Конструкция простейшей электролизной установки

Принцип работы электролизной установки заключается в том, что электроток, который проходит через электролит, имеет напряжение, достаточное для разложения воды на молекулы. Результат процесса – анод выделяет одну часть кислорода, а катод производит две части водорода.

Сухой тип

Такие электролизеры имеют самую простую конструкцию (картинка выше). Им присуща особенность, которая заключается в том, что манипуляция с числом ячеек дает возможность запитать агрегат от источника с любым напряжением.

Проточный тип

Эти установки имеют в своей конструкции полностью залитую электролитом ванну с электродными элементами и баком.

Устройство простого электролизера проточного типа, где А – ванна с электродами, D – бак, В, Е – трубки, С – выходной клапан

Принцип работы проточной электролизной установки нижеследующий (по картинке выше):

  • при протекании электролиза электролит вместе с газом через трубу «В» выдавливается в бак «D»;
  • в емкости «D» протекает процесс по отделению газа от электролита;
  • газ выходит через клапан «С»;
  • электролитный раствор возвращается через трубку «Е» в ванну «А».

Интересно знать. Такой принцип работы настроен в некоторых сварочных аппаратах – горение выделяемого газа позволяет сваривать элементы.

Мембранный тип

Электролизная установка мембранного типа имеет схожую конструкцию с другими электролизерами, однако в качестве электролита выступает твердое вещество на полимерной основе, которое именуется мембраной.

Конструкция мембранного электролизера

Мембрана в таких агрегатах имеет двойное назначение – перенос ионов и протонов, разделение электродов и продуктов электролиза.

Диафрагменный тип

Когда одно вещество не может проникать и влиять на другое, применяют пористую диафрагму, которая может изготавливаться из стекла, полимерных волокон, керамики либо асбестового материала.

Устройство диафрагменного электролизера, где 1 – выход для кислорода, 2 – колба, 3 – выход для водорода, 4 – анод, 5 – катод, 6 – диафрагма

Щелочной тип

Протекать электролиз в дистиллированной воде не может. В таких случаях необходимо использовать катализаторы, которыми выступают щелочные растворы высокой концентрации. Соответственно, основную часть электролизных устройств можно назвать щелочными.

Важно! Стоит отметить, что использование соли в качестве катализатора вредно, так как при протекании реакции выделяется газообразный хлор. Идеальным катализатором может выступать гидроксид натрия, который не разъедает железные электроды и не способствует выделению вредных веществ.

Самостоятельное изготовление электролизера

Водородный генератор для отопления частного дома

Изготовить электролизер своими руками может каждый человек. Для процесса сборки самой простой конструкции потребуются нижеследующие материалы:

  • лист нержавейки (идеальные варианты – зарубежная AISI 316L или отечественная 03Х16Н15М3);
  • болты М6х150;
  • шайбы и гайки;
  • прозрачная трубка – можно применять водяной уровень, который используется в строительных целях;
  • несколько штуцеров типа «елочка» с внешним диаметром 8 мм;
  • контейнер из пластика объемом 1,5 л;
  • небольшой фильтрующий проточную воду фильтр, например, фильтр для стиральных машин;
  • обратный водный клапан.

Процесс сборки

Собирать электролизер своими руками следует по следующей инструкции:

  1. Первым делом необходимо осуществить разметку и дальнейшую распилку листа нержавейки на равные квадраты. Распилка может осуществляться угловой шлифовальной машинкой (болгаркой). Один из уголков в таких квадратах должен быть спилен под углом для верного скрепления пластин;
  2. Далее потребуется просверлить отверстие для болта на противоположной от углового спила стороне пластины;
  3. Соединение пластин необходимо производить поочередно: одна пластина на «+», следующая на «-» и так далее;
  4. Между разно заряженными пластинами должен находиться изолятор, которым выступает трубка от водяного уровня. Ее необходимо разрезать на кольца, какие следует разрезать вдоль для получения полосок толщиной 1 мм. Такого расстояния между пластин достаточно для эффективного выделения газа при электролизе;
  5. Скрепление пластин вместе осуществляется посредством шайб следующим образом: на болт насаживается шайба, потом – пластина, далее – три шайбы, после – пластина и так далее. Пластины, положительно заряженные, располагаются зеркально отрицательно заряженных листов. Это позволяет не допустить задевание электродов спиленными краями;

Собранные вместе пластины электролизной установки

  1. Собирая пластины, следует сразу выполнять их изоляцию и затяжку гаек;
  2. Также каждую пластину нужно прозвонить для того, чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания;
  3. Далее всю сборку требуется поместить в бокс из пластика;
  4. После этого надо отметить места касания болтов о стенки контейнера, где и просверлить два отверстия. Если болты не влезают в емкость, то их необходимо подрезать ножовкой;
  5. Далее болты затягиваются гайками и шайбами для герметичности конструкции;

Пластины, помещенные в пластиковый контейнер

  1. После проделанных манипуляций потребуется сделать отверстия в крышке контейнера и вставить в них штуцера. Герметичность в данном случае можно обеспечить посредством промазки швов герметиками на основе силикона;
  2. Защитный клапан и фильтр в конструкции располагаются на выходе газа и служат средством контроля чрезмерного его скопления, которое может привести к плачевным последствиям;
  3. Электролизная установка собрана.

Заключительный этап – тестирование, которое осуществляется таким образом:

  • заполнение водой емкости до уровня крепежных болтов;
  • подключение питания к прибору;
  • подключение к штуцеру трубки, противоположный конец которой опускается в воду.

Если будет подан на установку слабый ток, то выпускание газа через трубку будет почти незаметно, однако внутри электролизера его можно будет наблюдать. Повышая электрический ток, добавляя щелочной катализатор в воду, можно существенно увеличить выход газового вещества.

Изготовленный электролизер может выступать составной частью многих устройств, например, водородной горелки.

Внешний вид водородной горелки, основой которой является собственноручно изготовленный электролизер

Зная типы, основные характеристики, устройство и принцип работы электролизных установок, можно осуществить правильную сборку самодельной конструкции, которые будет являться незаменимым помощником в различных бытовых ситуациях: от сварки и экономии расхода топлива автотранспорта до работы систем отопления.

Генератор на неодимовых магнитах

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/ehlektrolizer.html

Получение водорода в промышленных и домашних условиях

Развитие водородной энергетики связано с универсальностью применения этого элемента в качестве энергоносителя, неограниченностью его запасов, экологичностью технологий и увеличением показателей качества работы энергетических систем. Главной задачей сейчас является повышение экономичности добыча водорода: пока оно дороже, чем применение природного газа в энергетике.

Водород – газообразный элемент без цвета и запаха с плотностью 1/14 по отношению к воздуху. В свободном состоянии он встречается редко. Обычно водород соединен с другими химическими элементами: кислородом, углеродом.

Получение водорода для промышленных нужд и энергетики проводится несколькими методами. Самыми популярными считаются:

  • электролиз воды;
  • метод концентрирования;
  • низкотемпературная конденсация;
  • адсорбция.

Выделить водород можно не только из газовых или водных соединений. Добыча водорода производится при воздействии на дерево и уголь высокими температурами, а также при переработке биоотходов.

Атомный водород для энергетики получают, используя методику термической диссоциации молекулярного вещества на проволоке из платины, вольфрама либо палладия. Ее нагревают в водородной среде под давлением менее 1,33 Па. А также для получения водорода используются радиоактивные элементы.

Термическая диссоциация

Электролизный метод

Наиболее простым и популярным методом выделения водорода считается электролиз воды. Он допускает получение практически чистого водорода. Другими преимуществами этого способа считаются:

Принцип действия электролизного генератора водорода

  • доступность сырья;
  • получение элемента под давлением;
  • возможность автоматизации процесса из-за отсутствия движущихся частей.

Процедура расщепления жидкости электролизом обратен горению водорода. Его суть в том, что под воздействием постоянного тока на электродах, опущенных в водный раствор электролита, выделяются кислород и водород.

Дополнительным преимуществом считается получение побочных продуктов, обладающих промышленной ценностью.

Так, кислород в большом объеме необходим для катализации технологических процессов в энергетике, очистки почвы и водоемов, утилизации бытовых отходов.

Тяжелая вода, получаемая при электролизе, в энергетике используется в атомных реакторах.

Получение водорода концентрированием

Этот способ основан на выделении элемента из содержащих его газовых смесей. Так, наибольшая часть производимого в промышленных объемах вещества, извлекается с помощью паровой конверсии метана.

Добытый в этом процессе, водород используют в энергетике, в нефтеочистительной, ракетостроительной индустрии, а также для производства азотных удобрений.

 Процесс получения H2 осуществляют разными способами:

  • короткоцикловым;
  • криогенным;
  • мембранным.

Последний способ считается наиболее эффективным и менее затратным.

Читайте также  Оборудования для производства топливных брикетов

Конденсация под действием низких температур

Эта методика получения H2 заключается в сильном охлаждении газовых соединений под давлением. В результате они трансформируются в двухфазную систему, которая впоследствии разделяется сепаратором на жидкое составляющее и газ. Для охлаждения применяют жидкие среды:

  • воду;
  • сжиженный этан или пропан;
  • жидкий аммиак.

Эта процедура не так проста, как кажется. Чисто разделить углеводородные газы за один раз не получится. Часть компонентов уйдет с газом, забираемым из сепарационного отсека, что не экономично. Решить проблему можно глубоким охлаждением сырья перед сепарацией. Но это требует больших энергозатрат.

В современных системах низкотемпературных конденсаторов дополнительно предусмотрены колонны деметанизации либо деэтанизации. Газовую фазу выводят с последней сепарационной ступени, а жидкость направляется в ректификационную колонну с потоком сырого газа после теплообмена.

Способ адсорбции

Во время адсорбции для выделения водорода используют адсорбенты – твердые вещества, поглощающие необходимые компоненты газовой смеси.

В качестве адсорбентов применяют активированный уголь, силикатный гель, цеолиты. Для осуществления этого процесса применяют специальные аппараты – циклические адсорберы или молекулярные сита.

При реализации под давлением этот метод позволяет извлекать 85-процентный водород.

Если сравнивать адсорбцию с низкотемпературной конденсацией, можно отметить меньшую материальную и эксплуатационную затратность процесса – в среднем, на 30 процентов.

Методом адсорбции производят водород для энергетики и с применением растворителей.

Такой способ допускает извлечение 90 процентов H2 из газовой смеси и получение конечного продукта с концентрацией водорода до 99,9%.

Добыча водорода в условиях домашнего хозяйства

Высокотемпературные методы производства водорода в домашних условиях неприменимы. Здесь чаще всего используют электролиз воды.

Выбор электролизера

Для получения элемента дома необходим специальный аппарат – электролизер. Вариантов такого оборудования на рынке много, аппараты предлагают как известные технологические корпорации, так и мелкие производители. Брендовые агрегаты дороже, но качество их сборки выше.

Домашний прибор отличается малыми габаритами и легкостью в эксплуатации. Основными деталями его являются:

Электролизер — что это

  • риформер;
  • система очистки;
  • топливные элементы;
  • компрессорное оборудование;
  • емкость для хранения водорода.

В качестве сырья берется простая вода из-под крана, а электричество идет из обычной розетки. Сэкономить на электроэнергии позволяют агрегаты на солнечных батареях.

«Домашний» водород применяют в системах отопления или приготовления пищи. А также им обогащают бензовоздушную смесь, чтобы повысить мощность двигателей автомобиля.

Изготовление аппарата своими руками

Еще дешевле сделать прибор самому в домашних условиях. Сухой электролизер выглядит как герметичный контейнер, который представляет собой две электродные пластины в емкости с электролитическим раствором. Во Всемирной сети предлагаются разнообразные схемы сборки аппаратов разных моделей:

  • с двумя фильтрами;
  • с верхним либо нижним расположением контейнера;
  • с двумя или тремя клапанами;
  • с оцинкованной платой;
  • на электродах.

Схема устройства электролиза

Простой прибор для получения водорода создать несложно. Для него потребуются:

  • листовая нержавеющая сталь;
  • прозрачная трубка;
  • штуцеры;
  • пластиковая емкость (1,5 л);
  • водяной фильтр и обратный клапан.

Устройство простого прибора для получения водорода

Помимо этого, нужны будут различные метизы: гайки, шайбы, болты. Первым делом нужно распилить лист на 16 квадратных отсеков, у каждого из них спилить угол. В противоположном от него углу требуется высверлить отверстие для болтового крепления пластин.

Для обеспечения постоянного тока пластины нужно подключать по схеме: плюс–минус–плюс–минус. Изолируют эти детали друг от друга с помощью трубки, а на соединении болтом и шайбами (по три штуки между пластинками). На плюс и минус насаживают по 8 пластин.

При правильной сборке ребра пластинок не будут задевать электроды. Собранные детали опускают в емкость из пластика. В месте касания стенок болтами делают два установочных отверстия. Устанавливают защитный клапан для удаления избытка газа. В крышку контейнера монтируют штуцеры и герметизируют швы силиконом.

Тестирование аппарата

Чтобы протестировать аппарат, выполняют несколько действий:

Схема получения водорода

  1. Наполняют жидкостью.
  2. Прикрыв крышкой, соединяют один конец трубки со штуцером.
  3. Второй опускают в воду.
  4. Подключают к источнику питания.

После включения прибора в розетку через несколько секунд будет заметен процесс электролиза и выпадение осадка.

Чистая вода не обладает хорошей электропроводностью. Для улучшения этого показателя нужно создать электролитический раствор, добавив щелочь – гидроксид натрия. Он есть в составах для очищения труб наподобие «Крота».

Правила техники безопасности

Получение водорода в домашних условиях возможно лишь при ответственном подходе к работе. Этот газ способен легко загореться или взорваться, особенно при использовании аппаратов, собранных своими руками.

Чтобы избежать утечек, перед процедурой электролиза следует проверить герметичность всех частей электролизера:

Техника безопасности при работе с водородом

Небезопасными могут быть и покупные аппараты, особенно неизвестных производителей. Брак может случиться и у самых известных брендов, но риск этого намного меньше – там продукцию тщательно проверяют.

В промышленности добыча водорода необходима для энергетики, например, на нем работают такие энергоисточники, как высокотемпературные реакторы с гелиевым теплоносителем.

Применяют элемент и в производстве пластиков, синтетических волокон, извести и цемента, листового стекла.

В домашних условиях его используют для отопления помещений и снижения расходов автомобильного топлива.

по теме: Водород — открытие, получение, применение

Источник: https://promzn.ru/drugoe-proizvodstvo/poluchenie-vodoroda.html

Производство водорода

Современное производство водорода в промышленных масштабах становится неотъемлемой части промышленности. Оно используется в водородной энергетике.

Особенностью данного соединения выступает необходимость его получения в чистом виде искусственным путем, по причине того, что в чистом виде водород неустойчив и практически в природе не встречается.

Водород активно применяется в химической промышленности при получении аммиака, метанола, мыла, пластмасс; в пищевой промышленности при производстве маргарина из жидких растительных масел; в авиационной промышленности.

Технология производства водорода + видео как получают

Технология производства водорода включает в себя несколько типов способов получения водорода. Данное обстоятельство делает производство водорода выгодным мероприятием, поскольку так снижается зависимость от видов сырья и повышается энергетическая безопасность.

Водород можно получить следующими способами – паровой конверсией метана и природного газа, газификацией угля, электролизом воды, пиролизом, путем частичного окисления, с помощью биотехнологий, добычи глубинных газов планеты.

В целом, основной проблемой водородного производства является отсутствие спроса и инфраструктуры, поскольку нет водородных автомобилей. Также в долгосрочной перспективе данное производство планируется базировать на использовании возобновляемых ресурсов.

На сегодняшний день самой дешевой технологией производства водорода принято считать паровую конверсию.

Производство может быть организовано и на частном предприятии и на крупном предприятии. В условиях большого производственного предприятия снижается себестоимость производства, однако повышаются расходы на доставку водорода к специальным водородным заправочным станциям.

Технология производства с помощью паровой конверсии состоит в том, что водяной пар смешивается с метаном под высоким давлением с использованием катализатора и при температуре от семисот до одной тысячи градусов по Цельсию.

Технология получения из угля состоит из процесса нагрева угля при температуре в восемьсот – тысячу триста градусов по Цельсию, при этом перекрывается доступ кислорода.

Технология получения биоводорода предполагает применение термохимического или биохимического способа.

Термохимический способ предполагает нагревание биомассы без доступа кислорода до температуры в пятьсот-восемьсот градусов по Цельсию.

Биохимический процесс предполагает использование специальных бактерий при температуре в тридцать градусов по Цельсию при нормальном атмосферном давлении.

Также современные технологии и оборудование позволяют получать водород из мусора, при химической реакции воды с металлами, и использовать водоросли. Портативные или домашние установки позволяют получать водород путем переработки природного газа или электролиза воды.

Технология электролиза позволяет получать водород и кислород из воды. Чистота выхода продукции достигается почти ста процентов, благодаря специальному оборудованию по очистке получаемого водорода.

Такие установки безопасны для окружающей среды, поскольку в результате реакции в атмосферу выделяется только кислород с небольшой примесью водород и пар воды. Система безопасности оснащена специальными датчиками и системами, которые переводят оборудование в режим ожидания, если обнаруживается ошибка в работе системы установки.

Или же прекращает подачу электроэнергии. Особенности работы каждой установки зависят от размеров самого аппарата и других факторов.

как получают (делают):

Крупнейшими производителями водорода считаются следующие компании и организации: Air Liquide, Linde A,G Praxair.

Оборудование для производства водорода

Оборудование для производства водорода выпускается различными компаниями. Их комплектация и оснащение зависит от сырья, которое будет использоваться для производства водорода, объемов производства и ряда других факторов.

Некоторые установки могут состоять из следующих элементов – генератора водорода, блока питания и управления, системы удаленного контроля, соединительных кабелей.

Также могут идти в комплекте газоанализаторы водорода в атмосфере и кислороде, источник бесперебойного питания, системы очистки водорода, защитный герметичный корпус, установки для очистки воды обратным способом, холодильники для охлаждения газов.

Компактное оборудование может комплектоваться следующими агрегатами – водородный генератор и периферийное оборудование – системы для охлаждения электролита и газов, очистки подаваемой воды и системы очистки получаемого водорода.

Оно по стандарту выпускается контейнерным типом. Кроме целых систем, в линию производства могут добавляться отдельные элементы, которые повышают те или иные параметры линии – производительность, безопасность, давление.

Такой подход позволяет повысить производительность линии и снизить себестоимость получения продукции.

Оборудование многих компаний может гарантировать следующие преимущества своего оборудования: низкий уровень потребления электроэнергии; оптимальные показатели пуска и регулирования производительности установки, качественные современные материалы, обеспечивающие не только долгий срок эксплуатации, но и безвредность работы установки; отсутствие токсичных и опасных материалов в установках; автоматизированное управление, снижающее затраты на обслуживание установки; возможность управления работой установленного оборудования посредством персонального компьютера из диспетчерского пункта; все оборудование имеет необходимую сертификацию и соответствующие документы, подтверждающие качество и надежность.

Источник: https://moybiznes.org/proizvodstvo-vodoroda

Понравилась статья? Поделить с друзьями: