Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Водородът е почти идеален вид гориво, но проблемът е, че той се намира на нашата планета само под формата на съединения с други химически елементи. Делът на "чистите" вещества в атмосферата е не повече от 0, 00005%. Предвид тези реалности, въпросът за водородния генератор става уместен. Разгледайте принципа на действие на такова устройство, неговите конструктивни характеристики, обхвата на приложение и възможността за самостоятелно производство.

Описание и принцип на работа на водородния генератор

Има няколко метода за извличане на водород от други вещества, изброяваме най-често срещаните:

  1. Електролиза, тази техника е най-проста и може да се приложи у дома. Чрез воден разтвор, съдържащ сол, преминава постоянен електрически ток, под неговото влияние протича реакция, която може да бъде описана със следното уравнение: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + CI2 + H2. В този случай е даден пример за решение на обичайната кухненска сол, което не е най-добрият вариант, тъй като емитираният хлор е токсично вещество. Отбележете, че полученият по този метод водород е най-чистият (около 99, 9%).
  2. Чрез преминаване на водна пара над въглищен кокс, нагрят до температура 1000 ° C, при тези условия се извършва следната реакция: H 2 O + C ⇔ CO + H 2 .
  3. Екстракция от метан чрез превръщане с водна пара (необходимото условие за реакцията е температура от 1000 ° С): СН4 + Н20ОСО + ЗН2. Вторият вариант е окисление на метана: 2СН 4 + О 2 СО 2 СО + 4Н 2 .
  4. В процеса на напукване (рафиниране на масло) се отделя водород като страничен продукт. Имайте предвид, че у нас все още се практикува изгаряне на това вещество на някои рафинерии поради липса на необходимото оборудване или достатъчно търсене.

От тези опции последният е най-евтиният, а първият е най-достъпен, той е основата за повечето водородни генератори, включително и за домакинствата. Принципът им на действие е, че в процеса на преминаване на ток през разтвор, положителният електрод привлича отрицателни йони, а противоположно зареденият електрод - положителен, което води до разделяне на веществото.

Пример за електролиза в разтвор на натриев хлорид

Конструктивни характеристики и устройство на водородния генератор

Ако практически няма проблеми с получаването на водород сега, тогава неговото транспортиране и съхранение е все още неотложна задача. Молекулите на това вещество са толкова малки, че дори могат да проникнат през метала, което носи определен риск за сигурността. Съхранението в абсорбирана форма все още не е много печелившо. Следователно най-добрият вариант е генерирането на водород непосредствено преди неговото използване в производствения цикъл.

За тази цел се произвеждат промишлени инсталации за производство на водород. Като правило, те са електролизери от мембранен тип. По-долу е даден опростен дизайн на такова устройство и принципът на действие.

Опростена диаграма на мембранния водороден генератор

Легенда:

  • A - тръба за отстраняване на хлор (Cl 2 ).
  • В - отстраняване на водород (Н2).
  • C е анодът, на който протича следната реакция: 2CL - → CL 2 + 2e - .
  • D е катод, реакцията върху него може да се опише със следното уравнение: 2Н 2 О + 2е - → Н 2 + ОН - .
  • E - разтвор на вода и натриев хлорид (H 2 O и NaCl).
  • F - мембрана;
  • G - наситен разтвор на натриев хлорид и образуването на сода каустик (NaOH).
  • H - отстраняване на солен разтвор и разреден сода каустик.
  • I - въвеждане на наситен саламура.
  • J - капак.

Проектирането на битови генератори е много по-просто, тъй като в по-голямата си част те не произвеждат чист водород, а произвеждат кафяв газ. Така наречената смес от кислород и водород. Тази опция е най-практична, не е необходимо да се отделя водород и кислород, възможно е значително да се опрости конструкцията и следователно да се направи по-евтина. В допълнение, полученият газ се изгаря, докато се произвежда. Да се съхранява и натрупва у дома е не само проблематично, но и опасно.

Дизайнът на електролизера за битови водородни клетки

Легенда:

  • a - тръба на Браун за изпускане на газ;
  • b - колектор за всмукване на вода;
  • c - херметичен калъф;
  • d е блок от електродни плочи (аноди и катоди), между които са монтирани изолатори;
  • е вода;
  • f - датчик за водно ниво (свързва се към управляващия блок);
  • g - филтър за отделяне на вода;
  • h е подаването на енергия към електродите;
  • i - датчик за налягане (изпраща сигнал към управляващия блок, когато се достигне праговото ниво);
  • j - предпазен клапан;
  • k - изход на газ от предпазния вентил.

Характерна особеност на такива устройства е използването на електродни блокове, тъй като отделянето на водород и кислород не е необходимо. Това ви позволява да направите генераторите доста компактни.

Електродни блокове за инсталация, която произвежда кафяв газ

Приложения на водородния генератор

Поради проблемите, свързани с транспортирането и съхранението на водород, такива устройства се търсят в индустрии, където наличието на този газ изисква производствен цикъл. Изброяваме основните направления:

  1. Производство, свързано със синтеза на хлороводород.
  2. Производство на гориво за ракетни двигатели.
  3. Създаване на тор.
  4. Производство на водороден нитрид (амоняк).
  5. Синтез на азотна киселина.
  6. В хранително-вкусовата промишленост (за производство на твърди мазнини от растителни масла).
  7. Металообработка (заваряване и рязане).
  8. Възстановяване на метали.
  9. Синтез на метилов алкохол
  10. Производство на солна киселина.
Основни приложения на водородните генератори в промишлеността

Въпреки факта, че производството на водород в процеса на рафиниране на петрол е по-евтино от получаването му чрез електролиза, както вече бе споменато по-горе, има трудности при транспортирането на газ. Изграждането на опасна химическа продукция непосредствено до рафинериите не винаги позволява екологичната ситуация. Освен това водородът, получен чрез електролиза, е много по-чист, отколкото при крекинг на масло. В това отношение промишлените водородни генератори винаги са търсени.

Битова употреба

В ежедневието се използва и водород. На първо място, това са автономни отоплителни системи. Но ето някои характеристики. Инсталациите за производство на чист водород са много по-скъпи от газовите генератори на Браун, като последните дори могат да бъдат сглобени независимо. Но при организирането на домашно отопление е необходимо да се вземе предвид, че температурата на горене на Браун е значително по-висока от тази на метана, така че е необходим специален котел, който е малко по-скъп от обикновено.

Котелът за гориво трябва да бъде обозначен

В интернет можете да намерите доста статии, в които се казва, че обикновените котли могат да се използват за детониране на газ, това е абсолютно невъзможно. В най-добрия случай те бързо ще се провалят и в най-лошия случай могат да предизвикат тъжни или дори трагични последствия. За кафявата смес са предвидени специални конструкции с по-устойчива на топлина дюза.

Трябва да се отбележи, че рентабилността на отоплителните системи, базирани на водородни генератори, е много съмнителна поради ниската ефективност. В такива системи има двойни загуби, първо, в процеса на генериране на газ, и второ, когато водата се нагрява в котела. За отопление е по-евтино да се загрее водата в електрически котел.

Не по-малко противоречива реализация за домашна употреба, в която кафявият газ обогатява бензина в горивната система на автомобилния двигател, за да се пести.

Използването на ДНК генератора в колите

Легенда:

  • а е генератор на НПО (приетото обозначение за газа на Браун);
  • b - отстраняване на газ в сушилната камера;
  • c - отделение за отстраняване на водни пари;
  • d - връщане на кондензата в генератора;
  • e - подаване на сух газ към въздушния филтър на горивната система;
  • f - автомобилен двигател;
  • g - свързване към батерията и електрическия генератор.

Трябва да се отбележи, че в някои случаи такава система дори работи (ако е сглобена правилно). Но няма да намерите точни параметри, коефициент на усилване, процент на спестявания. Тези данни са силно замъглени и тяхната надеждност е под въпрос. Отново въпросът не е ясен колко ще намалее ресурсът на двигателя.

Но търсенето създава доставки, в интернет можете да намерите подробни чертежи на такива устройства и инструкции за тяхната връзка. Има готови модели, изработени в страната на изгряващото слънце.

Осъществяване на най-простият водород генератор го направите сами стъпка по стъпка

Нека ви кажем как можете да направите домашен генератор, който да произведе смес от водород и кислород (NNO). Неговата способност за отопление на домовете не е достатъчна, но за газовата горелка за рязане на метал количеството произведен газ ще бъде достатъчно.

Фиг. 8. Схема на газова горелка

Легенда:

  • а - дюза за горелка;
  • b - тръби;
  • в - порти;
  • d е вода;
  • е - електроди;
  • f - запечатан корпус.

Преди всичко правим електролизер, за това се нуждаем от херметически затворени контейнери и електроди. Като последно, ние използваме стоманени плочи (избираме техния размер произволно, в зависимост от желаната производителност), прикрепен към диелектричната основа. Свързваме се помежду си всички плочи на всеки от електродите.

Когато електродите са готови, те трябва да бъдат фиксирани в резервоара, така че местата, където се свързват захранващите проводници, да са над очакваното ниво на водата. Проводниците от електродите преминават към 12-волтово захранване или автомобилен акумулатор.

В капака на резервоара правим отвор под тръбата, за да може газът да излезе. Като вода затваряния, можете да използвате обичайните 1 литър стъклени буркани. Запълваме ги до 2/3 с вода и се свързваме с електролизатора и горелката, както е показано на фигура 8.

Горелката е по-добре да се подготви, защото не всеки материал може да издържи на горенето на Браун. Свързваме го към изхода на последната водна порта.

Напълваме електролизера с вода, към която се прибавя обичайната кухня.

Ние прилагаме напрежение към електродите и проверяваме работата на устройството.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Електротехник