BR102015031183A2

BR102015031183A2 - Process for obtaining hydrogen; and alkaline eletrolytic solution

Info

Publication number: BR102015031183A2
Application number: BR102015031183A
Authority: BR
Inventors: De Moraes Leal Cleriston
Original assignee: Hidrogas Ltda
Priority date: 2015-12-12
Filing date: 2015-12-12
Publication date: 2017-06-20

Abstract

processo para obtenção de hidrogênio; e solução eletrolítica alcalina. a presente invenção refere-se a um novo processo para obtenção de hidrogênio que utiliza a reação de hidrólise para quebrar as moléculas da água, no qual a temperatura é mantida dentro de limites que permitem obter a liberação regular e estável de gás hidrogênio e não de vapor de hidrogênio, o que é obtido no método comum de obtenção de hidrogênio a partir de reações de hidrólise. mais especificamente refere-se a um processo que possibilita a obtenção do gás hidrogênio em escala industrial, diferentemente dos processos do gênero atualmente conhecidos, que obtêm o gás hidrogênio apenas em escala laboratorial. a presente invenção também se refere a uma solução eletrolítica alcalina.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO; E SOLUÇÃO ELETROLÍTICA ALCALINA”.

Campo Técnico 1 A presente invenção se relaciona a processo para obtenção de hidrogênio utilizando uma reação de hidrólise para quebrar a molécula da água. Mais especificamente refere-se a um processo que possibilita a obtenção do gás hidrogênio em escala industrial, diferentemente dos processos do gênero atualmente conhecidos, que obtêm o gás hidrogênio apenas em escala laboratorial. A presente invenção também se refere a uma solução eletrolítica alcalina.

Descrição do Estado da Técnica 2 São amplamente conhecidos os processos para obtenção de hidrogênio que utilizam pelo menos um metal em uma reação de hidrólise (reação química que envolve a quebra de uma molécula por ação da molécula de água). 3 Um dos métodos mais usados na obtenção de hidrogênio em laboratório é a reação de um álcali com alumínio, pelo caráter anfótero do alumínio, que reage tanto com ácidos quanto com bases. 4 Ao entrar em contato com a solução de NaOH, o alumínio metálico forma um complexo de Na e Al, e H2 gasoso. A reação é representada na seguinte equação: 2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H20 — 2 Na[AI(OH)4](C) + 3 H2(g) 5 Para a obtenção do hidrogênio através deste método comum pode ser utilizado outros metais como o zinco, por exemplo. 6 Nesse método, o alumínio se dissolve na solução aquosa de NaOH e libera hidrogênio, formando um aluminato. 7 Esse método comum de obtenção de hidrogênio a partir de reações de alumínio e uma base em uma reação de hidrólise é um método prático, porém não eficaz, pois o recolhimento de hidrogênio é inviável, uma vez que essas reações são rápidas, em razão da elevada temperatura da reação química, liberando vapor de água que prejudica a pureza do hidrogênio, e por não apresentar estabilidade duradoura, inviabilizando uma obtenção regular do hidrogênio.

Objetivos da Invenção 8 A presente invenção pretende resolver essas inconveniências propondo um novo processo para obtenção de hidrogênio que utiliza a reação de hidrólise para quebrar as moléculas da água, no qual a temperatura é mantida dentro de limites que permitem a obter a liberação regular e estável de gás hidrogênio e não de vapor de hidrogênio, o que é obtido no método comum de obtenção de hidrogênio a partir de reações de hidrólise. 9 Os objetivos acima e outros objetivos da presente invenção são alcançados em um processo que consiste em combinar, em uma reação de hidrólise, preferentemente na sequencia a seguir, pelo menos um composto iônico (pelo menos uma base ou pelo menos um sal básico ou, alternativamente, pelo menos um sal associado com pelo menos uma base), água, pelo menos um metal preferentemente o alumínio (por seu caráter anfótero), pelo menos um ácido, sendo que o ácido participa dessa combinação como o componente em menor proporção na reação, que desse modo, não altera a forte alcalinidade da solução. 10 Como efeito técnico novo e vantajoso, a combinação do ácido com os demais componentes estabiliza a temperatura da reação química, o que possibilita manter a reação estável por maior tempo, e uma consequente obtenção mais efetiva e contínua de hidrogênio, o que possibilita o fornecimento de um fluxo com pressão suficiente para uso direto, sem a necessidade de armazenar o gás sob pressão para uso posterior. 11 Outra vantagem do processo objeto da presente invenção é que o mesmo possibilita obter hidrogênio em larga escala industrial através do aproveitamento da água oceânica, diferentemente da eletrólise. 12 Em um ensaio do processo objeto da presente invenção, em uma combinação preferida, foi usada a base Na(OH). O ensaio consistiu em combinar, em uma hidrólise realizada em vaso de pressão, 500g da base NaOH, 4.000g de água, 12g do ácido H2SO4, e 250g do metal alumínio. A reação resultou em uma vasão média de 11 l/min de gás hidrogênio, medida pelo fluxômetro calibrado à pressão de 3,5 kgf/cm2, durante 390 minutos, tendo sido feitas durante esse período cinco reposições do alumínio, de 250g cada uma, e três reposições de água de 1.500ml. 13 O gás liberado não era armazenado, sendo direcionado diretamente para queima em um maçarico de corte com oxigênio, com o qual foram feitos cortes em chapas de aço Va com eficiência. Observou-se que a temperatura da reação se manteve entre 93°C e 115°C após a sua estabilização. Sendo interrompida a reposição do alumínio a reação chegou ao final, restando no vaso de pressão 5.935g de um precipitado com duas fases, líquido e pastoso. 14 A presente invenção também se refere a uma solução eletrolítica alcalina para uso em processos para obtenção de gás hidrogênio, com a finalidade de viabilizar o armazenamento de uma solução previamente preparada para uso posterior nos referidos processos, sendo acrescentado à mesma apenas o metal na ocasião do uso do processo, reduzindo os riscos inerentes à manipulação das substâncias corrosivas utilizadas no processo. Essa solução eletrolítica alcalina é resultado da reação entre pelo menos um composto iônico (pelo menos uma base ou pelo menos um sal ou, alternativamente, pelo menos um sal + pelo menos uma base) com água, com pelo menos um ácido, sendo que 0 ácido participa da reação como o componente em menor proporção, que desse modo, não altera a forte alcalinidade da solução. 15 Num exemplo de execução a solução eletrolítica objeto da presente invenção pode ser obtida combinando 500g da base NaOH, 4.000g de água, 12g do ácido H2S04. 16 Em outro exemplo de execução a solução eletrolítica objeto da presente invenção, para ser utilizada em células eletroquímicas, pode ser obtida combinando 100g de NaOH, 4g Na2C03, 2.000g de água, e 2,4g do ácido H2SO4. Um outro exemplo não limitativo pode ser obtido combinando 100g de NaHO, 2000g H20, 20g NaOCL componente ativo, teor de cloro ativo 2% a 2,5% p/p e 2,4g do ácido H2S04. 17 Os exemplos acima não são limitativos e deve ser entendido apenas como uma concretização particular da invenção; outros produtos e subprodutos poderão ser obtidos, através de outras possíveis fórmulas, resultado das combinações químicas entre pelo menos um composto iônico (pelo menos uma base ou pelo menos um sal básico ou, alternativamente, pelo menos um sal associado com pelo menos uma base), água, pelo menos um metal e pelo menos um ácido. 18 Cada um dos elementos descritos acima, ou mais de um, em conjunto, podem encontrar uma nova aplicação útil em outros produtos e/ou processos, ou obter efeitos úteis diferentes dos descritos acima. Outros resultados e aplicações não aqui descritas podem ser alcançados pelo processo objeto da presente invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO”, um processo para obtenção de gás hidrogênio, caracterizado por combinar, em uma reação de hidrólise, pelo menos um composto iônico, água, pelo menos um ácido, e pelo menos um metal.

2. “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto iônico é pelo menos uma base.

3. “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto iônico é pelo menos um sal básico.

4. “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o composto iônico é pelo menos um sal básico associado com pelo menos uma base.

5. “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO”, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 4, caracterizado pelo fato de que o metal é escolhido entre os metais que reagem com bases.

6. “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO”, de acordo com as reivindicações 1, 3 e 4, caracterizado pelo fato de que o metal é escolhido entre os metais que reagem com sais básicos.

7. “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caracterizado pelo fato de que o metal é preferentemente o alumínio).

8. “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO”, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caracterizado pelo fato de que o ácido participa da combinação como o componente em menor proporção na reação.

9. “SOLUÇÃO ELETROLÍTICA ALCALINA”, uma solução eletrolítica alcalina para uso em processos de obtenção de gás hidrogênio, e em células eletroquímicas, caracterizada por ser o resultado da reação entre pelo menos um composto iônico, água, e pelo menos um ácido.

10. “SOLUÇÃO ELETROLÍTiCA ALCALINA”, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o composto iônico é pelo menos uma base.

11. “SOLUÇÃO ELETROLÍTICA ALCALINA”, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o composto iônico é pelo menos um sal básico.

12. “SOLUÇÃO ELETROLÍTICA ALCALINA”, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o composto iônico é pelo menos um sal básico associado com pelo menos uma base.

13. “SOLUÇÃO ELETROLÍTICA ALCALINA”, de acordo com as reivindicações 9, 10, 11 e 12, caracterizado pelo fato de que o ácido participa da reação como o componente em menor proporção.