Извлекаем горючий газ из воды
Модель полностью основана на патенте Хиллари Элдридж, США
603 058 «Electrical Retort» представленный 26 апреля 1898.
Горючий газ произведен электрической дугой полученной
графитовыми стержнями , погруженными в дистиллированную, питьевую, соленую или
другой тип воды, которая по существу состоит из водорода, кислорода, углерода и
других веществ.
Генератор производит смесь угарного газа и водорода (COh3),
которая сгорает очень чисто с кислородом воздуха, и может использоваться как
топливо для двигателя внутреннего сгорания. При сгорании COh3 образуется
углекислый газ и водяной пар, поэтому загрязнение окружающей среды крайне
незначительно.
Анализ газа, проведенный НАСА: Водород 46.483 %
Углекислый газ 9.329
Этилен 0.049
Этан 0.005
Ацетилен 0.616
Кислород 1.164
Азот 3.818
Метан 0.181
Угарный газ 38.370
Общее количество 100.015
Этот простой эксперимент предназначен исключительно для
доказательства основной концепции. Данный генератор не может быть использован для
длительного использования, и служит лишь для демонстрации.
Вам потребуется немного материалов, генератор очень просто построить и проверить ….
Будьте осторожны, генератор производит взрывчатый газ, Вы
обязаны проводить этот опыт в хорошо проветриваемом помещении или на открытом
воздухе. Вы не должны курить в течение опыта.. Не забудьте, что угарный газ
(CO) — очень ядовит, не вдыхать его! Эксперимент предназначен только для
опытных . Экспериментатор должен быть очень осторожен во время опыта !Опыты
проводятся вами на свой страх и риск. Я не принимаю на себя никакой
ответственности за все, что может случиться при неправильном использовании
Вам понадобится только :
— Небольшая пластмассовая бутылка из под газированной воды,
— два графитовых стержня (70 mm длина, 6 mm диаметр)
— один 1 ом 50Watts резистор
— Трансформатор постоянного тока, который в состоянии
обеспечить 35v / 10A
— провода, разъемы и кремниевый цемент, либо любой другой
водостойкий состав.
Нужно
очень немного материалов …..
1) Высверлить два диаметральных отверстия (10 mm диаметр) в 60 mm от основания бутылки и
вставьте графитовые стержни с (резинками от стиральной машины — для
герметизации) и проклеить резинки кремниевым цементом. Желательно , чтобы конец
одного из графитовых стержней был конусным . Два стержня должны быть перед
включением в слабом контакте (см. ниже).
2)
Соедините 1 ом 50W резистор последовательно с одним из графитовых стержней и
одним из полюсов трансформатора ( 34В/15А постоянного тока), другой полюс
дополнительные приборы чтобы измерить ток и напряжение. Заполните ваш генератор
только дистиллированной или очищенной пресной водой.
3)
Теперь вы готовы получить горючий газ…
Будьте осторожны ! УДАЧИ !
Чем газируют воду в бутылках
Природная газированная вода известна человечеству с древних времен, а вотискусственное газирование воды запатентовали почти два века назад, в первой половине 19-го века. Сегодня процесс насыщения воды газом воды поставлен на широкую основу.
Способы газирования
Вопросы от потребителей, чем газируют воду в бутылках и не вредна ли она для организма, встречаются довольно часто.
Современных способов сделать воду газированной всего два:
• механический;
• химический.
Механический метод газирования заключается в том, что воду насыщают диоксидом углерода. Первоначально ее охлаждают и с помощью специального оборудования из нее убирается лишний воздух.
Затем в специальных аппаратах (акратофорах, металлических танках, сифонах или сатураторах) в подготовленную воду вводят диоксид углерода (углекислый газ). Происходит насыщение углекислым газом. Обычно соблюдается пропорция 5-10 грамм газа на один литр воды.
Двуокись углерода не только обеззараживает воду и очищает ее от вредных примесей, вирусов и микробов. Углекислый газ является отличным консервантом, благодаря ему увеличиваются сроки хранения.
Как газируют воду химическим методом? В нее добавляют кислоту и пищевую соду в пропорциях, которые определены по технологии. Таким образом получается сельтерская вода или содовая.
В сельтерской воде отсутствуют соли натрия, а содовая насыщена минеральными компонентами.
Виды газированной воды
Газированная вода делится на четыре группы (в зависимости от насыщения солями):
1. Питьевая
2. Столовая (солей входит не более 1 грамма на литр). Служит для изготовления прохладительных напитков.
3. Лечебно-столовая (содержание солей колеблется от 1 до 10 г/л). Не рекомендуется, чтобы готовить на ней пищу.
4. Лечебная (состав солей более 10 граммов ).
В свою очередь лечебная вода, насыщенная газами, подразделяется на:
• хлоридную;
• сульфатную;
• гидрокарбонатную.
Полезные свойства и предосторожности
Газированная вода не только отлично утоляет жажду, но и насыщает организмполезными микроэлементами. Она отлично очищает органы от продуктов вредных веществ, продуктов распада, разжижает кровь.
Однако стоит помнить о том, что злоупотребление газировкой может негативно влиять на слизистую желудка. Так что людям, у которых есть заболевания в этой области, стоит пить ее в небольших количествах.
вредна или полезна для организма человека :: WebKuler
Газировка приобрела такую же популярность как чай или кофе, так как выступает альтернативой наскучившим напиткам. Колючие пузырьки углекислого газа делают воду приятней. Сегодня легко найти газированный напиток на свой вкус. Но до сих пор ведется спор, какую роль играет для организма газация воды, и так ли она безопасна. Об этом вы узнаете в нашей статье.
Газированная вода: вред или польза для организма?
Структура жидкости меняется за счет обогащения углекислым газом, и так появляется газировка. Существует три степени газации:
- слабая,
- средняя;
- сильная.
Минеральная вода относится к типу газированных напитков. Но так как в ее составе есть микроэлементы, а также биологически активные компоненты, все меньше людей задается вопросом: полезна или вредна минералка. Благодаря составу она оказывает пользу нашему организму. Негативное воздействие жидкости возможно только в том случае, если употребляется низкокачественный напиток и в количестве, превышающем норму.
Полезно ли пить газированную воду
Жидкость с газом, не обогащенная сахаром — безопасна для организма. Польза газированной воды в том, что она хорошо утоляет жажду. Ее проще и вкуснее пить.
Чем полезна газированная вода для организма особенно хорошо знают врачи. Поэтому прописывают ее пациентам в случаях, когда необходимо повысить кислотность желудочного сока. Также присутствие углекислого газа в воде позволяет дольше сохраняться полезным микроэлементам, не допуская при этом развития вредных бактерий.
Среди газированных напитков полезной признана минералка природной газации. В составе содержится максимум полезных элементов, которые сохраняют целостность костей, мышц, зубной эмали.
Чем вредна газированная вода
Сам по себе углекислый газ добавленный в воду не несет вреда для организма человека. Но пузырьки повышают кислотность желудка, поэтому во время приема минеральной или газированной воды натощак может возникнуть вздутие живота.
Кроме того, сегодня производители предлагают широкий выбор сладких напитков. Перечислим какой вред возможен от газированной воды с сахаром:
- приводит к ожирению;
- нарушает зубную эмаль;
- повышает риск развития диабета.
Такие напитки не несут никакой энергетической ценности для организма, поэтому часто пить их не рекомендуют. Также стоит узнать, вредно ли пить газированную воду именно вам, так как у каждого организма есть свои физиологические особенности.
Как правильно пить газированную воду
Для того, чтобы употребление газировки не наносило никакого вреда, следует:
1. Пить жидкость в небольших количествах.
2. Не употреблять газировку натощак.
3. Отдавать предпочтение слабо- или среднегазированным напиткам.
4. Исключить лимонады или хотя бы уменьшить потребление.
Минеральная воды бывает трех степеней минерализации. Высокая степень не подходит для ежедневного употребления и выписывается сугубо в лечебных целях. Жидкость со слабым и средним уровнем подходит для ежедневного приема. Также газированную воду можно пить на диете, но польза от нее будет не выше, чем от обычной воды.
Кому противопоказана вода с газом
Газировка противопоказана людям с гастритом, язвой и другими заболеваниями, связанными с повышенной чувствительностью слизистой оболочки желудка.
Специалисты не рекомендуют употреблять газированную воду беременным и кормящим женщинам. Так как жидкость имеет сильное воздействие на организм и даже препятствует нормальной работе желудка — это может привести к изжоге и вздутию. Начинать употреблять газированные напитки можно детям, достигшим 3 лет.
Где покупать воду с газом
Прежде чем приобретать газированную воду, ознакомьтесь с нашим каталогом. Мы предлагаем лечебно-столовую продукцию от проверенных производителей. Широкий выбор минеральной воды от ведущих производителей Северного Кавказа, разного уровня минерализации и спектра действия на здоровье человека вы сможете найти в наших магазинах Кулер. Заказывайте качественную бутилированную воду для дома и офиса. Мы будем рады Вам!
Как газировать воду в домашних условиях?
Дата публикации: 29.08.2019
Дата обновления: 27.05.2021
Как газировать воду?
Многие любят пить газированную воду. Самым популярным веществом, которым насыщают воду, является углекислый газ, реже это его смесь с азотом или кислород. Стоит заметить, что помимо органолептических качеств углекислый газ выполняет роль консерванта.
Существует два типа насыщения воды газом.
- Механический — когда углекислота из баллона подается в предварительно охлажденную воду. Так производятся привычные воды с прилавков супермаркетов.
- Химический — в такую воду добавляют химические реагенты, которые при взаимодействии выделяют углекислый газ. Так производят содовую.
В промышленных масштабах воду газируют с помощью специальных приборов — сатураторов, которые подключаются к баллону с газом. Перед тем как газировать воду углекислотой ее обязательно охлаждают, поскольку его растворимость растет со снижением температуры воды.
Как газировать воду дома?
Изучив обилие методов, описанных в интернете, расскажем о том, как газировать воду дома можно, а как все-таки не стоит.
Есть два реальных, эффективных и безопасных способа:
- Использование бытового сатуратора.
- Приготовление содовой.
Сегодня существуют специальные небольшие сатураторы, которые называют сифонами. Они используются как в бытовых условиях, так и в барах.
Как работает сифон или сатуратор для воды?
Устройство представляет собой набор из:
- собственно сифона, который равномерно выделяет в воду углекислый газ;
- сменных баллончиков с углекислым газом небольшого объема;
- металлической, пластиковой или стеклянной емкости для воды.
Алгоритм использования предельно простой. Вода наливается в емкость для газирования, на нее накручивается сатуратор. Потом с него откручивается защитный клапан в верхней части сифона. На его место аккуратно, прямо по резьбе вкручивается баллончик с газом, чтобы игла расположенная внутри сифона правильно пробила баллон. После этого газ начнет поступать в воду, нужно подождать немного времени. Чтобы налить воду, нужно просто нажать на кнопку или зажать рычаг.
С помощью такого прибора можно приготовить дома разные напитки, например тархун или мохито.
Если же вы уж очень большой любитель воды или любите собирать большие компании, то можете приобрести большой баллон с углекислым газом и специальный сатуратор к нему.
Как приготовить содовую дома?
Углекислый газ получается путем взаимодействия карбонатов с кислотами. Самыми распространенными компонентами, которые вы можете найти у себя дома, являются пищевая сода (NaHCO3) и лимонная кислота (или же сок свежего лимона). Для приготовления содовой нужно использовать по одной чайной ложке соды и лимонной кислоты (можно заменить соком 1 лимона), 6 столовых ложек сахара и 1 литр чистой холодной воды. Смесь нужно перемешать и залить водой. По желанию можно добавлять лед и мяту.
Пить такую воду надо быстро, так как крупнодисперсные пузырьки склонны очень быстро исчезать.
Вредные советы
Газированная вода своими руками — это большое поле для творчества юных и не очень экспериментаторов, поговорим же о нем. Если вам интересно, как приготовить воду без сифона, подразумевает использование двух бутылок, трубочки, соды и уксуса.
Почему мы не рекомендуем использование данного метода:
- Уксус имеет неприятный едкий запах, при наливании, выливании больших его объемов вы непременно получите большой дискомфорт и запах уксуса в носу на ближайшие сутки. А поскольку уксусная кислота сильно летучее вещество, то изготовленное вами питье имеет большие шансы иметь “приятный уксусный запах”.
- Чтобы обеспечить герметичность бутылей в месте присоединения, нужно воспользоваться как минимум фумлентой, в противном случае вы будете газировать воздух (в основном парами уксуса).
- Наш самый любимый этап — “Потрясти”. Если соотношение соды и углекислого газа достаточны для газирования воды, то на этом этапе, скорее всего, у вас вылетит трубка, бутылку раздует, и в худшем случае она просто лопнет и обольет вас водой.
- Если вас не обольет водой сразу, то, скорее всего, это произойдет, когда вы открутите бутыль.
- И последнее, если вашу “установку” не разорвало, то уровень газирования воды, скорее всего, не будет достигать даже 5 грамм на литр, что обычно не обеспечивает привычного «газированного» эффекта.
Кто и когда придумал делать газированную воду?
Сама природа
Факт: газированная вода встречается в природе. Кроме минеральных вод, насыщенных углекислым газом, есть и другие. Например, сульфидные (сероводородные), азотные, кремнистые, бромистые. Их целебные свойства известны людям с древности: трактаты писали и греческие, и римские ученые. Самыми полезными для человека считают углекислые воды. Особенно их источники распространены на Кавказе, Памире, Саянах, Камчатке, в Закарпатье и Забайкалье. Так что минеральные газированные воды — нарзан, боржоми, арзни, ессентуки — названы так по местностям, в которых из-под земли бьют целебные ключи: Нарзан, Боржоми, Арзни и Ессентуки.
Фото: pexels.comТранспортная доступность
Итак, все узнали, что углекислота полезна. Она оказывает благоприятное действие на слизистую оболочку желудка, вызывает отделение желудочного сока, повышает его кислотность, а также стимулирует моторную функцию желудка и кишечника. Но вот в чем проблема: природные минеральные воды нельзя хранить слишком долго. Уже через несколько дней в них появляется осадок и они становятся непригодными для питья. Проблема сохранения и транспортировки минеральной воды была решена, когда ученые изобрели искусственную газификацию воды. Выяснилось, что в определенных концентрациях углекислый газ удерживает соли от выпадения в осадок, обеззараживает и дезинфицирует воду, то есть проявляет себя как консервирующее вещество. К тому же, заметно улучшает вкусовые качества воды.
Торберн Бергман Фото: wikipedia.orgПервый пошел
Насыщать воду углекислым газом придумал в 1770 году шведский химик Торберн Бергман. Он сконструировал первый аппарат, позволяющий с помощью насоса насыщать воду углекислым газом. Этот аппарат он назвал сатуратором — от латинского слова saturo («насыщать»). (Интересно, что он же изобрел ластик.) Спустя 13 лет немецкий предприниматель Якоб Швепп, живший в Швейцарии, усовершенствовал прибор Бергмана и поставил производство газированной воды на поток. Так образовалась ныне всемирно известная фирма Schweppes. Вскоре вода с пузырьками появилась в Великобритании и Франции, затем распространилась по всей Европе, а в начале XIX века «перешагнула» через океан.
Попросили добавку
Интересно, что содовая возникла из-за экономии. Для удешевления производства, кроме сатураторов, для газирования стали применять обычную пищевую соду. Поэтому очень долго такую воду называли содовой. В 1830-е годы в нее стали добавлять различные вкусовые добавки. Особенно была популярна лимонная кислота, которую лишь незадолго до того времени научились выделять из лимонного сока. Газировка с лимонной кислотой стала известна как лимонад. А 8 мая 1886 года на свет появилась Coca-Cola. Но об этом вы уже, конечно, знаете.
Как назвали
В Россию первые бутылки с газировкой прибыли в начале XIX века из Европы. На бутылках красовалось название популярного целебного источника Нидерзельтерс (Niederselters), расположенного в Германии. Отсюда и пошло надолго приклеившееся к газировке название — сельтерская.
Получить автомат
В СССР все пили газировку из автоматов. Первый такой автомат был установлен 16 апреля 1937 года в столовой Смольного, в Ленинграде. А после войны они уже были распространены повсеместно. Стакан газировки стоил одну копейку, а с добавлением сиропа — три копейки. После мытья стеклянного стакана в специальном устройстве его использовали повторно много раз. На гигиену никто не жаловался.
Фото: gettyimages.comДома лучше
В советские времена были популярны бытовые сатураторы — сифоны. На металлический или стеклянный сосуд, наполненный простой водой, навинчивался сменный баллончик с углекислым газом. При этом пробка баллончика прокалывалась и газ поступал в сифон. Каждая семья, обладающая волшебным аппаратом, могла самостоятельно делать настоящую газировку с пузырьками прямо у себя дома.
Fanta влилась
Первую Coca-Cola и Fanta в России попробовали на Олимпийских играх в Москве. Интересно, что в 1974 году между правительством Советского Союза и компанией был подписан договор, согласно которому в СССР с 1979 года было начато производство «дочернего» напитка Coca-Cola — Fanta. А первый российский завод по производству Coca-Cola стали строить после распада СССР — в 1992 году. Но это уже совсем другая история.
Ученые рассказали о потенциальной опасности минералки с газом
Употребление газированных напитков может спровоцировать ряд тяжелых заболеваний желудочно-кишечного тракта, в том числе онкологических болезней. К такому выводу пришла группа ученых под руководством Марка Перейры из Университета Миннесоты. Как сообщает сайт aif.ru, исследование, в котором участвовало свыше 60 тысяч жителей Сингапура, проводилось 14 лет. В результате оказалось, что у любителей газированной воды на 87 процентов выше риск возникновения рака поджелудочной железы. Подобный эффект они связали с употреблением сладкой газировки, которая стимулирует повышенный синтез инсулина в организме.
Впрочем, поклонникам минеральной воды с газом также следует задуматься о своем здоровье, и обратить внимание на ее применение. Ведь даже лечебная минералка с «пузырьками» может иметь побочный эффект при неправильном применении. Особенно небезопасна минеральная вода, которая искусственно наполнена газом. Кстати, бывает, что из природной газированной воды газ естественным образом исчезает, и перед розливом в бутылки его снова, уже искусственно, добавляют в воду. По мнению врачей-гастроэнтерологов, «не родной» газ может помешать усвоению минеральных веществ самой воды.
Кандидат медицинских наук, врач-терапевт, гастроэнтеролог, специалист в области психосоматики Ирина Пичугина считает, что на организм оказывает влияние регулярность употребления, условия, качество напитка и состав.
«Углекислый газ в газированной воде раздражает слизистую желудка, стимулирует секрецию соляной кислоты и ее агрессивность, а также усиливает вздутие и нарушает моторику желудочно-кишечного тракта. Поэтому особенно вредной газированная вода может быть для пациентов с гастритом, язвенной болезнью поджелудочной железы и кишечника», — считает медик.
Впрочем, полагать, что любая минералка с «пузырьками» опасна для здоровья нельзя. Главное четко следовать рекомендациям медиков и даже принимая лечебную «газировку» следует соблюдать правила. Во-первых, не больше двух стаканов в день. Во-вторых, при хроническом гастрите с повышенной кислотностью и язве минералку пьют быстро, почти «залпом», а при нормальной и пониженной кислотности — медленно, маленькими глотками.
С газом или без? Геронтологи рассказали, какую воду пить во время еды
Еще в 1767 году английский химик Джозеф Пристли сумел насытить раствор углекислым газом и получил первую бутылку искусственной газированной воды. Такая вода пузырится в стакане, дает пенную шапку и приятно покалывает язык. Но влияние подобных напитков на организм определяется не столько наличием пузырьков, сколько их исходным составом. В эфире канала «Россия 1» на вопрос, как минеральная вода влияет на процесс пищеварения, ответили эксперты-геронтологи – член-корреспондент РАН, профессор Владимир Хацкелевич Хавинсон и доктор медицинских наук, профессор, президент Российского общества антивозрастной медицины Светлана Владиславовна Трофимова.
Определяя суточный объем потребления жидкости для человека, нужно учитывать только обычную питьевую воду! Попадая в рот, кусочек еды переваривается там, так как слюна содержит большое количество специальных ферментов, участвующих в пищеварении. Далее на пищу начинает воздействовать желудочный сок, превращая ее в химус. В течение трех-четырех часов вся пища находится в желудке. Поступление жидкости никаким образом не влияет на скорость пищеварения. Следовательно, мнение о том, что во время еды нельзя пить воду, не подтверждается.
Почему во время еды полезно пить воду? Вода, поступая в желудок, немного растягивает его, и создается ощущение сытости. Употребление одного-двух стаканов воды позволяет уменьшить количество съеденной еды, то есть мы не переедаем.
Чем отличается газированная вода от негазированной? Газированная вода содержит углекислый газ, который может быть сделан искусственно или может быть натуральным. Минеральные Воды, Кисловодск, Железногорск, Старая Русса – знаменитые российские курорты с минеральными источниками. Потребление таких минеральных вод очень полезно!
В чем польза газированной воды, содержащей различные минеральные вещества? Она нормализует водно-солевой баланс. Такая вода способствует активации всех метаболических процессов в нашем организме, то есть очищает его. Натуральная минеральная вода нормализует пищеварение, она активирует выработку ферментов в организме. Некоторые минеральные воды показаны при поражении суставов, при артритах и артрозах. Ее рекомендуют пить при лечении некоторых форм бронхитов, содержащиеся в ней минеральные соли способствуют разжижению мокроты и быстрому излечению. Во время пневмонии врачи часто назначают специальные воды. И, конечно же, такая вода способствует укреплению иммунитета, так как в ней есть йод, который необходим для регуляции различных функций эндокринных органов. А бром, содержащийся в ней, очень успокаивает нервную систему.
Комбинируйте обычную воду с газированной! Пейте минеральную воду в количестве не более 500 миллилитров в день. Переизбыток такой воды может вызвать язву, колики и вздутие живота и даже повысить давление.
Получение газа с водой: деятельность в области химии и технических наук
Электролиз — это химическое разложение, производимое электричеством; в данном случае химическим веществом, которое вы разлагаете, является вода.
Молекулярная формула воды — H 2 O, где H означает водород, а O — кислород. В стакане воды многие молекулы естественным образом разделяются на ионы водорода (H + ), которые заряжены положительно, и ионы гидроксида (OH — ), которые заряжены отрицательно.Ваше устройство для электролиза вызывает реакции, которые еще больше разрывают воду.
Поскольку противоположные заряды притягиваются, ионы гидроксида кислорода мигрируют к положительному электроду, а ионы водорода — к отрицательному.
Элементарно и кислород, и водород предпочитают быть двухатомными или двухатомными молекулами. На положительном электроде атомы кислорода вытягиваются из гидроксид-ионов и затем объединяются, образуя пузырьки газообразного кислорода (O 2 ).Точно так же на отрицательной клемме ионы водорода объединяются, образуя пузырьки газообразного водорода (H 2 ). Ниже приведено химическое уравнение, описывающее происходящее.
2 H 2 O (л) → 2 H 2 (г) + O 2 (г)
Газы кислорода и водорода прозрачны и не имеют запаха. Так как же узнать, в какой пробирке какой газ? Вот подсказка: один заполнялся быстрее, чем другой.Для образования газа доступно в два раза больше атомов водорода, и, следовательно, объем образующегося газообразного водорода должен быть больше, чем объем газообразного кислорода.
Тест на шину дает еще один ключ к разгадке: газообразный водород очень легко воспламеняется — факт, ставший известным благодаря катастрофе с цеппелином Гинденбурга — и при зажигании издает взрывной хлопающий звук. Кислород, с другой стороны, на самом деле не горюч, но он необходим для горения, поэтому ваш сплит снова загорится кислородным газом.
Соль Эпсома, также известная как сульфат магния (MgSO 4 ), растворяется в воде, чтобы помочь вашей батарее более эффективно расщеплять воду.Соль Эпсома распадается на заряженные частицы, называемые ионами, которые помогают проводить электрический ток через раствор.
Определение и использование водяного газа
Водяной газ — это горючее, содержащее окись углерода (CO) и водород (H 2 ). Водяной газ получается путем пропускания пара над нагретыми углеводородами. В результате реакции водяного пара с углеводородами образуется синтез-газ. Реакция конверсии водяного газа может использоваться для снижения уровня диоксида углерода и обогащения водородом с образованием водяного газа.Реакция конверсии водяного газа:
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
История
Реакция конверсии водяного газа была впервые описана в 1780 году итальянским физиком Феличе Фонтана. В 1828 году водяной газ был произведен в Англии путем продувки пара раскаленным коксом. В 1873 году Таддеус С.С. Лоу запатентовал процесс, в котором для обогащения газа водородом использовалась реакция сдвига водяного газа. В процессе Лоу сжатый пар выпускался над раскаленным углем, а тепло поддерживалось с помощью дымоходов.Полученный газ охлаждали и промывали перед использованием. Процесс Лоу привел к развитию газовой промышленности и разработке аналогичных процессов для других газов, таких как процесс Габера-Боша для синтеза аммиака. Когда стал доступен аммиак, холодильная промышленность выросла. Лоу владел патентами на льдогенераторы и устройства, работающие на водородном газе.
Производство
Принцип добычи водяного газа прост. Пар проходит над раскаленным или раскаленным добела углеродным топливом, вызывая следующую реакцию:
H 2 O + C → H 2 + CO (ΔH = +131 кДж / моль)
Эта реакция эндотермическая (поглощает тепло), поэтому для ее поддержания необходимо добавлять тепло.Это можно сделать двумя способами. Один из них — чередовать пар и воздух, чтобы вызвать возгорание некоторого количества углерода (экзотермический процесс):
O 2 + C → CO 2 (ΔH = -393,5 кДж / моль)
Другой метод — использовать газообразный кислород, а не воздух, который дает угарный газ, а не углекислый газ:
O 2 + 2 C → 2 CO (ΔH = −221 кДж / моль)
Различные формы водяного газа
Есть разные виды водяного газа.Состав получаемого газа зависит от процесса, использованного для его получения:
- Реакционный газ конверсии водяного газа : Это название, данное водяному газу, полученному с использованием реакции конверсии водяного газа для получения чистого водорода (или, по крайней мере, обогащенного водорода). Монооксид углерода из начальной реакции реагирует с водой для удаления диоксида углерода, оставляя только газообразный водород.
- Полуводяной газ : Полуводяной газ — это смесь водяного газа и генераторного газа.Производственный газ — это название топливного газа, получаемого из угля или кокса, в отличие от природного газа. Полуводяной газ получается путем сбора газа, образующегося при чередовании пара с воздухом для сжигания кокса, чтобы поддерживать достаточно высокую температуру для поддержания реакции водяного газа.
- Карбюретированный водяной газ : Карбюретированный водяной газ производится для повышения энергетической ценности водяного газа, которая обычно ниже, чем у угольного газа. Водяной газ попадает в карбюратор, пропуская его через нагретую реторту, опрысканную маслом.
Использование водяного газа
Водяной газ, используемый в синтезе некоторых промышленных процессов:
- Для удаления углекислого газа из топливных элементов.
- Вступил в реакцию с генераторным газом для получения топливного газа.
- Используется в процессе Фишера-Тропша.
- Используется для получения чистого водорода для синтеза аммиака.
Превращая воду в топливо | Журнал Hakai
Основной текст статьи
Дэн Эспозито, инженер-химик из Колумбийского университета в Нью-Йорке, помещает свой недавно собранный энергогенерирующий аппарат под галогенную лампу.Наполненное соленой водой устройство выглядит как стеклянный котелок с черной крышкой, украшенный четырьмя небольшими солнечными батареями. Он подключает проводку панелей к погруженным в воду электродам и включает лампу. Почти сразу же вокруг электродов начинают образовываться маленькие пузырьки, которые всплывают, как будто вода вокруг них кипит.
УстройствоЭспозито — это не кухонный гаджет, а инструмент на солнечной энергии для извлечения водорода из воды. Стеклянный горшок — это просто емкость с водой, а плавучая черная крышка — прототип водородной топливной установки.
Настоящее устройство, которое будет в тысячи раз больше прототипа, однажды сможет плавать на поверхности океана, преобразовывая солнечную энергию в электрический ток, который расщепляет воду на кислород и водород. Хотя эта технология все еще находится на начальной стадии, она может стать решением давней проблемы создания надежного и доступного источника газообразного водорода.
«До сих пор мы делали это только в лабораторных условиях», — говорит Эспозито. «Но это концептуальный прототип».
В отличие от ископаемого топлива на основе углерода, при котором в качестве побочного продукта выделяется углекислый газ, газообразный водород является топливом с нулевым уровнем выбросов.Когда горит, остается только вода. По данным Министерства энергетики США, водородный топливный элемент в сочетании с электродвигателем в два-три раза эффективнее бензинового двигателя.
Но эффективное извлечение водорода из природных соединений, таких как метан или вода, было технологическим святым Граалем.
Водород можно извлечь из пресной воды, но это более дефицитный и более ценный ресурс, чем морская вода. Фото любезно предоставлено Даниэлем Эспозито
Ученые пытались выделить водород из воды более века.В статье Scientific American от 1868 года упоминается водный электролиз, наряду с ветроэнергетикой и другими идеями, в качестве альтернативы ископаемому топливу. Но электролиз, при котором электрический ток пропускается через воду, сам по себе требует энергии, а существующие технологии не позволяют извлекать водород с экономичными затратами. Кроме того, разделенные атомы водорода и кислорода будут рекомбинировать, если им позволено, часто с большой силой.
В 20 веке ученые разработали устройства для электролиза морской воды, которые могли отделять водород от воды с помощью тонких мембран.Но эти приспособления были склонны к засорению и биообрастанию.
«Ионы магния и кальция осаждают и закупоривают поры мембран, к которым прикрепляются микробы и другие формы жизни», — объясняет Эспозито. «Вы можете очистить их, но это увеличивает стоимость».
Чтобы решить эту проблему, Эспозито и его команда создали первую в своем роде безмембранную водородную установку. По своей конструкции реактивные стороны электродов, которые фактически выполняют работу по производству водорода и кислорода, обращены друг к другу.При приложении электрического заряда и реакции разложения воды водород образуется на отрицательном электроде, в то время как кислород собирается на положительном электроде, при этом оба газа естественным образом отделяются друг от друга.
Такая конструкция удерживает газообразные водород и кислород достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить их рекомбинацию в молекулы воды. Вместо этого молекулы плавают вдоль вертикальных электродов, поднимаясь вверх, образуя более крупные пузыри. Вверху водород собирается в контейнер, в то время как кислород выпускается в атмосферу — возможно, добавляя запах свежего воздуха в подвальную лабораторию Эспозито.
Эспозито говорит, что коммерческое производство водорода из морской воды все еще далеко, но как только технология будет совершенствоваться, плавучие буровые установки будут функционировать примерно так же, как нефтяные, без опасения загрязняющих разливов.
При работе вблизи берега водород может быть доставлен на сушу по трубам. Если буровая установка находится в глубоком море, газ придется перекачивать в танкеры. Другая возможность, говорит Эспозито, — использовать дирижабли или воздушные шары для доставки газа, используя естественную плавучесть водорода.
Если бы мы хотели использовать морское производство водорода для замены всей нефти, используемой сегодня в мире, плавучие буровые установки должны были бы покрыть лишь крошечную часть мирового океана — около 162 000 квадратных километров, — говорит Эспозито. Это немного меньше, чем Флорида, и больше, чем штат Нью-Йорк, или примерно 0,032 процента поверхности нашего земного шара.
«Это все, что вам нужно для снабжения нашей планеты морской водой и солнцем», — говорит Эспозито.
Метан в колодезной воде — EH: Министерство здравоохранения Миннесоты
Метан иногда обнаруживается в подземных водах и колодцах Миннесоты.Неизвестно, что он представляет опасность для здоровья при проглатывании. Однако метан может быть легковоспламеняющимся и взрывоопасным при смешивании с воздухом и может вытеснять кислород при попадании в замкнутое пространство, что приводит к удушью. Метан также может вызвать проблемы с работой колодезного насоса и водяной системы. Метан из колодца и системы водоснабжения должен выбрасываться в атмосферу за пределами замкнутых пространств, таких как дома-колодцы или дома. Удаление метана из воды обычно включает аэрацию.
На этой странице:
Метан
Метан в скважинах
Здоровье и безопасность
Испытания на содержание метана
Вентиляция
Удаление и обработка метана
Аэрация
Газовый кожух
Проблемы с перекачкой
Метан
Метан (CH 4 ) представляет собой простой углеводород, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода.Метан бесцветен, без вкуса и запаха. Запах «природного газа» исходит от добавленного химического вещества, чтобы его было легче обнаружить. «Болотный газ» — это в основном метан, как и «природный газ». Большая часть метана в подземных водах Миннесоты возникает в результате разложения растительности или других органических материалов, смешанных с отложениями, тысячи или даже миллионы лет назад.
Перейти> наверх.
Метан в скважинах
Большинство скважин в Миннесоте не содержат метана. Те, что даёт, вероятно, менее 1 процента, в основном скважины, пробуренные в ледниковых отложениях.Появление метана непредсказуемо — его присутствие в одной скважине, как правило, не является предиктором его появления в других соседних скважинах. Даже несмотря на то, что метан в скважине мог образоваться в результате тех же процессов, которые производят современный «болотный газ», присутствие соседнего болота не является предиктором того, что метан будет в скважине, а современное болото не является вероятным источником метана. . Метан может растворяться в воде так же, как пузырьки (карбонизация) в газировке. Когда вода, содержащая метан, перекачивается на поверхность, температура повышается, а давление падает, что приводит к высвобождению метана из воды, точно так же, как при открытии контейнера выделяются пузырьки соды.Нагревание воды ускорит выделение метана. Вот почему проблема с метаном или другим газом часто усугубляется в кране с горячей водой.
Здоровье и безопасность
Исследования не связали прием воды, содержащей метан, с какими-либо краткосрочными (острыми) или долгосрочными (хроническими) последствиями для здоровья, однако проведено очень мало исследований. Хотя большая часть метана в колодезной воде не связана с загрязнением, в некоторых случаях метан может образовываться из сточных вод, твердых отходов или других источников, содержащих вредные для здоровья загрязнители.По этим причинам рекомендуется проверять добывающие метан скважины на наличие колиформных бактерий и нитратного азота.
Концентрация метана в воздухе от 5 до 14 процентов может привести к возгоранию и взрыву. Эта концентрация может быть достигнута, если газу позволено скапливаться в плохо вентилируемом помещении. Искра от контрольного переключателя в колодце или пламя от водонагревателя в подвале могут воспламенить метан с катастрофическими последствиями.
Метан легче воздуха, поэтому он поднимается до потолка здания и вытесняет кислород.Если содержание кислорода упадет достаточно низко, может наступить потеря сознания и смерть. Поэтому важно выпускать метан за пределы любого здания или замкнутого пространства.
Перейти> наверх.
Испытания на содержание метана
«Брызги» крана или булькающий звук из скважины могут указывать на присутствие метана или других растворенных газов. Видимые пузырьки газа в пробе воды также могут указывать на присутствие метана. Вода может казаться прозрачной с пузырьками, молочной, пенистой или иметь голубоватый оттенок.Однако наличие пузырьков газа или распыляющего крана может быть не из-за метана, а из-за других растворенных газов или воздуха, попадающего в систему водоснабжения. Некоторые лаборатории тестирования воды могут проверить вашу воду на метан. Это включает в себя специальный процесс сбора образцов. Лаборатории перечислены в телефонном справочнике в разделе «Лаборатории — Тестирование». Список аккредитованных лабораторий по тестированию воды доступен на сайте MDH.
Вентиляция
Правила Миннесоты требуют, чтобы у новых колодцев была вентилируемая крышка или крышка.Вентиляционное отверстие предотвращает образование вакуума и помогает выпускать такие газы, как метан или сероводород. Однако вентиляция старых колодцев не предусмотрена. Доступны различные заглушки для колодцев со встроенным вентиляционным отверстием на нижней стороне заглушки. Также доступны отдельные вентиляционные отверстия, повернутые вниз. Важно установить эти заглушки и вентиляционные отверстия, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию колодца и предотвратить попадание в колодец паводковой воды, загрязняющих веществ, насекомых и мелких животных. Резервуары для хранения воды и резервуары для очистки воды также должны быть вентилированы.Вентиляционные отверстия должны выходить наружу, над поверхностью земли и дальше от любого здания.
Перейти> наверх.
Удаление и обработка метана
Метан не удаляется обычными устройствами для очистки воды, такими как отстойные фильтры, смягчители воды или угольные фильтры. Большинство методов удаления или лечения включают аэрацию. Газовый кожух, прикрепленный к погружному насосу в скважине, в некоторых случаях может облегчить ситуацию. Были использованы фитинги, которые сливают или аэрируют воду в колодец, но они не особенно эффективны и могут вызвать другие проблемы, такие как коррозия или закупорка колодца.
Аэрация
Аэрация — это процесс смешивания воздуха с водой и выпуска газа в атмосферу. Аэрация может удалить метан, а также другие газы, такие как сероводород (запах тухлых яиц).
Лечебные устройства варьируются от простых до сложных. Самым простым является использование напорного резервуара без баллона или диафрагмы, который часто называют «оцинкованным» резервуаром. Клапан выпуска воздуха, выпущенный в атмосферу, выпускает метан. Эта система относительно проста и недорога и не требует второго насоса или резервуара, но относительно неэффективна при обработке больших объемов воды или удалении больших количеств метана.
Более эффективная, но более сложная система — добавить аспиратор или аэратор к входному отверстию резервуара для хранения воды. Воздушный насос или компрессор ускоряет удаление метана, но увеличивает расходы и увеличивает расходы на техническое обслуживание.
Водопадные, диффузионные или механические аэраторы — это устройства, которые более эффективно смешивают воздух с водой, что приводит к более быстрому и эффективному удалению, но увеличивает стоимость и обслуживание. Некоторые системы включают систему резервуаров для хранения / обработки с распылительными аэраторами, заключенными в резервуар.Использование негерметичного резервуара для обработки потребует двух насосов и двух резервуаров — скважинного насоса и насоса повторного давления, а также резервуара для обработки и резервуара высокого давления. Время удерживания обычно составляет несколько минут, чтобы обеспечить высвобождение метана. Сепараторы воздуха, аналогичные устройствам, используемым в системах водяного отопления для удаления воздуха, также использовались для удаления метана.
Вентиляционные отверстия, воздуховыпускные клапаны и другие механические детали могут выйти из строя или замерзнуть при неправильной установке и обслуживании.Системы, в которых используется негерметичный резервуар, могут подвергаться воздушному загрязнению водопровода, если они не установлены и не обслуживаются должным образом. Все системы должны быть гигиеничными, избегать перекрестных соединений и выходить наружу.
Перейти> наверх.
Газовый кожух
Проблемы с метаном или другими газами иногда можно уменьшить или устранить в скважине, установив газовый «кожух». Газовый кожух представляет собой трубу или трубку, вставленную над погружным насосом, которая открыта над насосом и герметично соединена с насосом снизу.Метан поднимается через толщу воды в скважине, оставляя воду с пониженным содержанием метана в кожухе. Этот метод требует обсадной колонны большего размера и работает только для скважин, которые одновременно перекачивают относительно небольшое количество воды.
Проблемы с насосом
Присутствие метана или других газов может вызвать проблемы с перекачкой, включая низкий выход воды. Некоторые производители разработали модификации погружных насосов для газовых скважин.
Контактная информация
За дополнительной информацией обращайтесь к лицензированному подрядчику по эксплуатации скважин или к сотрудникам Секции управления скважинами Министерства здравоохранения Миннесоты (MDH).
Перейти> наверх.
Вопросов?Свяжитесь с отделом управления скважиной MDH
651-201-4600 или 800-383-9808
[email protected]
Министерство здравоохранения Миннесоты
Превращение природного газа в воду
Одно из наименее изученных воздействий разработки природного газа — это его влияние на круговорот воды. Мы часто слышим о том, сколько воды требуется для гидравлического разрыва скважины (до пяти миллионов галлонов) и сколько воды (около 80%) остается под землей.Многие думают, что эта вода безвозвратно потеряна, то есть навсегда исключена из круговорота воды, потому что мы оставляем ее на милю или более под землей. В определенной степени это правда, но это далеко не все, потому что при сгорании природного газа образуется водяной пар, который попадает в атмосферу, причем в большом количестве. Фактически, он дает достаточно воды, чтобы заменить то, что было потеряно всего за несколько месяцев. Все дело в химии, которую мы изучали в старшей школе. Если бы вы не уделяли должного внимания в классе, вы могли бы найти всю идею довольно фантастической, как это делают некоторые из наших друзей-противников газа, но она настолько проста, насколько это возможно, и, да, огонь может производить воду!
Мы слышим много небылиц и предположений о том, как использование воды для разработки природного газа и гидроразрыва пласта, в частности, угрожает всем нам потенциальной нехваткой воды.Вот лишь несколько примеров:
«Первая проблема — это огромных объемов воды, необходимых …»
Источник: веб-сайт Marcellus-Shale.us«… процесс… разрушает и загрязняет огромное количество воды , которая необходима для жизни».
Источник: сайт ShalesShock MediaЭто отчет «Фрекинг: новый глобальный водный кризис». Написанный Food and Water Watch, он документирует множество способов, которыми технология, называемая гидравлическим разрывом пласта, угрожает жизненно важным водным ресурсам мира.Это потому, что гидроразрыв — в сочетании с горизонтальным бурением — использует огромное количество воды в качестве шланга высокого давления для разрушения коренных пород. Цель состоит в том, чтобы высвободить струйки масла или пузырьки газа, застрявшие внутри. Источник: д-р Сандра Штайнграбер
«используемая пресная вода… потеряна НАВСЕГДА, захоронена под землей, загрязнена и облучена. Существует ОГРОМНАЯ разница между использованием для отдыха, производства и использования электростанций и одноразовым использованием (гидроразрыв пласта).Сегодня это может составлять 1% от общего использования, но после того, как 50 000 скважин будут построены (и разорваны несколько раз) и поскольку уровень воды постоянно снижается за счет забора буровиков, на это уходит все больший и больший процент доступной пресной воды ».
Источник: Комментарий на форуме PennLive
Все это неправда. Например, мы уже знаем, что количество используемой воды совсем не велико. Комиссия по бассейну реки Саскуэханна (SRBC) указывает, что использование воды Marcellus Shale в целом «составляет немногим более половины того количества, которое в настоящее время потребляется сектором отдыха (поля для гольфа, аквапарки, горнолыжные курорты и т. Д.).). » На диаграмме SRBC ниже показано. Однако наиболее серьезное из ложных предположений, принятых нашими друзьями-противниками газа, состоит в том, что вода потеряна навсегда, а наши общие запасы свежей воды каким-то образом истощены. Это не так, и все это зависит от элементарной химии, которую вы узнали, когда получили тот первый набор для химии на Рождество, как это делали многие из нас на протяжении многих лет. Всегда было сенсацией видеть, как все реагируют и сочетаются друг с другом, и в этом все дело — то, как природный газ реагирует с кислородом.
SRBC Использование воды
Набор химии Гилберта
Однако наиболее серьезное из ложных предположений, принятых нашими друзьями-противниками газа, состоит в том, что вода потеряна навсегда, а наши общие запасы свежей воды каким-то образом истощены. Это не так, и все это зависит от элементарной химии, которую вы узнали, когда получили тот первый набор для химии на Рождество, как это делали многие из нас на протяжении многих лет. Всегда было сенсацией видеть, как все реагируют и сочетаются друг с другом, и в этом все дело — то, как природный газ реагирует с кислородом.
Природный газ — это в основном метан (Ch5), встречающееся в природе соединение углерода и водорода. Когда он горит, эти элементы рекомбинируют с кислородом, образуя углекислый газ и воду, два основных ингредиента для жизни. Колледж Элмхерст описывает происходящее следующим образом (курсив наш):Для метана дана простая реакция горения. Сгорание метана означает, что его можно сжечь. Химически этот процесс горения состоит из реакции между метаном и кислородом в воздухе.Когда эта реакция происходит, результатом является углекислый газ (CO2), воды (h3O) и большое количество энергии. Следующая реакция представляет собой горение метана:
Ch5 [г] + 2 O2 [г] -> CO2 [г] + 2 h3O [г] + энергия
Реакция горения природного газа
Одна молекула метана (упомянутый выше [g] означает, что это газообразная форма) в сочетании с двумя молекулами кислорода реагирует с образованием молекулы диоксида углерода, и две молекулы воды обычно выделяются в виде пара или водяного пара во время реакция , энергия также развивается.
Природный газ — это самое чистое горючее ископаемое. Уголь и нефть, другие виды ископаемого топлива, имеют более сложный химический состав, чем природный газ, и при сжигании выделяют множество потенциально вредных загрязнителей воздуха. При сжигании метана выделяются только углекислый газ и вода. Поскольку природный газ состоит в основном из метана, при сжигании природного газа выделяется меньше побочных продуктов, чем при использовании других ископаемых видов топлива.
Поскольку это химическая реакция, можно также количественно определить количество воды, образующейся при сжигании метана.Министерство энергетики США описывает этот процесс следующим образом:
При сгорании одной молекулы метана образуются две молекулы водяного пара. Когда моль переводится в фунт / моль, мы обнаруживаем, что каждый сожженный фунт метанового топлива производит 2,25 фунта водяного пара, что составляет около 12% от общего количества выхлопных газов по весу.
Сколько воды получается при сжигании природного газа по сравнению с водой, необходимой для его выработки? Это довольно легко подсчитать, учитывая то, что мы знаем о химическом составе.Как отмечалось выше, для разработки типичной газовой скважины потребуется пять миллионов галлонов воды. Если предположить, что 80% этого количества остается под землей, из круговорота воды удаляется в общей сложности четыре миллиона галлонов. Можно ожидать, что та же самая скважина даст до двух миллиардов кубических футов газа за 10 лет, как показано на следующей диаграмме штата Пенсильвания (учитывая, что кривые со временем улучшаются благодаря более совершенным технологиям):
Прогнозируемая добыча природного газа Marcellus Shale
Математика, связанная с химией, показывает, что примерно 11 миллионов галлонов воды добавляются в атмосферу в результате сжигания одного миллиарда кубических футов природного газа.Вот расчет:
1,5 литра (0,053 кубического фута) метана = приблизительно один грамм (0,0022 фунта)
Один кубический фут метана = приблизительно 0,0416 фунта
Один миллиард кубических футов метана = приблизительно 41 620 000 фунтов
Один фунт метана в сочетании с кислородом, дает 2,25 фунта воды
Один миллиард кубических футов метана в сочетании с кислородом дает 93 644 000 фунтов воды
Один миллиард кубических футов метана в сочетании с кислородом дает 11 242 000 галлонов воды
Два миллиарда кубических футов метана, когда в сочетании с кислородом дает 22 484 000 галлонов воды
Таким образом, наша типичная газовая скважина будет давать около 22 миллионов галлонов воды за 10 лет по сравнению с четырьмя миллионами галлонов, которые постоянно отправляются под землю.Четыре миллиона галлонов, временно выведенных из водного цикла, восполняются менее чем за шесть месяцев после сжигания. Если, чтобы быть консервативными, мы предположим, что скважина дает только один миллиард кубических футов природного газа, сгорание этого газа по-прежнему производит около 11 миллионов галлонов воды, добавляемой в круговорот воды, что более чем в два раза превышает объем использованной или удерживаемой в стимуляция трещин. Это потребует сжигания от 12 до 18 месяцев добычи природного газа.Вот и все дикие обвинения в том, что добыча природного газа расходует наши запасы воды!
Некоторые из наших друзей на другой стороне, несомненно, сочтут все это некой формой ереси, над которой нужно высмеивать, но шутка над ними. При сжигании природного газа образуется вода. Это неоспоримый факт. Это, конечно, не изменит мнения наших друзей. Они просто повернутся и будут утверждать, что вода (и углекислый газ), добавленная в атмосферу, увеличивает риск глобального потепления, но это аргумент на другой день.Более того, мы знаем, что природный газ также является победителем в этой категории. На данный момент мы можем сказать следующее: природный газ не потребляет воду, а, скорее, она ее генерирует.
Следуйте за нами на Facebook и Twitter !
Растворенные газы в очищенной воде
В большинстве очищенных вод присутствуют растворенные газы. Кто они такие? Сколько там стоит? Как они туда попадают? Какие у них эффекты?Вся очищенная вода производится путем удаления примесей из природных или городских вод.Следовательно, нам необходимо учитывать газы, возможно, присутствующие в этих питательных водах, их судьбу по мере очистки воды и любое возможное загрязнение теми же или другими газами во время или после очистки.
Газы в природных водахПриродные воды в большей или меньшей степени контактируют с воздухом. Большая часть растворенных газов абсорбируется из воздуха, а также CO2, который частично может поступать из почвы и горных пород при контакте с водой. Муниципальные воды получают путем обработки природных вод, чтобы сделать их безопасными для питья.Эти процессы, как правило, очень мало влияют на содержание растворенного газа в воде, обычно увеличивая их контакт с окружающим воздухом и уменьшая изменчивость из-за местных источников.
Каждый атмосферный газ находится в равновесии с этим газом, растворенным в воде. Количество растворенного в воде зависит от температуры и парциального давления газа в атмосфере.
Молярная концентрация газа i, растворенного в воде при контакте с воздухом, определяется по формуле:
[gasi (aq)] = Pi / KH, где Pi — его объемная доля в воздухе, а KH — его константа равновесия.
Типичное процентное содержание газов в воздухе, их константы равновесия с водой и результирующие концентрации в воде, контактирующей с воздухом
|
Концентрации растворенных газов в воде будут варьироваться в зависимости от температуры, атмосферного давления и местоположения, но для воды, находящейся в равновесии с воздухом при 25 ° C, приблизительное содержание газа в природных водах указано в столбце 4. .Таким образом, в исходной воде для систем очистки присутствуют концентрации кислорода и азота на уровне <10 частей на миллион и только следы благородных газов. На уровень СО2 в воде влияют другие факторы, которые обсуждаются отдельно.
Влияние очистки водыВлияние стандартных технологий очистки воды на растворенный кислород, азот и инертные газы незначительно. Эти газы будут проходить прямо через мембраны обратного осмоса, ультрафиолетовое излучение, микро- и ультрафильтры, ионообменные смолы и блоки электродеионизации (EDI) и не используют емкость очищающей среды.Любые незначительные эффекты, вызванные, например, локальными изменениями давления, будут уравновешиваться путем уравновешивания с атмосферой в любом резервуаре для хранения. Подающая вода из муниципальных источников, вероятно, будет теплой, поскольку она очищается в лаборатории, и, как следствие, очищенная вода с большей вероятностью будет насыщена азотом и кислородом.
Двуокись углеродаДвуокись углерода ведет себя совершенно иначе, чем другие газы в воздухе. Когда он растворяется в воде, он реагирует, чтобы установить ряд равновесий:
CO2 + h3O ↔ h3CO3 ↔ H + + HCO3- ↔ 2H + + CO32-
Небольшая часть CO2, которая растворяется в воде, быстро реагирует с образованием углекислого газа. кислота.Это, в свою очередь, частично диссоциирует с образованием ионов водорода, бикарбоната и карбоната. CO2 будет продолжать растворяться до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.
Ситуация еще более осложняется наличием карбонат- и бикарбонат-ионов в жестких природных водах. Эти концентрации могут быть относительно высокими, что приводит к высоким уровням угольной кислоты и растворенного CO2. В этих условиях концентрация растворенного CO2 может составлять 60 ppm или более.
Как и другие газы, СО2 в неизменном виде проходит через фильтры и УФ-обработку, однако, благодаря его равновесию с ионами бикарбоната и карбоната, он, по сути, может удерживаться на анионообменных смолах.По мере того как бикарбонат и карбонат-ионы удаляются со смолы, большее количество CO2 превращается в бикарбонат до тех пор, пока его не останется.
Это дает следующие результаты:
1) CO2 полностью удаляется из воды, очищенной ионным обменом или, в значительной степени, EDI.
2) Высокий уровень CO2 будет использовать значительную часть емкости слоя ионообменной смолы или может привести к перегрузке EDI. При 25 ppm CO2 в питательной воде более двух третей емкости смол смешанного слоя может использоваться CO2.
3) При высоком содержании СО2 в исходной воде удаление СО2 перед ионным обменом может увеличить срок службы упаковки в три или более раз.
После очисткиПосле очистки сверхчистая вода в очистителе имеет удельное сопротивление 18,15 МОм · см и содержит все примеси на уровне менее частей на миллиард, кроме растворенного кислорода и азота. Как только эта вода переливается в сосуд в лаборатории, она вступает в контакт с воздухом. Содержание кислорода и азота существенно не меняется, но CO2 быстро абсорбируется из воздуха; образуются ионы водорода, бикарбоната и карбоната, и удельное сопротивление упадет примерно до 1.3 МОм.см, как показано на Рисунке 1. В обычной лабораторной практике это неизбежно. Высокая проводимость ионов водорода означает, что это изменение соответствует только концентрации 0,5 мг / л CO2 в растворе. Это не влияет на большинство экспериментов, и при надлежащей лабораторной практике это не влияет на чистоту воды.
Рисунок 1 Снижение удельного сопротивления чистой воды при контакте с воздухом
Дегазация кислорода, азота и углеродаДегазация диоксида для снижения концентрации растворенного CO2 перед ионным обменом или EDI очень желательна для увеличения смолы упакуйте жизнь и обеспечьте эффективность EDI.Лучше всего это проводить в пермеате от обратного осмоса (RO). На этом этапе большая часть ионов удалена, и вода имеет слабокислый pH; равновесная концентрация C02 снижается. Для лабораторных установок используются гидрофобные фильтры. Пермеат обратного осмоса проходит через пучок микропористых полых волокон (обычно полипропилен), а продувочный воздух при пониженном давлении проходит снаружи волокон. Парциальное давление CO2 в воздухе вне волокон намного ниже, чем в воде, поэтому CO2 удаляется из воды в поток газа.Турбулентность продувочного газа делает процесс более эффективным, но с небольшими установками полное удаление растворенных газов невозможно. Однако при подходящих условиях более 80% CO2 можно удалить с помощью продувочного газа.
Удаление кислорода / азота из чистой воды в лабораторных условиях обычно выполняется там, где есть опасения, что пузырьки газа будут выделяться при изменении давления или температуры воды. Это может вызвать засорение тонких трубок или помешать спектрофотометрическим измерениям из-за пузырьков в ячейках.
Если вода дегазируется для снижения уровня кислорода и / или азота, можно использовать модуль дегазации того же типа с вакуумом, приложенным к внешней камере. Лучше всего проводить его на воде в контуре окончательной очистки. Кислород и азот будут реабсорбироваться, если произойдет какой-либо контакт с воздухом, поэтому любую такую дегазированную воду необходимо использовать через прямую связь с устройством. Для ВЭЖХ и IC это часто наиболее удобно выполнять после очистки воды путем барботирования резервуара гелием для удаления растворенных газов.
Д-р Пол Уайтхед
Получив степень бакалавра химии в Оксфордском университете, Пол сосредоточил свою карьеру на промышленных приложениях химии. Он получил докторскую степень в Имперском колледже в Лондоне за разработку детектора плазмы, индуцированной микроволновым излучением, для газовой хроматографии. Первую половину своей карьеры он провел, руководя группой аналитической поддержки в Исследовательско-технологическом центре Джонсона Матти, специализируясь на определении драгоценных металлов и характеристике таких приложений, как катализаторы выхлопных газов автомобилей и топливные элементы.Впоследствии, в качестве руководителя отдела исследований и разработок ELGA LabWater, он участвовал во внедрении и разработке новейших технологий очистки воды. Сейчас он работает консультантом ELGA.
Снижение водопотребления по мере роста природного газа
Отчет об исследовании Climate Central
Поскольку в США произошел быстрый и массовый переход на природный газ с угля, одно преимущество было почти полностью упущено: количество воды, необходимой для охлаждения национальных электростанций, значительно сократилось.
Широкое распространение технологии гидравлического разрыва пласта (гидроразрыва) привело к значительному увеличению добычи природного газа в США с 2005 года. В результате падение цен на природный газ, совпадающее с новыми правилами качества воздуха Агентства по охране окружающей среды для угольных электростанций, привело к всплеск производства электроэнергии на природном газе по всей стране.
Этот интерактив доступен для встраивания. Получить код >>
В период с 2005 по 2012 год доля угля в производстве электроэнергии упала до 37 процентов с 50 процентов.Природный газ вырос до 30 процентов с 19 процентов. Общая выработка электроэнергии оставалась примерно постоянной.
Этот сдвиг привел к большим изменениям в количестве воды, забираемой из озер и рек для охлаждения электростанций. И это важный сдвиг, поскольку на национальном уровне 38 процентов всей воды, забираемой на электростанции.
За последний 7-летний период с достоверными данными потребление воды резко упало до 33 триллионов галлонов в 2012 году с 52 триллионов галлонов в 2005 году.В среднем, нынешние электростанции, работающие на природном газе, потребляют в четыре раза меньше воды на один мегаватт-час выработки, чем их аналоги, работающие на угле.
Щелкните изображение, чтобы увеличить.
Забор воды для производства электроэнергии упал более чем на 1,5 триллиона галлонов в год в Огайо, Нью-Йорке и Иллинойсе; В 10 штатах было снижение на 1 триллион галлонов или более. Электроэнергия, произведенная из природного газа, увеличилась в среднем на 370 процентов в этих 10 штатах, при этом наибольший абсолютный рост пришелся на Алабаму и Нью-Йорк.
Некоторые электростанции предназначены для охлаждения водой , забираемой из реки, озера или океана, а затем возвращаемой в те воды.Чтобы защитить рыбу и других диких животных от резкого повышения температуры воды из-за сбросов, правила ограничивают, насколько вода может быть нагрета на электростанции перед сбросом. В жаркие и / или засушливые периоды некоторые электростанции были вынуждены снижать мощность, полностью останавливаться или добиваться освобождения от правил.
Вода Потребление при производстве электроэнергии означает воду, забираемую из реки, озера или океана, но не возвращаемую в водоем, из которого она поступила.Одним из примеров является испарение из градирни. В национальном масштабе в 2012 году объем пресной воды, потребляемой для охлаждения электростанций, составил около 1 триллиона галлонов. Напротив, забор пресной воды составил 33 триллиона галлонов. На электростанции без градирен приходится большая часть отвода. Эти заводы используют «прямоточные» системы охлаждения, в которых вода, забираемая из реки, озера или моря, поглощает тепло, охлаждая завод, и сбрасывается обратно к источнику до того, как ее температура превысит установленный предел.На большинстве новых электростанций, работающих на природном газе, используются градирни, а на многих недавно выведенных из эксплуатации угольных станциях используется прямоточное охлаждение, что помогает объяснить падение водозабора для выработки электроэнергии на национальном уровне.
Даже при сокращении использования воды электростанциями в 20 штатах, все в восточной половине страны, вода, забираемая для охлаждающих электростанций, составляет более половины всей воды, забираемой для всех видов использования в этом штате, включая сельское хозяйство. В девяти штатах более трех четвертей воды идет на электростанции.На производство электроэнергии приходится менее 2 процентов всего водопотребления в каждом из 11 штатов от Скалистых гор до западного побережья. В Калифорнии, где орошаемое земледелие использует огромное количество воды, на производство электроэнергии приходится менее 2 десятых процента всей воды, используемой в штате.
В то время как электростанциям, работающим на природном газе, требуется меньше воды, чем угольным или атомным электростанциям, для производства газа гидроразрывом обычно требуется от 3 до 5 миллионов галлонов воды на каждую скважину, подвергнутую гидроразрыву, и были высказаны серьезные опасения по поводу местного воздействия на окружающую среду жидкостей гидроразрыва, которые представляют собой смесь вода и химикаты.Однако с точки зрения количества воды гидроразрыв требует относительно незначительного объема воды по сравнению с объемом воды, который требуется для охлаждения электростанций: для 10 штатов, в которых в 2012 году было проведено наибольшее количество гидроразрывов скважин сланцевого газа, средний расход воды на охлаждение электростанций на кубический фут Количество сжигаемого природного газа в 30 раз превышало расход воды на гидроразрыв на кубический фут сланцевого газа.