Получаване на водороден газ от вода чрез електролиза

Електролизатор

Електролизата е химико-физичен феномен на разлагането на веществата на елементи с помощта на електрически ток, който се използва навсякъде за промишлени цели. Въз основа на тази реакция се правят агрегати, за да се получат например хлор или цветни метали.

Инсталация за електролиза, която се състои от плочи

Постоянният растеж на цените на енергийните ресурси направи търсенето на йонни инсталации за домашна употреба. Какви са такива структури и как да ги направите у дома?

Обща информация за електролизатора

Електролизна инсталация е устройство за електролиза, което изисква външен енергиен източник, който структурно се състои от няколко електрода, които се поставят в контейнер, пълен с електролит. Също така тази инсталация може да се нарече устройство за разделяне на вода.

В подобни единици производителността се счита за ключов технически параметър, което означава обемът на произведения водород на час и се измерва в m3 / h. Стационарните блокове носят такъв параметър в името на модела, например, мембранният блок SEU-40 образува 40 кубически метра на час. m водород.

външен изглед на стационарната индустриална единица SEU-40

Други характеристики на такива устройства напълно зависят от предназначението и вида на инсталацията. Например, когато се извършва електролиза на водата, ефективността на устройството зависи от следните показатели:

1. Нивото на най-ниския електроден потенциал (напрежение). За доброто функциониране на уреда тази характеристика трябва да бъде в диапазона от 1,8-2 V на плоча. Ако захранването има напрежение 14 V, тогава капацитетът на електролитната клетка с електролитния разтвор има смисъл да се разделят листите на 7 клетки. Подобна инсталация се нарича суха клетка. По-малка стойност няма да започне електролиза, а по-голяма стойност значително ще увеличи консумацията на енергия;

Подреждане на плочи в банята на електролиза

1. Колкото по-малко е разстоянието между елементите на плочата, толкова по-малко ще бъде съпротивлението, което при преминаване на голям ток води до увеличаване на производството на газообразно вещество;
2. Повърхността на плочите влияе пряко върху производителността;
3. Топлинен баланс и степен на концентрация на електролит;
4. Материал на електродните компоненти. Златото се счита за скъп, но прекрасен материал за използване в електролитни клетки. Поради високата си цена понякога се използва неръждаема стомана.

Основното нещо! В конструкции от различен тип стойностите ще имат различни параметри.

Растенията за водна електролиза също могат да се използват за цели като обеззаразяване, пречистване и оценка на качеството на водата.

Получаване на водород в лабораторията

Съвременният лабораторен метод за производство на водород не се различава от този, с който е получен от Хенри Кавендиш. Това са реакциите на металите с киселини. В лабораторията се получава водород в апарата Кипа (Фигура 152).

Kipp апарат направен от стъкло и се състои от няколко части:

1. реакционна колба с резервоар;
2. фуния с дълга тръба;
3. тръба за изход на газ.

Реакционната колба има горна сферична част с отвор, в който е вкарана тръба за изпускане на газ, снабдена с кран или скоба, и долен резервоар под формата на полусфера. Долният резервоар и реакционната колба са разделени от гумено или пластмасово уплътнение с отвор, през който дълга тръба на фунията се простира в долния резервоар, достигайки почти до дъното. Твърдите вещества (мрамор, цинк) се изливат върху уплътнението през страничния отвор с шпатула.Дупката е затворена с щепсел с тръба за изпускане на газ. След това, с отворен кран или скоба, киселинният разтвор се излива в горната фуния. Когато нивото на течността достигне веществото върху уплътнението, химичната реакция започва с отделянето на газ. Когато вентилът е затворен, налягането на отделения газ принуждава течността да излезе от реактора в горната част на фунията. Реакцията спира. Отварянето на крана води до възобновяване на реакцията. Поставете парчетата цинк в реакционната колба. Като киселина ще използваме сярна киселина. При контакт на цинк и сярна киселина се получава следната реакция:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2­

Можете да напълните сапунен мехур с водород.

За да направите това, е необходимо тръбата за димните газове да се спусне в сапунен разтвор. В края на тръбата ще започне да се образува напълнен с водород сапунен мехур; с течение на времето балонът се отчупва и лети нагоре, което доказва лекотата на водорода. Нека съберем развиващия се водород... Като се има предвид, че водородът е много по-лек от въздуха, за събиране на водород съдът, в който се събира газът, трябва да се постави с главата надолу или да се събира чрез изместване на водата. Как да открием водорода? Напълнете тръбата с водород, като я държите с главата надолу спрямо тръбата за изпускане на газ. Довеждаме епруветката с отвор до пламъка на спиртната лампа - чува се характерен поп.

Памук Това е знак, че епруветката съдържа водород. Когато епруветката се доближи до пламък, водородът реагира с кислород във въздуха. При малки количества реакцията на кислород и водород се придружава от поп. Повече подробности за тази реакция ще бъдат обсъдени в следващия параграф.

Принцип на работа и видове електролизатори

Много просто устройство има електролизатори, които разделят водата на кислород и водород. Те се състоят от контейнер с електролит, в който са поставени електроди, свързани към енергиен източник.

Дизайнът на най-простата електролиза

Принципът на работа на електролизата е, че електрическият ток, преминаващ през електролита, има напрежение, достатъчно за разлагане на водата на молекули. Резултатът от процеса е, че анодът освобождава една част кислород, а катодът създава две части водород.

Електролиза на вода в индустриални водородни генератори

Електролиза

това е редокс реакция, която протича само под въздействието на електричество. В индустриалните водородни генератори се извършва електролиза на вода за получаване на водород и кислород. За да протече реакцията, в електролита трябва да се поставят два електрода, свързани към източник на постоянен ток:

• Анод
  - електрод, към който е свързан положителният проводник;
• Катод
  - електродът, към който е свързан отрицателният проводник.

По-долу е дадена схематична диаграма на индустриален алкален електролизатор.

Водна електролиза

Под действието на електрически ток водата се разделя на съставните й молекули: водород и кислород. Отрицателно зареденият катод привлича водородни катиони, а положително зареденият анод привлича OH-аниони.
Деминерализираната вода, използвана в промишлените електролизни инсталации, сама по себе си е слаб електролит, така че към нея се добавят силни електролити, за да се увеличи проводимостта на електрическия ток. Често се избират електролити с по-нисък катионен потенциал, за да се изключи конкуренцията с водородните катиони: KOH или NaOH. Електрохимичната реакция, протичаща върху електродите, е както следва:

• Анодна реакция: 2H2O → О2
  + 4H + + 4e− - отделяне на кислород;
• Катодна реакция: 2H2O + 2e− → З.2
  + 2OH− - отделяне на водород.

Промишлен електролизатор е сглобен по биполярна схема, където между основния електрод и катода са поставени биполярни "междинни" електроди с различни заряди отстрани.От страната на главния анод междинният електрод има катодна страна, от страната на катода - анодна страна (виж фигурата).
Освен това, за да се получи чист водород и кислород, е необходимо да се отделят газовете, образувани върху електродите, и за това се използват разделящи йонообменни мембрани (виж фигурата). Количеството произведен водород е два пъти по-голямо от произведеното кислород и следователно налягането във водородната кухина се повишава два пъти по-бързо. За изравняване на налягането в кухините се използва мембрана за изравняване на налягането на изхода на електролизера, която предотвратява изтискването на водород в кислородната кухина през каналите, предназначени за циркулация на електролитите.

Този метод е най-широко използваният метод в индустрията и дава възможност за получаване на газообразен водород с ефективност от 50 до 70% с капацитет до 500 m3 / h при специфична консумация на енергия от 4,5-5,5 N2m3 / kWh.

ЕЛЕКТРОЛИЗА НА TPE

В момента най-ефективният метод за разделяне е електролизата с използване на твърди полимерни електролити на базата на перфлуорирана йонообменна мембрана.
Този тип електролизатор позволява производството на водород с ефективност до 90% и е най-екологичен. Електролизаторите с TPE са 6-7 пъти по-скъпи от алкалните и следователно все още не са получили широко разпространение в индустрията.

Видове електролизатори

Устройствата за разделяне на вода са от следните видове:

Тези електролизатори имат най-примитивния дизайн (снимката по-горе). Те се характеризират с характеристиката, че манипулацията с броя на клетките ще ви даде възможност да захранвате устройството от източник с всяко напрежение.

Течащ изглед

Тези инсталации имат собствен дизайн вана, напълно пълна с електролит с електродни елементи и резервоар.

Устройството на конвенционален проточен електролизатор, където A е вана с електроди, D е резервоар, B, E са тръби, C е изходящ клапан

Принципът на работа на протичащата електролиза е както следва (от снимката по-горе):

• когато изтича електролиза, електролитът се изстисква едновременно с газа през тръбата "В" в резервоара "D";
• в резервоар "D" процесът на отделяне на газ от електролитни потоци;
• газът излиза през клапан "С";
• електролитният разтвор се връща обратно през тръба „Е“ към вана „А“.

Интересно е да се знае. Този принцип на работа е установен в някои инверторни машини - изгарянето на отделения газ позволява заваряването на частите.

Изглед на мембраната

Завод за електролиза от мембранен тип има същия дизайн като другите електролизатори, но електролитът е твърдо вещество на базата на полимер, наречено мембранна тъкан.

Дизайн на мембранни клетки

Мембранната тъкан в такива агрегати има двойно предназначение - пренос на йони и протони, зониране на електроди и продукти от електролиза.

Изглед на диафрагмата

Когато едно вещество не може да проникне и да повлияе другото, се използва пореста диафрагма, която може да бъде направена от стъкло, полимерни влакна, керамика или азбестов материал.

Устройството на мембранния електролизатор, където 1 е изход за кислород, 2 е колба, 3 е изход за водород, 4 е анод, 5 е катод, 6 е мембрана

Алкална

Електролизата не може да се осъществи в дестилирана вода. В такива варианти е необходимо да се използват катализатори, които са алкални разтвори с висока концентрация. Въз основа на това значителна част от йонните устройства може да се нарече алкална.

Основното нещо! Трябва да се отбележи, че използването на сол като катализатор е вредно, тъй като по време на реакцията се отделя хлорен газ. По правило натриевият хидроксид действа като прекрасен катализатор, който не корозира метални електроди и не допринася за отделянето на вредни вещества.

Самоизработен електролизатор

Всеки може да направи електролизатор със собствените си ръце. За процеса на сглобяване на най-често срещания дизайн ще са необходими следните материали:

• лист от неръждаема стомана (най-добрите варианти са чуждестранни AISI 316L или нашите 03X16H15M3);
• болтове М6х150;
• шайби и гайки;
• прозрачна тръба - можете да използвате нивелир, който се използва за строителни цели;
• няколко фитинги с рибена кост с външен диаметър 8 mm;
• пластмасов контейнер с обем 1,5 литра;
• малък филтър за филтриране на чешмяна вода, например филтър за перални машини;
• възвратен клапан за вода.

Процес на сглобяване

Съберете електролизатора със собствените си ръце, съгласно следните инструкции:

1. На първо място, трябва да маркирате и последващото рязане на листа от неръждаема стомана на еднакви квадратчета. Рязането може да се извърши с ъглошлайф (ъглошлайф). Един от ъглите в такива квадратчета трябва да бъде отрязан под ъгъл, за да се закрепят правилно плочите;
2. След това трябва да направите дупка за болта от страната на плочата, противоположна на ъгловия трион;
3. Свързването на плочите трябва да се извършва на свой ред: една плоча на "+", следващата на "-" и така нататък;
4. Между различно заредените плочи трябва да има изолатор, който действа като тръба от нивелира. Трябва да се нарязва на пръстени, които да се режат по дължина, за да се получат ленти с дебелина 1 мм. Това разстояние между плочите е достатъчно за добро отделяне на газ по време на електролиза;
5. Плочите се закрепват заедно с помощта на шайби, както следва: шайба седи на болта, след това плоча, след това три шайби, след плоча и т.н. Плочите, благоприятно заредени, се поставят в огледално изображение на отрицателно заредени листове. Това дава възможност да се предотврати докосването на нарязаните ръбове до електродите;

Плочи на електролизата, сглобени заедно

1. Когато сглобявате плочите, трябва едновременно да ги изолирате и да затегнете гайките;
2. Също така, всяка плоча трябва да бъде опръстенена, за да е сигурно, че няма късо съединение;
3. Освен това целият монтаж трябва да бъде поставен в пластмасова кутия;
4. След това си струва да подчертаете местата, където болтовете докосват стените на контейнера, където пробивате две дупки. Ако болтовете не се вписват в контейнера, тогава те трябва да се режат с трион;
5. След това болтовете се затягат с гайки и шайби за плътност на конструкцията;

Плочи, поставени в пластмасов съд

1. След предприетите стъпки ще трябва да направите дупки в капака на контейнера и да поставите фитингите в тях. Непропускливостта в този случай може да бъде осигурена чрез запечатване на фугите с уплътнители на силиконова основа;
2. Предпазен клапан и филтър в конструкцията са разположени на изхода на газа и служат като средство за контрол на прекомерното натрупване на газ, което може да доведе до лоши резултати;
3. Устройството за електролиза е сглобено.

Последният етап е тест, който се извършва по подобен начин:

• пълнене на контейнера с вода до маркировката на болтовете за крепежни елементи;
• свързване на захранването към устройството;
• връзка с фитинга на тръбата, противоположният край на която се спуска във водата.

Ако към инсталацията се приложи слаб ток, тогава отделянето на газ през тръбата ще бъде почти незабележимо, но ще бъде възможно да се наблюдава от вътрешността на електролизера. Чрез увеличаване на променливия ток, добавяне на алкален катализатор към водата, е възможно значително да се увеличи добивът на газообразното вещество.

Изработеният електролизатор по правило е важна част от много устройства, например водородна горелка.

появата на водородна горелка, чиято основа се счита за самоизработен електролизатор

Познавайки видовете, ключовите характеристики, устройството и принципа на работа на йонните инсталации, можете да извършите правилния монтаж на домашно направена конструкция, която е отличен помощник в различни ежедневни ситуации: от заваряване и спестяване на разход на гориво на моторни превозни средства до функционирането на отоплителните системи.

Направете електролизатора със собствените си ръце

Със сигурност сте запознати с процеса на електролиза от учебната програма на началното училище. Това е, когато 2 полярни електроди се поставят във вода под ток, за да се получат метали или неметали в чист вид. Необходим е електролизатор за разлагане на водните молекули в кислород и водород. Електролизаторът, като част от научните механизми, разделя молекулите на йони.

Има два вида това устройство:

• Сух електролизатор (това е напълно затворена клетка);
• Мокър електролизатор (това са две метални пластини, поставени в съд с вода).

Това устройство е просто по отношение на устройството, което го прави възможно използвайте дори у дома... Електролизаторите разделят зарядите за електролиза на атомите на молекулите на заредени атоми.

В нашия случай тя разделя водата на положителен водород и отрицателен кислород. За целта е необходимо голямо количество енергия и за да се направи по-малко от необходимото количество енергия се използва катализатор.

Производство на водород чрез електролиза на вода

Получаването на чист водород чрез електролиза на водата е най-очевидната и ефективна технология и един от най-обещаващите начини за получаване на алтернативни горива. Водородът се извлича от всеки воден разтвор и при изгаряне се превръща обратно във вода.

В сравнение с други методи за производство на водород, водната електролиза има редица предимства. Първо се използват наличните суровини - деминерализирана вода и електричество. На второ място, няма замърсяващи емисии по време на производството. На трето място, процесът е напълно автоматизиран. И накрая, продукцията е доста чист (99,99%) продукт. От всички методи за електролиза високотемпературната електролиза се счита за най-обещаваща (цената на водорода е от 2,35 до 4,8 долара / кг). Тя трябва да бъде технологично въоръжена, тъй като при определени икономически условия може да се използва в мащабен индустриален мащаб.

Водната електролиза е физикохимичен процес, при който дестилираната вода се разлага на кислород и водород под въздействието на постоянен електрически ток. В резултат на разделянето на водните молекули на части водородът се получава по обем два пъти повече от кислорода. Ефективността на електролизата е такава, че от 500 ml вода се получава около кубичен метър от двата газа при цена от около 4 kW / h електрическа енергия.

Процесният ток за процеса на електролиза на вода за получаване на водород и кислород се получава, като правило, с помощта на индустриален токоизправител с необходимите работни параметри, Обикновено това напрежение е до 90V и сила на тока до 1500 А. Подходящо устройство е Pulsar SMART.

На електронния дисплей на токоизправителя Pulsar SMART или в специален софтуер за компютър можете да контролирате всички етапи от производствения процес, което позволява на оператора да наблюдава параметрите и да регистрира денонощно хода на технологичния процес. Напълно автоматична работа, включително непрекъснато наблюдение на всички параметри за безпроблемна работа без надзор от оператора. Всички параметри, свързани с напрежението и тока, се измерват и контролират постоянно от изправителния микропроцесор. Освен това всички наблюдавани параметри се фиксират от устройство, което в случай на повреда или отклонение може автоматично да спре процеса и да сигнализира за това с помощта на светлинна колона.

Токоизправителите от серията Pulsar SMART са проектирани в съответствие с най-високите изисквания за индустриална ефективност и международните стандарти. В същото време технологичният софтуер позволява гъвкаво адаптиране към изискванията на клиента и непрекъснато се подобрява.

Създаваме устройство със собствените си ръце

Устройството за този процес може да се направи на ръка.

За това ще ви трябва:

• Лист от неръждаема стомана;
• Болтове M6 x 150;
• Шайби;
• Ядки;
• Прозрачна тръба;
• Свързващи елементи с резба от двете страни;
• Един и половина литра пластмасов контейнер;
• Воден филтър;
• Обратен клапан за вода.

Отличен вариант за неръждаема стомана е AISI 316L от чуждестранен производител или 03X16H15M3 от производител от нашата страна. Няма абсолютно никаква нужда да купувате неръждаема стомана, можете да вземете старата. 50 до 50 сантиметра са ви достатъчни.

„Защо да вземем самата неръждаема стомана?“ - ти питаш. Тъй като най-често срещаният метал ще корозира. Неръждаемата стомана понася по-добре алкалите. Трябва очертайте листа по такъв начин, че да го разделите на 16 подобни квадрата... Можете да го отрежете с ъглошлайф. Във всеки квадрат изрежете един от ъглите.

От другата страна и срещуположния ъгъл, от изрязания ъгъл, пробийте отвор за болт, който ще ви помогне да държите плочите заедно. Електролизаторът не спира да работи така:t плочата електричество тече към плочата - и водата се разлага на кислород и водород. Благодарение на това се нуждаем от добра и отрицателна плоча.

Плочите трябва да бъдат свързани последователно: плюс-минус-плюс-минус, при подобен метод ще има силен ток. За изолиране на плочите една от една се използва тръба. От нивото се изрязва пръстен. Чрез изрязването му получаваме лента с дебелина милиметър. Това разстояние е по-правилно за направата на газ.

Плочите са свързани помежду си с шайби: поставяме шайба на болта, след това плоча и три шайби, след това отново плоча и т.н. В плюс и минус трябва да бъдат засадени осем плочи. Ако всичко е направено правилно, тогава разрезите на плочите няма да докоснат електродите.

След това трябва да затегнете гайките и да изолирате плочите. След това поставяме конструкцията в пластмасов съд.

Отстраняване на грешки и тестване на устройството

След това е необходимо да се определи къде болтовете докосват стените на кутията и на тези места пробийте две дупки. Ако без видима причина се окаже, че болтовете не влизат в контейнера, тогава трябва изрежете и затегнете за плътност с гайки... Сега трябва да пробиете капака и да поставите резбовите съединители там от двете страни. За да се осигури непропускливост, фугата трябва да бъде запечатана с уплътнител на силиконова основа.

След като сглобите собствения си електролизатор със собствените си ръце, трябва да го тествате. За да направите това, свържете устройството към източник на захранване, напълнете го с вода до болтовете, поставете капака, като свържете тръба към фитинга и спуснете противоположния край на тръбата във водата. Ако токът е слаб, тогава токът ще се вижда от вътрешността на електролизера.

Увеличете мощността на вашия домашен уред стъпка по стъпка. Дестилираната вода не води добре електричеството, тъй като не съдържа соли или примеси. За да приготвите електролита, е необходимо да добавите алкали към водата. За да направите това, трябва да вземете натриев хидроксид (съдържащ се в средства за почистване на тръби като "Mole"). Необходим е предпазен клапан, за да се предотврати натрупването на прилично количество газ.

• По-добре е да използвате дестилирана вода и сода като катализатор.
• Трябва да смесите част от содата за хляб с четиридесет части вода. Стените отстрани са най-добре от акрилно стъкло.
• Електродите са най-добре изработени от неръждаема стомана. Има смисъл да се използва злато за чинии.
• Използвайте полупрозрачен PVC за подложка. Те могат да бъдат с размери 200 на 160 милиметра.
• Можете да използвате свой собствен електролизатор, направен от вас сами, за готвене на храна, за пълно изгаряне на бензин в автомобилите и в повечето случаи.

Сухите електролизатори се използват главно за машини. Генераторът увеличава мощността на двигателя с вътрешно горене. Водородът се запалва много по-бързо от течното гориво, увеличавайки силата на буталото. В допълнение към Mole можете да приемате Mister Muscle, сода каустик, сода бикарбонат.

Генераторът не работи на питейна вода.По-добре е да свържете електричество по този начин: първата и последната плоча - минус, а на плочата в средата - плюс. Колкото по-голяма е площта на плочите и колкото по-силен е токът, толкова повече газ се отделя.

Направи си сам домашна електролиза

Когато бях малък, винаги съм искал да направя нещо сам, със собствените си ръце. Родителите (и други роднини) обаче обикновено не позволяват това. И тогава не видях (и все още не виждам) нищо нередно, когато малките деца искат да се учат