Lektion 26. Opnåelse af brint og dets anvendelse


Metoder til produktion af brint under industrielle forhold

Ekstraktion ved metanomdannelse

... Vand i damptilstand, forvarmet til 1000 grader Celsius, blandes med methan under tryk og i nærværelse af en katalysator. Denne metode er interessant og gennemprøvet. Det skal også bemærkes, at den konstant forbedres: søgningen efter nye katalysatorer, billigere og mere effektive, er i gang.

Overvej den ældste metode til produktion af brint - kulforgasning

... Forudsat at der ikke er luftadgang og en temperatur på 1300 grader Celsius opvarmes kul og vanddamp. Således fortrænges brint fra vand, og der opnås carbondioxid (hydrogen vil være øverst, carbondioxid, også opnået som et resultat af reaktionen, er i bunden). Dette vil være adskillelsen af ​​gasblandingen, alt er meget simpelt.

Opnåelse af brint ved elektrolyse af vand

betragtes som den enkleste mulighed. Til gennemførelsen er det nødvendigt at hælde en sodavand i beholderen og også placere to elektriske elementer der. Den ene vil blive ladet positivt (anode) og den anden negativt (katode). Når der tilføres strøm, går brint til katoden og ilt til anoden.

Opnåelse af brint ved metoden delvis oxidation

... Til dette anvendes en legering af aluminium og gallium. Det anbringes i vand, hvilket fører til dannelsen af ​​brint og aluminiumoxid under reaktionen. Gallium er nødvendigt for at reaktionen kan finde sted fuldt ud (dette element forhindrer aluminium i at blive oxideret for tidligt).

Nyligt erhvervet relevans metode til anvendelse af bioteknologi

: under betingelse af mangel på ilt og svovl begynder chlamydomonas at frigive brint intensivt. En meget interessant effekt, der nu undersøges aktivt.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Glem ikke en anden gammel, gennemprøvet metode til brintproduktion, som består i at bruge forskellige alkaliske elementer

og vand. I princippet er denne teknik mulig i laboratorieindstillinger med de nødvendige sikkerhedsforanstaltninger på plads. I løbet af reaktionen (det fortsætter med opvarmning og med katalysatorer) dannes der således et metaloxid og hydrogen. Det er kun at samle det.

Få brint forbi interaktion mellem vand og kulilte

kun muligt i et industrielt miljø. Der dannes kuldioxid og brint, princippet om deres adskillelse er beskrevet ovenfor.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

OPFINDELSEN HAR FØLGENDE FORDELE

Varmen opnået ved oxidation af gasser kan bruges direkte på stedet, og hydrogen og ilt opnås ved bortskaffelse af spildamp og procesvand.

Lavt vandforbrug ved generering af elektricitet og varme.

Enkelheden i vejen.

Betydelige energibesparelser som det bruges kun på opvarmning af starteren til steady-state termisk regime.

Høj produktivitet i processen, fordi dissociation af vandmolekyler varer tiendedele af et sekund.

Eksplosion og brandsikkerhed af metoden, fordi i implementeringen er der ikke behov for beholdere til opsamling af brint og ilt.

Under installationens drift renses vand gentagne gange og omdannes til destilleret vand. Dette eliminerer sedimenter og kalk, hvilket øger installationens levetid.

Installationen er lavet af almindeligt stål; med undtagelse af kedler lavet af varmebestandigt stål med foring og afskærmning af deres vægge. Det vil sige, at der ikke kræves specielle dyre materialer.

Opfindelsen kan finde anvendelse i

industri ved at erstatte kulbrinte og nukleart brændsel i kraftværker med billigt, udbredt og miljøvenligt vand, samtidig med at kraften fra disse anlæg opretholdes.

Forbrænding af brint

Brint føder derfor vand. Vand opnås ved forbrænding af brint - ved at kombinere brint med ilt. En meget stor mængde energi frigives under reaktionen.

2H2 + O2 = 2H2O + Q

Det betyder, at brint kan bruges som brændstof. Og som med ethvert brændstof skal brint håndteres med forsigtighed.

Vi får brint ved omsætning af zink med saltsyre.

Vi antænder brint i slutningen af ​​gasudløbsrøret. I starten er flammen næppe synlig (brint farvelægger ikke flammen). Gradvist bliver glasrøret varmt, og flammen bliver gul: de natriumforbindelser, der udgør glasset, farve flammen.

Fig. 2. Forbrænding af brint

Så brint er brændstof. Jetmotorer kan køre på brint og ilt. Reaktionsvarmen ved brintforbrænding bruges til svejsning og skæring af metaller. Når brint forbrændes i ren ilt, når temperaturen 2800 ° C. Denne flamme smelter kvarts og de fleste metaller. Det er vigtigt, at brint er et miljøvenligt brændstof. produktet af dens forbrænding er vand.

PÅSTAND

Metode til fremstilling af brint og ilt fra vanddamp

, herunder at føre denne damp gennem et elektrisk felt, kendetegnet ved, at de bruger overophedet vanddamp med en temperatur
500 - 550 ° C
, ledes gennem et højspændings jævnstrøm elektrisk felt for at adskille damp og adskille det i hydrogen- og iltatomer.

Jeg har længe ønsket at gøre en lignende ting. Men yderligere eksperimenter med et batteri og et par elektroder nåede ikke. Jeg ville lave et fuldt udstyret apparat til produktion af brint i mængder til at puste en ballon op. Før jeg lavede et fuldt udstyret apparat til elektrolyse af vand derhjemme, besluttede jeg at kontrollere alt på modellen.

Elektrolysatorens generelle skema ser sådan ud.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Denne model er ikke egnet til fuld daglig brug. Men det lykkedes os at teste ideen.

Så jeg besluttede at bruge grafit til elektroderne. En fremragende kilde til grafit til elektroder er trolleybusopsamleren. Der er masser af dem, der ligger ved slutstoppene. Det skal huskes, at en af ​​elektroderne vil kollapse.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Vi så og afslutte med en fil. Intensiteten af ​​elektrolyse afhænger af styrken af ​​strømmen og området for elektroderne.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Ledninger er fastgjort til elektroderne. Ledningerne skal være omhyggeligt isolerede.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

For elektrolysermodellen er plastflasker meget egnede. Huller er lavet i dækslet til rør og ledninger.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Alt er grundigt overtrukket med fugemasse.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Afskårne flaskehalse er velegnede til at forbinde to beholdere.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

De skal sammenføjes, og sømmen skal smeltes.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Nødderne er lavet af flaskehætter.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Huller er lavet i to flasker i bunden. Alt er forbundet og omhyggeligt fyldt med fugemasse.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Vi bruger et 220V husstandsnetværk som en spændingskilde. Jeg vil advare dig om, at dette er et ret farligt legetøj. Så hvis du ikke har tilstrækkelige færdigheder, eller hvis der er tvivl, er det bedre ikke at gentage det. I husstandsnetværket har vi en vekselstrøm, til elektrolyse skal den rettes ud. En diodebro er perfekt til dette. Den på billedet var ikke stærk nok og brændte hurtigt ud. Den bedste mulighed var den kinesiske MB156-diodebro i en aluminiumskasse.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Diodebroen bliver meget varm. Aktiv køling er påkrævet. En køler til en computerprocessor er perfekt. En koblingsboks af passende størrelse kan bruges til kabinettet. Solgt i elektriske varer.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Flere lag pap skal placeres under diodebroen.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

De nødvendige huller er lavet i dækslet til samledåsen.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Sådan ser den samlede enhed ud. Elektrolysatoren får strøm fra lysnettet, blæseren drives af en universel strømkilde. En bagepulveropløsning anvendes som en elektrolyt. Her skal det huskes, at jo højere koncentrationen af ​​opløsningen er, jo højere er reaktionshastigheden. Men på samme tid er opvarmningen også højere. Desuden vil reaktionen af ​​natriumnedbrydning ved katoden bidrage til opvarmningen. Denne reaktion er eksoterm. Som et resultat dannes der hydrogen og natriumhydroxid.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Enheden på billedet ovenfor var meget varm. Det skulle slukkes med jævne mellemrum og vent, indtil det køler af. Opvarmningsproblemet blev delvist løst ved afkøling af elektrolytten. Til dette brugte jeg en springvandspumpe på bordpladen. Et langt rør løber fra en flaske til en anden gennem en pumpe og en spand koldt vand.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Relevansen af ​​dette emne i dag er ret høj på grund af det faktum, at anvendelsen af ​​brint er ekstremt omfattende, og i sin rene form findes det praktisk talt ikke nogen steder i naturen. Derfor er der udviklet adskillige teknikker, der muliggør ekstraktion af denne gas fra andre forbindelser gennem kemiske og fysiske reaktioner. Dette diskuteres i artiklen ovenfor.

Lektion Praktisk arbejde "At få brint og studere dets egenskaber."

Lektion 31, klasse 8 -

Emne:
Praktisk arbejde nr. 4 Indsamling af brint og undersøgelse af dets egenskaber.
Dato ____________20

MBOU "S (K) OSH №16", kemilærer Berezinskaya A.A.

Formål:

  • forbedre eksperimentelle færdigheder - teknikker til arbejde med laboratorieudstyr og stoffer evnen til at observere, drage konklusioner, udarbejde resultaterne af praktisk arbejde i notesbøger;
  • arbejde på udvikling af færdigheder inden for dygtig håndtering af brand, farlige stoffer.
  • evnen til at opstille ligninger af kemiske reaktioner, evnen til at drage konklusioner, følge sikkerhedsreglerne
  • udvide de studerendes horisonter og opbygge respekt for videnskabens historie.
  • udvikling af ideer om en sund livsstil i blokke: "Kemi i hverdagen - sikker opførsel."

Korrigerende mål:

korrektion og udvikling af sammenhængende mundtlig og skriftlig tale, korrektion og udvikling af motorhukommelse, udvikling af evnen til at drage konklusioner.

Udstyr:

  • laboratorieholder med fod, reagensglasholder, reagensglasholder, doseringsske, filterpapir
  • spirituslampe, tændstikker
  • automatisk Kiryushkin-enhed til opnåelse af gasser, 3 reagensglas, krystallisator med vand

Reagenser:

zinkgranuler, saltsyre (fortyndet), kobber (II) oxid.

Undervisningstype

: praktisk lektion (virtuelt laboratorium)

Sikkerhedsbestemmelser:

Arbejde med en spirituslampe; arbejde med glas; Kontrol af enheden for lækager.

Fremskridt:

I. Forberedelse til praktisk arbejde.

  1. Sikkerheds briefing, når du arbejder med tørt brændstof.
  2. Teknisk orientering om, hvordan man udfører praktisk arbejde.

II. Videnopdatering

  1. Hvilke udgangsmaterialer vil vi bruge til at opnå brint?
  2. Skal reaktionsblandingen opvarmes?
  3. Hvad skal man se efter, når man optager observationer?
  4. Hvilken enhed vil vi bruge til at producere brint?
  5. Hvilke metoder kan bruges til at indsamle brint, hvorfor?

Kendskab til instruktionerne: tutorial side ________

III. Praktisk arbejde (se videoen: Brintproduktion.)

III. Konsolidering af viden, evner, færdigheder.

Når du har udført arbejdet, skal du drage en konklusion, skrive alle resultaterne ned i en notesbog.

Lektier: § ________.

Praktisk arbejde nr. 4. Produktion af brint og undersøgelse af dets egenskaber.

Jeg er fortrolig med sikkerhedsreglerne

Formål:

lære at modtage, indsamle brint; studere de fysiske og kemiske egenskaber af brint.

Udstyr:

laboratoriestativ med en fod, en holder til reagensglas, et stativ til reagensglas, en doseringsske, filterpapir, en spritlampe, tændstikker, en automatisk Kiryushkin-enhed til opnåelse af gasser, 3 reagensglas, en krystallisator med vand.

Reagenser:

zinkgranuler, saltsyre (fortyndet), kobber (II) oxid.

Fremskridt

1. En metode til fremstilling af brint - samspillet mellem aktive metaller og syrer.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑ + Q - under normale forhold

Bemærkninger:

  • reaktionen af ​​vekselvirkningen af ​​zinkgranulater med saltsyre forløber først langsomt, derefter meget voldsomt, reagensglas opvarmes
  • farveløs gas slipper ud af gasudløbsrøret
  • når den resulterende opløsning fordampes, forbliver der et hvidt pulver på glaspladen

2. Enheder til opnåelse og opsamling af brint

Fig. Enheden til produktion af brint er automatisk, hvilket giver dig mulighed for når som helst at stoppe reaktionen ved hjælp af en klemme (Kiryushkins enhed).

Opsamling af gas ved vandforskydning er mulig, fordi brint er let opløseligt i det.

- derfor er brint lettere end luft

3. Påvisning af brint - kontrollere det for renhed

Bemærkninger:

  • når den første portion gas brændes, høres en skarp gøen lyd
  • når man brænder den anden portion gas, høres en let bomuld Figur 5

    "P-lysken"

4. Brintets egenskab er et aktivt reduktionsmiddel

Bemærkninger:

  • pulveret skifter farve fra sort til kobber
  • farveløse væskedråber vises på reagensglasvæggene

Produktion:

En af måderne at få hydrogen på i laboratoriet er interaktionen mellem zink og fortyndet saltsyre, der danner et salt (zinkchlorid) og hydrogen. Brint er en farveløs gas, lugtfri, let opløselig i vand, lettere end luft, eksplosiv, når den blandes med luft, reducerer metaller fra deres oxider.

3

Husholdningers brintproduktion

Valg af elektrolysator

For at opnå et element i huset har du brug for et specielt apparat - en elektrolyser. Der er mange muligheder for sådant udstyr på markedet; enhederne tilbydes af både kendte teknologifirmaer og små producenter. Mærkeenheder er dyrere, men byggekvaliteten er højere.

Husholdningsapparatet er lille og let at bruge. Dets vigtigste detaljer er:

Perspektiv for opvarmning af brint Lee
Elektrolysator - hvad er det?

  • reformator;
  • rengøringssystem;
  • brændstofceller;
  • kompressor udstyr;
  • en beholder til opbevaring af brint.

Simpel ledningsvand tages som råmateriale, og elektricitet kommer fra en almindelig stikkontakt. Soldrevne enheder sparer strøm.

Hjembrint bruges i varme- eller madlavningssystemer. Og de beriger også brændstof-luft-blandingen for at øge kraften i bilens motorer.

Lav et apparat med dine egne hænder

Det er endnu billigere at fremstille enheden selv derhjemme. En tør celle ligner en forseglet beholder, der består af to elektrodeplader i en beholder med en elektrolytisk opløsning. World Wide Web tilbyder en række monteringsordninger til enheder af forskellige modeller:

  • med to filtre;
  • med top eller bund arrangement af beholderen;
  • med to eller tre ventiler;
  • med galvaniseret plade;
  • på elektroderne.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee
Elektrolyse enhed diagram
Det er ikke svært at skabe en simpel enhed til produktion af brint. Det vil kræve:

  • plade rustfrit stål;
  • gennemsigtigt rør;
  • fittings;
  • plastbeholder (1,5 l);
  • vandfilter og kontraventil.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee
Enheden til en simpel enhed til produktion af brint
Derudover er der brug for forskellige hardware: møtrikker, skiver, bolte. Det første trin er at skære arket i 16 firkantede rum, afskære et hjørne fra hver af dem. I det modsatte hjørne skal du bore et hul til boltning af pladerne. For at sikre konstant strøm skal pladerne forbindes i henhold til plus - minus - plus - minus skemaet. Disse dele er isoleret fra hinanden med et rør og ved forbindelsen med en bolt og skiver (tre stykker mellem pladerne). 8 plader er placeret på plus og minus.

Når pladerne er samlet korrekt, vil de ikke røre ved elektroderne. De samlede dele sænkes ned i en plastikbeholder. På det sted, hvor væggene berører, er der lavet to monteringshuller med bolte. Installer en sikkerhedsventil for at fjerne overskydende gas. Beslag monteres i beholderlåget, og sømmene forsegles med silikone.

Test af apparatet

For at teste enheden skal du udføre flere handlinger:

Perspektiv for opvarmning af brint Lee
Plan for brintproduktion

  1. Fyld med væske.
  2. Dæk med et låg, tilslut den ene ende af røret til beslaget.
  3. Den anden nedsænkes i vand.
  4. Tilslut til en strømkilde.

Efter at have tilsluttet enheden til en stikkontakt, vil elektrolyseprocessen og nedbøren efter et par sekunder være synlige.

Rent vand har ikke god elektrisk ledningsevne. For at forbedre denne indikator skal du oprette en elektrolytisk opløsning ved at tilføje et alkali-natriumhydroxid. Det findes i rørrensningsforbindelser som molen.

Sådan fungerer enheden

Elektrolysatoren består af flere metalplader nedsænket i en forseglet beholder med destilleret vand.
Selve kroppen har terminaler til at forbinde strømkilden, og der er en bøsning, hvorigennem der udledes gas.

Driften af ​​enheden kan beskrives som følger: en elektrisk strøm ledes gennem destilleret vand mellem plader med forskellige felter (den ene har en anode, den anden har en katode), opdeler den i ilt og brint.

Afhængigt af pladernes område har den elektriske strøm sin egen styrke, hvis området er stort, passerer en masse strøm gennem vandet, og der frigøres mere gas. Forbindelsesdiagrammet for pladerne er skiftevis, først plus, derefter minus osv.

Det anbefales, at elektroderne er lavet af rustfrit stål, som ikke reagerer med vand under elektrolyseprocessen. Det vigtigste er at finde rustfrit stål af høj kvalitet. Bedre at gøre afstanden mellem elektroderne lille, men så gasboblerne let kan bevæge sig imellem dem. Det er bedre at fremstille fastgørelseselementer fra det tilsvarende metal som elektroderne.

I denne udførelsesform inkluderer indretningen 16 plader, de er placeret inden for 1 mm fra hinanden.

På grund af det faktum, at pladerne har et ret stort overfladeareal og en tykkelse, vil det være muligt at passere høje strømme gennem en sådan anordning, men metallet bliver ikke opvarmet. Hvis du måler kapaciteten af ​​elektroderne i luft, bliver den 1nF, dette sæt bruger op til 25A i almindeligt vand fra en vandhane.

For at samle en brintgenerator med dine egne hænder kan du bruge en madbeholder, da dens plast er varmebestandig. Derefter skal du sænke gasopsamlingselektroderne med hermetisk isolerede stik, et dæksel og andre forbindelser i beholderen.

Hvis du bruger en beholder af metal, er elektroderne fastgjort til plastik for at undgå kortslutning. På begge sider af kobber- og messingbeslagene er der installeret to stik (montering - montering, montering) til gasudvinding. Kontaktstik og fittings skal fastgøres ordentligt ved hjælp af et silikontætningsmiddel.

Du kan også lave en gasgenerator derhjemme. Teknikken er detaljeret her:

Metoder til produktion af brint

Brint er et farveløst og lugtfrit gasformigt element med en massefylde på 1/14 i forhold til luft. I en fri stat er det sjældent. Normalt kombineres brint med andre kemiske grundstoffer: ilt, kulstof.

Brintproduktion til industrielle behov og kraftudvikling udføres ved flere metoder. De mest populære er:

  • elektrolyse af vand;
  • koncentrationsmetode
  • kondensvand ved lav temperatur
  • adsorption.


Brint kan ikke kun isoleres fra gasformige eller vandforbindelser. Brint produceres ved at udsætte træ og kul for høje temperaturer samt ved at behandle bioaffald.

Atomisk brint til energiteknik opnås ved hjælp af metoden til termisk dissociation af et molekylært stof på en ledning lavet af platin, wolfram eller palladium. Det opvarmes i en brintatmosfære under et tryk på mindre end 1,33 Pa. Og også radioaktive grundstoffer bruges til at opnå brint.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee
Termisk dissociation

Elektrolysemetode

Den enkleste og mest populære metode til brintudvikling er vandelektrolyse. Det tillader produktion af praktisk talt rent brint.Andre fordele ved denne metode er:

Perspektiv for opvarmning af brint Lee
Princippet om drift af elektrolysebrintgeneratoren

  • tilgængelighed af råmaterialer
  • modtagelse af et element under tryk;
  • evnen til at automatisere processen på grund af manglen på bevægelige dele.

Proceduren til opdeling af en væske ved elektrolyse er omvendt af forbrændingen af ​​brint. Dens essens er, at der under påvirkning af jævnstrøm frigøres ilt og brint ved elektroderne dyppet i en vandig elektrolytopløsning.

En yderligere fordel betragtes som produktionen af ​​biprodukter med industriel værdi. Således er der brug for en stor mængde ilt til at katalysere teknologiske processer i energisektoren, rydde op i jord og vandområder og bortskaffe husholdningsaffald. Tungt vand opnået under elektrolyse anvendes til energiteknik i atomreaktorer.

Brintproduktion efter koncentration

Denne metode er baseret på adskillelsen af ​​et element fra gasblandinger, der indeholder det. Således ekstraheres den største del af det industrielt producerede stof ved hjælp af dampreformering af metan. Brint ekstraheret i denne proces anvendes i energi, olieraffinering, raketbygningsindustrier såvel som til produktion af kvælstofgødning. H2-produktionsprocessen udføres på forskellige måder:

  • kort cyklus;
  • kryogen;
  • membran.

Sidstnævnte metode betragtes som den mest effektive og billigere.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Kondens ved lav temperatur

Denne metode til opnåelse af H2 består i stærk afkøling af gasformige forbindelser under tryk. Som et resultat omdannes de til et to-faset system, som efterfølgende adskilles af en separator i en flydende komponent og en gas. Flydende medier bruges til afkøling:

  • vand;
  • flydende etan eller propan;
  • flydende ammoniak.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Denne procedure er ikke så let som den lyder. Det vil ikke være muligt at adskille kulbrintegasser på én gang. Nogle af komponenterne efterlades med gas taget fra separationsrummet, hvilket ikke er økonomisk. Problemet kan løses ved dyb afkøling af råmaterialet inden adskillelse. Men dette kræver meget energi.

I moderne kondensatorsystemer med lav temperatur er der desuden tilvejebragt demethanisering eller deetaniseringskolonner. Gasfasen fjernes fra det sidste separeringstrin, og væsken sendes til udbedringskolonnen med den rå gasstrøm efter varmeveksling.

Adsorptionsmetode

Under adsorption bruges adsorbenter til at frigive hydrogen - faste stoffer, der absorberer de nødvendige komponenter i gasblandingen. Aktivt kul, silikatgel, zeolitter anvendes som adsorbenter. For at udføre denne proces anvendes specielle anordninger - cykliske adsorbere eller molekylsigter. Når den implementeres under tryk, kan denne metode genvinde 85 procent brint.

Hvis vi sammenligner adsorption med kondens ved lav temperatur, kan vi bemærke en lavere materialemæssige og driftsomkostning ved processen - i gennemsnit 30 procent. Brint produceres ved adsorption til energiteknik og ved brug af opløsningsmidler. Denne metode tillader ekstraktion af 90 procent H2 fra gasblandingen og opnå det endelige produkt med en brintkoncentration på op til 99,9%.

Perspektiv for opvarmning af brint Lee

Kedler

Ovne

Plastvinduer