Vesiniku saamine. Vesiniku energia. Odav vesinik ja kütus veest kapillaarelektrosmoosi teel

Vesiniku (Hydrogenium) avastas 16. sajandi esimesel poolel saksa arst ja loodusteadlane Paracelsus. 1776. aastal tegi G. Cavendish (Inglismaa) kindlaks selle omadused ja tõi välja erinevused teistest gaasidest. Lavoisier sai esimesena veest vesiniku ja tõestas, et vesi on vesiniku ja hapniku keemiline kombinatsioon (1783).

Vesinikul on kolm isotoopi: protium, deuteerium ehk D ja triitium ehk T. Nende massiarvud on 1, 2 ja 3. Prootium ja deuteerium on stabiilsed, triitium on radioaktiivne (poolestusaeg 12,5 aastat). Looduslikes ühendites sisaldub deuteerium ja protium keskmiselt vahekorras 1:6800 (vastavalt aatomite arvule). Triitiumi leidub looduses tühistes kogustes.

Vesiniku aatomi tuum sisaldab ühte prootonit. Deuteeriumi ja triitiumi tuumad sisaldavad lisaks prootonile vastavalt ühte ja kahte neutronit.

Vesiniku molekul koosneb kahest aatomist. Siin on mõned omadused, mis iseloomustavad vesinikuaatomit ja molekuli:

Aatomi ionisatsioonienergia, eV 13,60

Aatomi afiinsus elektroniga, eV 0,75

Suhteline elektronegatiivsus 2.1

Aatomi raadius, nm 0,046

Tuumadevaheline kaugus molekulis, nm 0,0741

Molekulide dissotsiatsiooni standardetalpia 436,1 juures

115. Vesinik looduses. Vesiniku saamine.

Vesinik on kosmose kõige levinum element. See moodustab umbes poole Päikese ja enamiku teiste tähtede massist. See sisaldub gaasilistes udukogudes, tähtedevahelises gaasis ja on osa tähtedest. Tähtede sisemuses muudetakse vesinikuaatomite tuumad heeliumi aatomite tuumadeks. See protsess jätkub energia vabanemisega; paljude tähtede, sealhulgas Päikese jaoks on see peamine energiaallikas. Protsessi kiirus, st vesiniku tuumade arv, mis ühes kuupmeetris sekundis muutuvad heeliumi tuumadeks, on väike. Seetõttu on ajaühikus ruumalaühiku kohta vabanev energia hulk väike. Päikese tohutu massi tõttu on aga Päikese poolt tekitatud ja kiiratava energia koguhulk väga suur. See vastab Päikese massi vähenemisele umbes sekundi võrra.

Tööstuses toodetakse vesinikku peamiselt maagaasist. See peamiselt metaanist koosnev gaas on segatud veeauru ja hapnikuga. Kui gaasisegu kuumutatakse katalüsaatori juuresolekul, toimub reaktsioon, mida saab skemaatiliselt esitada võrrandiga:

Saadud gaaside segu eraldatakse. Vesinik puhastatakse ja seda kasutatakse kohapeal või transporditakse survestatud terassilindrites.

Oluline tööstuslik meetod vesiniku tootmiseks on ka selle eraldamine koksiahju gaasist või nafta rafineerimisgaasidest. See viiakse läbi sügavjahutusega, milles kõik gaasid, välja arvatud vesinik, veeldatakse.

Laborites toodetakse vesinikku enamasti vesilahuste elektrolüüsil. Nende lahuste kontsentratsioon valitakse nii, et see vastaks nende maksimaalsele elektrijuhtivusele. Elektroodid on tavaliselt valmistatud niklist. See metall ei korrodeeru leeliselahustes, isegi kui see on anood. Vajadusel puhastatakse tekkinud vesinik veeaurust ja hapniku jälgedest. Teistest laborimeetoditest on levinuim meetod vesiniku ekstraheerimine väävel- või vesinikkloriidhappe lahustest tsingi toimel. Reaktsioon viiakse tavaliselt läbi Kippi aparaadis (joonis 105).

Vesiniku tootmine on üks peamisi vesinikuenergia tootmisahelaid. Puhtal kujul vesinikku looduses praktiliselt ei leidu, seetõttu tuleb seda erinevate meetodite ja meetoditega teistest kemikaalidest eraldada.

Kuidas saada vesinikku: meetodid

• Metaani ja maagaasi reformimine auruga: kõrge temperatuuriga (700–1000 kraadi Celsiuse järgi) aur segatakse katalüsaatori juuresolekul rõhu all metaaniga.
• Söe gaasistamine: üks vanimaid viise vesiniku tootmiseks. Ilma õhu juurdepääsuta kuumeneb kivisüsi temperatuuril 800–1300 kraadi Celsiuse järgi koos veeauruga, kivisüsi aga tõrjub veest välja hapniku. Väljund on süsinikdioksiid ja vesinik.
• Vee elektrolüüs: väga lihtne viis vesiniku tootmiseks. Mahutisse valatakse soodalahus, millesse on paigutatud 2 elektrilist elementi, millest üks vastab miinusele - katood, teine ​​plussile - anoodile. Sellele lahusele antakse elekter, mis lagundab vee komponentideks – katoodil eraldub vesinik ja anoodil hapnik.
• Pürolüüs: vee lagunemine vesinikuks ja hapnikuks ilma õhuta ja kõrgel temperatuuril.
• Osaline oksüdatsioon: alumiiniumi ja galliumi metallide sulamist moodustuvad spetsiaalsed briketid, mis asetatakse veega anumasse, keemilise reaktsiooni tulemusena tekib vesinik ja alumiiniumoksiid. Alumiiniumi oksüdeerumise vältimiseks kasutatakse sulamis galliumi.
• Biotehnoloogia: juba 20. sajandil avastati, et kui chlamydomonas vetikatel ei ole eluprotsessis piisavalt hapnikku ja väävlit, hakkavad nad kiiresti vesinikku eraldama.
• Planeedi süvagaas: Maa soolestikus võib vesinikku leida puhtal gaasilisel kujul, kuid selle tootmine sealt ei ole soovitav.

Kuidas saada veest vesinikku

Lihtsaim viis veest vesiniku saamiseks on elektrolüüs. Elektrolüüs on keemiline protsess, mille käigus elektrolüüdi lahus jagatakse elektrivoolu mõjul selle koostisosadeks, st meie puhul jagatakse vesi vesinikuks ja hapnikuks. Selleks kasutatakse sooda lahust vees ja kahte elementi - katoodi ja anoodi, millel eralduvad gaasid. Rakkudele rakendatakse pinget, anoodil eraldub hapnik ja katoodil vesinik.

Kuidas saada kodus vesinikku

Kasutatavad reaktiivid on üsna lihtsad – vitriool (vask), sool, alumiinium ja vesi. Alumiiniumi võib õllepurkide alt võtta, kuid esmalt tuleb see põletada, et vabaneda reaktsiooni segavast plastkilest.

Seejärel valmistatakse eraldi vitrioolilahus ja soolalahus, sinine vitriolilahus, segatakse soolalahusega, mille tulemusena saadakse roheline lahus. Seejärel viskame sellesse rohelisse lahusesse tüki alumiiniumfooliumi, selle ümber ilmuvad mullid - see on vesinik. Samuti märkame, et foolium oli kaetud punase kattega, see alumiinium tõrjus vase lahusest välja. Vesiniku isiklikuks otstarbeks kogumiseks kasutage korgiga pudelit, millesse on eelnevalt sisestatud kitsas toru, mille kaudu gaas väljub.

Ja nüüd tähelepanu! Ettevaatusabinõud. Kuna vesinik on plahvatusohtlik gaas, siis tuleb sellega katsetada tänaval ja teiseks toimub vesiniku tootmise reaktsioon suure soojuseraldusega, lahus võib pritsida ja lihtsalt ära põletada.

Kuidas saada vesinikperoksiidi

• Laboris saadakse vesinikperoksiid reaktsiooni abil: BaO 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + H 2 O 2.
• Tööstuslikus mastaabis saadakse see väävelhappe elektrolüüsil, mille käigus moodustub perväävelhape, mis selle tulemusena laguneb väävelhappeks ja vesinikperoksiidiks.
• Kuidas veel laboris vesinikku saadakse: vesinikku saadakse sageli laboris tsingi ja vesinikkloriidhappe koosmõjul: Zn + 2HCl \u003d H 2 + ZnCl 2.

Loodan, et saite sellest artiklist vajaliku teabe ja hoiatan teid veel kord – olge kõigi vesinikuga tehtud katsete ja katsetega ettevaatlik!

Vesinik - laialt levinud element. Oma unikaalsuse tõttu võib see toimida oksüdeeriva ainena ja redutseerijana. Neid on mitu vesiniku tootmise meetodid.

Tööstuslik meetod vesiniku tootmiseks.

1. Soolade vesilahuste elektrolüüs (lauasool NaCl).

2. Auru juhtimine koldest üle kuuma koksi (T = 1000 °C):

H2O + C = H 2 + CO,

Reaktsioon on pöörduv!

Sega ( H2, CO Ja H2O) nimetatakse vesigaasiks.

Ja 2. etapis juhitakse vesigaas üle raudoksiidi (III) temperatuuril umbes 450 °C:

CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2,

Sageli nimetatakse seda reaktsiooni nihkereaktsiooniks.

3. Maagaasist saamine. Aluseks on metaani (maagaasi põhikomponendi, CH 4) auruga. Tulemuseks on pöörduv segu, mida nimetatakse sünteesgaasiks. Protsessi tingimused: nikkelkatalüsaator ja 1000°C:

CH 4 + H 2 O \u003d CO 2 + 3H 2,

Seda reaktsiooni kasutatakse sageli vesiniku tootmiseks Haberi reaktsiooni jaoks (ammoniaagi süntees).

4. Naftasaaduste krakkimine.

Laboratoorsed meetodid vesiniku saamiseks.

1. Lahjendatud hapete mõjul metallidele, mis on pingereas vesinikust vasakul.

Zn + HCl \u003d ZnCl 2 + H 2,

2. Katoodil eraldub hapete, leeliste, vesiniku lahuste elektrolüüs.

3. Leeliste toime tsingile või alumiiniumile:

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

4. Hüdriidide hüdrolüüs:

NaH+H 2 O = NaOH + H 2 ,

5. Kaltsiumi reaktsioon veega:

Ca + 2H 2O \u003d Ca (OH) 2 + H2.

Vee elektrolüüs on vanim vesiniku tootmise meetod. Alalisvoolu läbi vee juhtimisel koguneb vesinik katoodile ja hapnik anoodile. Vesiniku tootmine elektrolüüsi teel on väga energiamahukas tootmine, seetõttu kasutatakse seda eranditult neis piirkondades, kus see gaas on küllaltki väärtuslik ja vajalik.

Vesiniku hankimine kodus on üsna lihtne protsess ja selleks on mitu võimalust:

1. Vajame leeliselahust, ärge kartke neid nimesid. kõik see on vabalt saadaval.

Näiteks torupuhastusvahend “mool” on koostiselt täiuslik. Valage kolbi veidi leelist ja valage 100 ml vett;

Segage hoolikalt, et kristallid täielikult lahustuksid;

Lisage mõned väikesed alumiiniumitükid;

Ootame umbes 3-5 minutit, kuni reaktsioon toimub nii kiiresti kui võimalik;

Lisage veel mõned alumiiniumitükid ja 10-20 grammi leelist;

Paagi sulgeme spetsiaalse kolviga toruga, mis viib gaasikogumispaaki ja ootame paar minutit, kuni õhk vesiniku rõhu all anumast välja pääseb.

2. Vesiniku eraldamine alumiiniumist, toidusoolast ja vasksulfaadist.

Valage kolbi vasksulfaat ja veel veidi soola;

Lahjendage kõik veega ja segage hästi;

Panime kolvi veepaaki, kuna reaktsiooni käigus eraldub palju soojust;

Vastasel juhul tuleb kõik teha samamoodi nagu esimese meetodi puhul.

3. Vesiniku saamine veest 12V voolu juhtimisel läbi soola veelahuse. See on lihtsaim viis ja kõige sobivam koduseks kasutamiseks. Selle meetodi ainsaks puuduseks on see, et vesinikku eraldub suhteliselt vähe.

Niisiis. Nüüd teate, kuidas saada veest vesinikku ja palju muud. Saate teha palju katseid. Vigastuste vältimiseks ärge unustage järgida ohutuseeskirju.

Vesiniku hankimine kodus

Selles artiklis kirjeldatakse kõige populaarsemaid viise, kuidas kodus odavat vesinikku hankida.

1. meetod. Vesinik alumiiniumist ja leelisest.

Leeliselahusena kasutatakse seebikivi või seebikivi. Vabanenud vesinik on puhtam kui hapete reaktsioonil aktiivsete metallidega.

Valage kolbi väike kogus söövitavat kaaliumi või naatriumi ja valage 50-100 ml vett, segage lahust, kuni kristallid on täielikult lahustunud. Järgmisena lisage mõned alumiiniumitükid. Kohe algab reaktsioon vesiniku ja soojuse vabanemisega, algul nõrgalt, kuid pidevalt suureneva.

Pärast reaktsiooni aktiivsemat toimumist lisage ettevaatlikult veel 10 g. leelis ja mõned alumiiniumitükid. See kiirendab protsessi oluliselt.

Sulgeme kolvi katseklaasiga, mille toru juhib gaasi kogumiseks anumat. Ootame umbes 3-5 minutit. kuni vesinik õhu anumast välja tõrjub.

Kuidas vesinik moodustub? Alumiiniumi pinda kattev oksiidkile hävib kokkupuutel leelisega. Kuna alumiinium on aktiivne metall, hakkab see reageerima veega, lahustub selles ja eraldub vesinik.

2Al + 2NaOH + 6h3O → 2Na + 3h3

2. meetod. Vesinik alumiiniumist, vasksulfaadist ja lauasoolast.

Valage kolbi veidi vasksulfaati ja soola. Lisage vesi ja segage, kuni see on täielikult lahustunud. Lahus peaks muutuma roheliseks, kui seda ei juhtu, lisage väike kogus soola.

Kolb tuleb panna külma veega täidetud tassi, sest. reaktsiooni käigus eraldub suur hulk soojust.

Lisage lahusele mõned alumiiniumitükid. Reaktsioon algab.

Kuidas vesinik vabaneb? Selle käigus tekib vaskkloriid, mis uhub metallilt oksiidkile ära. Samaaegselt vase redutseerimisega tekib gaas.

3. meetod. Tsingist ja vesinikkloriidhappest saadav vesinik.

Asetame tsingi tükid katseklaasi ja täidame need vesinikkloriidhappega.

Kuna tsink on aktiivne metall, tõrjub see happega koostoimes välja vesiniku.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + h3

4. meetod. Vesiniku tootmine elektrolüüsi teel.

Me juhime elektrivoolu läbi vee ja keedetud soola lahuse. Reaktsiooni käigus eraldub vesinik ja hapnik.

Vesiniku tootmine vee elektrolüüsi teel.

Olen juba ammu tahtnud midagi sellist teha. Kuid edasised katsed aku ja elektroodide paariga ei jõudnud. Tahtsin teha täisväärtusliku aparaadi vesiniku tootmiseks, kogustes, et õhupalli täis puhuda. Enne kodus vee elektrolüüsi jaoks täieõigusliku aparaadi valmistamist otsustasin mudelil kõike kontrollida.

See mudel ei sobi igapäevaseks kasutamiseks. Aga idee sai testitud. Nii et elektroodide jaoks otsustasin kasutada grafiiti. Suurepärane elektroodide grafiidiallikas on trollibussi voolukollektor. Lõpp-peatustes lebab neid palju. Tuleb meeles pidada, et üks elektroodidest hävib.

Viiliga saagimine ja viimistlemine. Elektrolüüsi intensiivsus sõltub voolu tugevusest ja elektroodide pindalast. Elektroodide külge kinnitatakse juhtmed. Juhtmed peavad olema hoolikalt isoleeritud. Plastpudelid on elektrolüüsimudeli korpuse jaoks üsna sobivad. Kaanele tehakse augud torude ja juhtmete jaoks. Kõik on hoolikalt kaetud hermeetikuga.

Äralõigatud pudelikaelad sobivad kahe mahuti ühendamiseks. Need tuleb omavahel ühendada ja õmbluse sulatada. Pähklid on valmistatud pudelikorkidest. Kahe pudeli põhja tehakse augud. Kõik on ühendatud ja hoolikalt täidetud hermeetikuga.

Pingeallikana kasutame 220V majapidamisvõrku. Tahan teid hoiatada, et see on üsna ohtlik mänguasi. Seega, kui puuduvad piisavad oskused või on kahtlusi, siis on parem mitte korrata. Majapidamisvõrgus on meil vahelduvvool, elektrolüüsiks tuleb see sirgeks ajada. Dioodsild sobib selleks suurepäraselt. Fotol olev polnud piisavalt võimas ja põles kiiresti läbi. Parim variant oli Hiina MB156 dioodsild alumiiniumkorpuses.

Dioodisild läheb väga kuumaks. Nõuab aktiivset jahutust. Arvutiprotsessori jahuti sobib ideaalselt. Korpuse jaoks võite kasutada sobiva suurusega jootekasti. Müüakse elektrikaupades.

Dioodsilla alla on vaja panna mitu kihti pappi. Jootekasti kaane sisse tehakse vajalikud augud. Selline näeb kokkupandud seade välja. Elektrolüsaator saab toite vooluvõrgust, ventilaator universaalsest toiteallikast. Elektrolüüdina kasutatakse söögisooda lahust. Siin tuleb meeles pidada, et mida suurem on lahuse kontsentratsioon, seda suurem on reaktsioonikiirus. Kuid samal ajal on küte suurem. Veelgi enam, naatriumi lagunemise reaktsioon katoodil annab oma panuse kuumutamisse. See reaktsioon on eksotermiline. Selle tulemusena moodustuvad vesinik ja naatriumhüdroksiid.

Ülaltoodud fotol olev seade oli väga kuum. See tuli perioodiliselt välja lülitada ja oodata, kuni see jahtub. Kütmise probleem lahenes osaliselt elektrolüüdi jahutamisega. Selleks kasutasin lauapealset purskkaevupumpa. Pikk toru jookseb ühest pudelist teise läbi pumba ja külma vee ämbri.

Toru kuuliga ühendamise kohta on hea varustada segisti. Müüakse lemmikloomapoodides akvaariumi osas.

Klassikalise elektrolüüsi algteadmised.

Elektrolüsaatori efektiivsuse põhimõte gaasi h3 ja O2 tootmiseks.

Kindlasti teavad kõik, et kui lasta kaks küünt söögisooda lahusesse ja panna ühele küünele pluss ja teisele miinus, siis miinusel eraldub vesinik ja plussis hapnik.

Nüüd on meie ülesanne leida selline lähenemine, et saada võimalikult palju seda gaasi ja kulutada minimaalselt elektrit.

1. tund

Vee lagunemine algab siis, kui elektroodidele rakendatakse veidi rohkem kui 1,8 volti. Kui rakendate 1 volti, siis vool praktiliselt ei voola ja gaasi ei eraldu, kuid kui pinge läheneb väärtusele 1,8 volti, hakkab vool järsult tõusma. Seda nimetatakse minimaalseks elektroodipotentsiaaliks, mille juures elektrolüüs algab. Seega, kui paneme nendele 2 naelale 12 volti, siis selline elektrolüsaator tarbib palju elektrit ja gaasi on vähe. Kogu energia läheb elektrolüüdi soojendamiseks.

Selle eest. selleks, et meie elektrolüsaator oleks ökonoomne, on vaja toita mitte rohkem kui 2 volti elemendi kohta. Seega, kui meil on 12 volti, jagame need 6 lahtriks ja saame igaühele 2 volti.

Ja nüüd me lihtsustame - jagame võimsuse lihtsalt plaatidega 6 osaks - tulemuseks on 6 elementi, mis on järjestikku ühendatud igas lahtris, on 2 volti, iga sisemine plaat ühel küljel on pluss ja teisel pool. miinus. Seega – õpitud õppetund number 1 = rakendage veidi pinget.

Nüüd ökonoomsuse õppetund 2: plaatide vahe

Mida suurem on vahemaa, seda suurem on takistus, seda rohkem voolu kulutame liitri gaasi saamiseks. Mida lühem on vahemaa, seda vähem kulutame vatti tunnis ühe liitri gaasi kohta. Lisaks kasutan seda konkreetset terminit - elektrolüsaatori efektiivsuse näitaja / Graafik näitab, et mida lähemal on plaadid üksteisele, seda vähem on sama voolu läbimiseks vaja pinget. Ja nagu teate, on gaasi väljund otseselt võrdeline elektrolüüti läbiva vooluhulgaga.

Korrutades väiksema pinge vooluga – saame sama koguse gaasi eest vähem vatti.

Nüüd siis kolmas tund. Plaadi pindala

Kui võtame 2 naela ja kasutame kahte esimest reeglit, asetame need lähedale ja rakendame neile 2 volti, siis on gaasi väga vähe, kuna need läbivad väga vähe voolu. Proovime võtta kaks plaati samadel tingimustel. Nüüd suurendatakse voolu ja gaasi kogust võrdeliselt nende plaatide pindalaga.

Nüüd 4. õppetund: elektrolüütide kontsentratsioon

Kasutades kolme esimest reeglit, võtke suured raudplaadid üksteisest väikese vahemaa tagant ja rakendage neile 2 volti. Ja kasta need vette, lisades ühe näputäie soodat. Elektrolüüs jätkub, kuid vesi soojeneb väga aeglaselt. Lahuses on palju ioone, takistus on väike, soojenemine väheneb ja gaasi hulk suureneb

Allikad: 505sovetov.ru, all-he.ru, zabatsay.ru, xn----dtbbgbt6ann0jm3a.xn--p1ai, domashnih-usloviyah.ru

vase mäss

Copper Riot toimus Moskvas 25. juulil 1662. aastal. Põhjuseks oli järgmine asjaolu. Venemaa pidas pikaleveninud sõda...

Eelmise sajandi 70ndatel tõusis vesinikuenergia üheks teadusliku ja tehnilise progressi arengusuunaks. Vesiniku tootmise, transpordi ja ladustamise ning vesiniku kasutamisega seotud uurimisvaldkonna laienedes ilmnes vesiniku tootmise tehnoloogiate keskkonnakasu erinevates rahvamajanduse valdkondades. Mõnede vesinikutehnoloogiate (kütuseelemendid, metallhüdriidsüsteemid, transpordivesinikusüsteemid jne) arendamise efektiivsus on näidanud, et vesiniku kasutamine annab täiesti uued kvalitatiivsed näitajad sõlmede ja süsteemide toimimises.

Läbiviidud tasuvustestid on näidanud, et vaatamata sellele, et vesinikelement on sekundaarne energiakandja ehk kallim kui looduslikud kütused, on selle kasutamine mõnel majandusjuhul juba täna otstarbekas. Seetõttu peetakse enamikus riikides tööd vesinikuenergiatööstuses, eriti arenenud tööstusega, tehnoloogia ja teaduse arendamise prioriteetseteks valdkondadeks. Neid toetab üha enam riigi ja erakapitali raha.

Vesiniku omadused

Tavalistes tingimustes on vabas olekus vesinik värvitu ja lõhnatu gaas. Vesiniku tihedus õhu suhtes on 1/14. Seda leidub tavaliselt koos teiste elementidega, näiteks süsinikuga metaanis, hapnikuga vees ja mitmesugustes orgaanilistes ühendites. Kuna vesinik on keemiliselt äärmiselt reaktiivne, leidub seda sidumata kujul harva.

Vesinik, jahutatuna vedelasse olekusse, hõivab gaasilisel kujul 1/700 oleku mahust. Hapnikuga kombineerituna on vesinikul suurim energiasisaldus massiühiku kohta: 120,7 GJ/t. See on üks mitmest põhjusest, miks vedelat vesinikku kasutatakse raketikütusena ja seda kasutatakse toiteallikana kaasaegsetele kosmoseaparaatidele, mille puhul on vesiniku kõrge erienergiasisaldus ja madal molekulmass väga olulised. Puhtas hapnikus on põlemisel ainsad tooted vesi ja kõrge temperatuuriga kuumus. Nii et vesiniku kasutamise puhul ei eraldu kahjulikke kasvuhoonegaase ega häirita isegi veeringet looduses.

Vesiniku tootmine

Vees ja orgaanilises aines sisalduvad vesinikuvarud on peaaegu ammendamatud. Nende sidemete purunemine võimaldab toota vesinikku, misjärel kasutatakse vesinikku kütusena. Vee lahutamiseks selle koostisosadeks on välja töötatud palju protsesse.

Vesi, kuumutades üle 2500°C, hakkab lagunema hapnikuks ja vesinikuks (otsene termolüüs). Nii kõrge temperatuur saadakse näiteks päikeseenergia kontsentraatorite abil. Siin on probleemiks hapniku ja vesiniku rekombinatsiooni vältimine.

Tänapäeval saadakse maailmas põhiline osa tööstuslikus mastaabis toodetavast vesinikust metaani aurureformimise (SCM) käigus. Seega vesiniku tootmine võimaldab kasutada seda reagendina nafta rafineerimisprotsessis ning lämmastikväetiste komponendina ja raketitehnoloogias. Vesiniku vabastamiseks metaanis olevast süsinikualusest on vaja soojusenergiat ja auru temperatuuril 750–800 °C, mis toimub keemiliste reformijate katalüütilistel pindadel. PCM-i protsessi esimene etapp eraldab veeauru ja metaani süsinikmonooksiidiks ja vesinikuks. Teises etapis muudab "nihkereaktsioon" süsinikmonooksiidi ja vee vesinikuks ja süsinikdioksiidiks. See reaktsioon kulgeb temperatuuril 200-250 °C.

NSV Liidus toodeti 1930. aastatel sünteesgaasi tööstuslikus mastaabis tänu kivisöe aur-õhk gaasistamisele. Täna töötab Tšernogolovkas asuv IPCP RAS välja söe gaasistamise tehnoloogiat superadiabaatilises režiimis. See tehnoloogia võimaldab teisendada söe soojusenergia samasuguseks sünteesgaasi soojusenergiaks efektiivsusega 98%.

Alates eelmise sajandi 70. aastatest tehti meie riigis elektritehnoloogiliste tuumaelektrijaamade (AETS) heeliumi kõrgtemperatuuriliste reaktorite (HTGR) projekte musta metallurgia ja keemiatööstuse jaoks, mis said teadusliku ja tehnilise selgituse ja kinnituse. katsega: ABTU-50 ja seejärel - 1060 MW võimsusega VG-400 reaktoriga tuumaelektrijaama projekt vesiniku ja seda sisaldavate segude tootmiseks kasutatava keemia-tuumakompleksi jaoks. metanool ja ammoniaak ning veel mitmed sellesuunalised projektid.

Kõigi HTGR-projektide aluseks oli vesinikupõhiste rakettide tuumamootorite väljatöötamine. Meie riigis selleks otstarbeks toodetud kõrgtemperatuurilised katsereaktorid, aga ka rakettide tuumademonstratsioonimootorid on näidanud töövõimet, kui vesinikku kuumutatakse maksimaalselt 3000 K-ni.

Heeliumi jahutusvedelikul põhinevad kõrgtemperatuurilised reaktorid on uusimat tüüpi universaalsed keskkonnasõbralikud tuumaenergiaallikad, mille ainulaadsed omadused - võime vastu võtta soojust temperatuuril üle 1000 ° C ja kõrgeim ohutustase - määravad nende uskumatud kasutusvõimalused. suure kasuteguriga elektrienergia tootmine gaasiturbiini tsüklis ning kõrge temperatuuriga soojuse ja elektri tootmiseks vesiniku tootmisprotsesside, nafta rafineerimise, keemia-, metallurgia- ja muude tööstusharude tehnoloogiliste protsesside jaoks, vee magestamise protsesside jaoks.

Moodsaimaks selles vallas peetakse rahvusvahelist GT-MHR projekti, mida arendatakse kodumaiste institutsioonide ja USA-st pärit GA ettevõtte ühisel jõul. Projektiga teevad koostööd ka Fuji Electric ja Fraatom.

Aatomi vesiniku saamine

Aatomi vesiniku allikad on ained, mis eraldavad kiiritamisel vesinikuaatomeid. Ultraviolettkiirguse, näiteks vesinikjodiidi, protsessis hakkab toimuma reaktsioon aatomi vesiniku vabanemisega.

Aatomi vesiniku vabastamiseks kasutatakse molekulaarse vesiniku termilist dissotsiatsiooni pallaadiumi, plaatina või volframtraadil, mida kuumutatakse vesiniku atmosfääris rõhul alla 1,33 Pa. Vesiniku eraldamist aatomiteks saab saavutada ka radioaktiivsete ainete kasutamisega. On olemas meetod aatomi vesiniku sünteesiks elektrilises kõrgsageduslahenduses koos molekulaarse vesiniku edasise külmutamisega.

Seda sisaldavatest segudest vesiniku tootmise meetodite füüsikalised variandid

Vesinikku esineb märkimisväärses koguses paljudes gaasisegudes, näiteks koksiahju gaasis, mis eraldub butadieeni pürolüüsi käigus divinüüli tootmisel.

Vesiniku eraldamiseks vesinikku sisaldavate gaaside segudest kasutatakse vesiniku kontsentreerimise ja eraldumise füüsikalisi meetodeid.

Fraktsioneerimine ja madalatemperatuuriline kondenseerumine. Seda protsessi kirjeldavad kõrge vesiniku tootmine gaasisegust ja soodsad majandusnäitajad. Reeglina peaks gaasirõhul 4 MPa 93–94% vesiniku vabastamiseks temperatuur olema 115 K. Kui vesiniku sisaldus lähtegaasis on üle 40%, võib selle tootmisaste ulatuda 95% -ni. Energiatarve H2 kontsentratsiooniga 70-90% on 22 kWh 1000 m3 toodetud vesiniku kohta.

adsorptsiooni vabanemine. See protsess toimub tsükliliselt töötavate molekulaarsõelte, adsorberite abil. Seda saab müüa rõhul 3-3,5 MPa koos ekstraheerimisega kuni 80-85% H2 90% kontsentraadi kujul. Võrreldes madala temperatuuriga vesiniku tootmise meetodiga nõuab see protsess ligikaudu 25-30% vähem materjalikulusid ja 30-40% vähem tegevuskulusid.

Vesiniku adsorptsiooni tootmine vedelate lahustite abil. Mõnel juhul sobib meetod puhta vesiniku tootmiseks. See meetod võimaldab ekstraheerida kuni 80-90% algses gaasisegus sisalduvast vesinikust, samuti saavutada selle kontsentratsioon lõpptootes kuni 99,9%. Vesiniku tootmise energiakulud ulatuvad 68 kWh-ni 1000 m3 H2 kohta.

Vesiniku tootmine vee elektrolüüsi teel

Vee elektrolüüs on üks levinumaid ja paremini uuritud meetodeid vesiniku tootmiseks. See tagab toote kättesaamise puhtal kujul (99,6-99,9% H2) ühes tehnoloogilises etapis. Vesiniku saamiseks tootmiskuludes on elektri maksumus umbes 855.

Seda meetodit kasutatakse mitmes riigis, kus on märkimisväärsed odava hüdroenergia varud. Suurimad elektrokeemiakompleksid asuvad Indias, Kanadas, Norras, Egiptuses, kuid loodud on palju pisirajatisi, mis tegutsevad erinevates maailma riikides. Seda meetodit peetakse oluliseks ka seetõttu, et see on primaarenergiaallikate kasutamise osas kõige mitmekülgsem. Seoses tuumaenergia levikuga sai tuumaelektrijaamade odava elektrienergia tõttu võimalikuks vee elektrolüüsiprotsesside uus õitseng. Elektrienergiatööstuse ressursid on täna ebapiisavad vesiniku kui toote sünteesiks edasiseks kasutamiseks energeetikasektoris.

Veest vesiniku tootmise elektrokeemilisel meetodil on järgmised eelised:

1. vesiniku kõrge puhtusastmega lõpptootes – kuni 99,99% või rohkem;

2. Tehnoloogilise protsessi lihtsus ja püsivus, protsessi on võimalik automatiseerida, elektrolüütielemendis puuduvad liikuvad osad;

3. Võimalus saada väga väärtuslikke lisatooteid - hapnikku ja rasket vett;

4. Ammendamatu ja ligipääsetav lähteaine – vesi;

5. Võimalus saada vesinikku vahetult rõhu all;

6. Hapniku ja vesiniku füüsikaline jaotus elektrolüüsi ajal.

Kõigis ülaltoodud näidetes vesiniku tootmise kohta vee lagunemisel on kõrvalsaaduseks suur hulk hapnikku. See avab selle kasutamiseks uusi võimalusi. See suudab leida oma koha mitte ainult tehnoloogiliste protsesside kiirendajana, vaid ka reservuaaride asendamatu puhastajana. Selline hapniku kasutamine võib ulatuda pinnasesse, atmosfääri ja vette. Suuremate olmejäätmete koguste põletamine hapnikus aitab lahendada suurte linnade tahkete jäätmete probleemi.

Veel üks väärtuslik vee elektrolüüsi toode on raske vesi, mis on suurepärane neutronite moderaator kõigis tuumareaktorites. Seda rasket vett saab kasutada deuteeriumi sünteesi toorainena, mis on termotuumaenergia materjal.