LU81979A1 - METAL ALLOY, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND USE THEREOF FOR THE PRODUCTION OF HYDROGEN FROM WATER - Google Patents
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Description
! ~ 1 I La présente invention concerne un nouvel alliage métal- ! lique spécialement conçu pour la production d'hydrogène ga- i zeux à partir de l'eau par simple réaction chimique, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel alliage.! ~ 1 I The present invention relates to a new metal- alloy! lique specially designed for the production of hydrogen gas from water by simple chemical reaction, as well as a process for manufacturing such an alloy.
5 Jusqu'à présent, la production d'hydrogène gazeux \ n'était possible que par voie électrolytique ou par sur- | | chauffe de l'eau. Toutefois, ces procédés de production | d'hydrogène exigent des installations importantes et entraî- \ nent, en outre, des problèmes de stockage et de transport 1 10 de l'hydrogène ainsi produit. Un autre inconvénient de ces f procédés connus de production d'hydrogène est qu'ils ne peu vent pas être mis en oeuvre pour une production directe, au 3 fur et à mesure des besoins, là ou on pourrait se servir de :| l'hydrogène comme source d'énergie, comme, par exemple, 15 du carburant pour moteurs à explosion.5 Until now, the production of hydrogen gas was only possible by electrolytic means or by | | heats water. However, these production processes | of hydrogen require large installations and, in addition, cause problems of storage and transport of the hydrogen thus produced. Another disadvantage of these known methods of producing hydrogen is that they cannot be used for direct production, as and when required, where one could use: | hydrogen as an energy source, such as, for example, fuel for internal combustion engines.
On connaît bien de nombreuses réactions chimiques dans (lesquelles se produit un dégagement d'hydrogène comme, par exemple, les réactions entre l'eau et les métaux alcalins i ! ou alcalino-terreux mais, il s'agit chaque fois de reactions i, 20 très violentes se produisant sous forme d'explosion, de sorte qu'aucune des réactions connues n'a pu être utilisée ; jusqu'à présent pour une production d'hydrogène gazeux à par- I i tir de 1'eau.Many chemical reactions are well known in which hydrogen is produced, such as, for example, reactions between water and alkali metals i! Or alkaline earth metals, but these are each time reactions i, 20 very violent occurring in the form of explosion, so that none of the known reactions could not be used, until now for a production of hydrogen gas from water.
j, ; ! Le but de la présente invention est de combler cette j 25 lacune et de prévoir un nouveau moyen de production d'hydro gène gazeux à partir de l'eau, procédé ayant recours à au- i ; cune installation particulière et basée simplement sur la t * réaction chimique entre l'eau et un alliage particulier spécialement prévu à cet effet et dont la composition et le ! 30 procédé de fabrication font également l’objet de la présente invention.j,; ! The object of the present invention is to fill this gap and to provide a new means of producing gaseous hydrogen from water, a process using this; cune particular installation and based simply on the t * chemical reaction between water and a particular alloy specially provided for this purpose and whose composition and! The manufacturing process is also the subject of the present invention.
Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé ! un alliage métallique caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement de plomb allié à des métaux alcalins et/ou I[ 35 alcalino-terreux, la proportion en poids des métaux alcalins i et alcalino-terreux par rapport à la teneur en plomb étant | ^ de 7 à 30 %.According to a first aspect of the invention, it is proposed! a metal alloy characterized in that it consists essentially of lead alloyed with alkali and / or I [35 alkaline earth metals, the proportion by weight of alkali metals i and alkaline earth metal relative to the lead content being | ^ from 7 to 30%.
; | La base de l'alliage est par conséquent du plomb.; | The base of the alloy is therefore lead.
! Celui-ci peut être à l'état pur ou peut être allié avec un l! This can be in pure form or can be combined with a l
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» - 2 - pourcentage variable et sans influence notable sur l’utilisation de l'alliage, d'antimoine, d'étain, de cadmium, de z:'oc, de magnésium, etc. La teneur de ces matériaux peut monter jusqu'à 20 % du poids du plomb. Ceci veut dire qu'on 5 peut utiliser du plomb de récupération et que le fait d'ui-liser du plomb allié avec tel ou tel autre métal n'est qu'une question de disponibilité et/ou d'économie, c'est-à-dire qu'on peut utiliser le plomb le meilleur marcha pour la fabrication de l'alliage objet de l'invention."- 2 - variable percentage and without significant influence on the use of the alloy, antimony, tin, cadmium, z: 'oc, magnesium, etc. The content of these materials can go up to 20% of the weight of lead. This means that recovery lead can be used and that the fact of using alloyed lead with such or such other metal is only a question of availability and / or economy, it is that is to say that the cheapest lead can be used for the manufacture of the alloy which is the subject of the invention.
10 Dans une composition avantageuse de l'alliage, il est * prévu du sodium et du calcium à raison de respectivement ; 5 a 20 % et 2 à 10 % en poids de la teneur en plomb pur ou allié.In an advantageous composition of the alloy, sodium and calcium are provided in an amount of respectively; 5 to 20% and 2 to 10% by weight of the content of pure or alloyed lead.
Un autre aspect de la présente invention est un pro-15 cédé de production d'hydrogène gazeux à partir de l'eau, caractérisé par 1'introduction de cet alliage, sous forme de poudre dans l'eau et la récupération de l'hydrogène produit par la réaction chimique entre l'eau et les constituants alcalins et/ou alcalino-terreux de l'alliage.Another aspect of the present invention is a process for the production of hydrogen gas from water, characterized by the introduction of this alloy, in powder form into water and the recovery of hydrogen. produced by the chemical reaction between water and the alkaline and / or alkaline earth components of the alloy.
20 Les réactions entre l'eau et l'alliage sont des réac tions chimiques bien connues en soi, se terminant respectivement par l'obtention de soude caustique et de chaux, * avec dégagement simultané d'hydrogène. Alors que ces réactions n'étaient connues jusqu'à présent que sous forme d'ex-25 plosion, le mérite de la présente invention est d'avoir maîtrisé ces réactions par le fait de présenter le sodium et le calcium métalliques, non pas à l'état pur, mais allié, suivant une proportion bien déterminée, avec du plomb. Par conséquent, c'est le plomb qui exerce un effet d'amortisseur 30 sur le déroulement de la réaction, ce qui permet d'obtenir une réaction bien contrôlée.The reactions between water and the alloy are chemical reactions well known per se, ending respectively in the production of caustic soda and lime, * with simultaneous evolution of hydrogen. While these reactions have hitherto been known only in the form of an explosion, the merit of the present invention is that they have controlled these reactions by presenting metallic sodium and calcium, not the pure state, but alloyed, in a well determined proportion, with lead. Consequently, it is lead which exerts a damping effect on the course of the reaction, which makes it possible to obtain a well-controlled reaction.
Le procédé de fabrication de l'alliage selon la présente invention est essentiellement caractérisé par les étapes suivantes : 35 On fait fondre du plomb dans un four de fusion, on ajoute de l'aluminium pour désoxyder le plomb, j on ajoute le calcium métallique pendant que le plomb est chauffé au rouge, on laisse cet alliage se refroidir tout près du point » h - 3 - de solidification, on ajoute le sodium métallique en mélangeant doucement , on coule l'alliage plomb-sodium-calcium en plaques et,The process for manufacturing the alloy according to the present invention is essentially characterized by the following stages: 35 Lead is melted in a melting furnace, aluminum is added to deoxidize the lead, the metallic calcium is added during as the lead is heated to red, this alloy is allowed to cool very close to the point "h - 3 - of solidification, the metallic sodium is added by gentle mixing, the lead-sodium-calcium alloy is poured into plates and,
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j 5 on broie les plaques et on conserve la poudre d'al- 1 liage ainsi obtenue dans un milieu empêchant toute réaction j chimique de l'alliage.j 5 the plates are ground and the alloy powder thus obtained is stored in a medium preventing any chemical reaction of the alloy.
La poudre d'alliage est de préférence conservée dans des sachets en tissu trempé dans au trichloréthylène.The alloy powder is preferably stored in cloth bags soaked in trichlorethylene.
10 L'invention sera décrite plus en détail en référence S ’ à un exemple particulier d'exécution de l'invention donné . ï | uniquement à titre d'illustration et sans aucun caractère j limitatif.The invention will be described in more detail with reference S ’to a particular embodiment of the invention given. ï | for illustration only and without any limiting nature.
J On fond dans un four à fusion du plomb pur ou un al-J We melt in a melting furnace pure lead or an al-
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;* 15 liage de plomb pouvant contenir jusqu'à 20 % d'éléments ; tels que antimoine, étain, cadmium, zinc, magnésium, etc.; * 15 lead bonding which can contain up to 20% of elements; such as antimony, tin, cadmium, zinc, magnesium, etc.
| On ajoute 1 à 3 % en poids d'aluminium pour désoxyder le i ! plomb. Cette réaction provoque la formation d'une couche t de laitier composée d'oxyde d'aluminium et nageant sur le j 20 bain de plomb. Ce laitier peut être facilement enlevé par • écumage si cela est préférable.| 1 to 3% by weight of aluminum is added to deoxidize the i! lead. This reaction causes the formation of a layer of slag composed of aluminum oxide and swimming on the lead bath. This slag can be easily removed by skimming • if this is preferable.
I ·> I i; * Ensuite, on ajoute du calcium métallique à raison de * 12 à 10 %, et de préférence 2 à 5 %, du poids du plomb pur ou allié tout en chauffant celui-ci au rouge. Puis on lais-! 25 se cet alliage se refroidir jusque tout près du point deI ·> I i; * Then, metallic calcium is added at a rate of * 12 to 10%, and preferably 2 to 5%, of the weight of pure or alloyed lead while heating it to red. Then we leave! 25 will this alloy cool down to near the point of
. V. V
If solidification. Ensuite, on ajoute du sodium métallique, à | raison de 5 à 20 %, et de préférence 7.5 à 10 % du poids du i plomb pur ou allié. Lors de l'introduction du sodium, il ; faut prendre les mesures nécessaires pour éviter une réac- ! 30 tion du sodium avec le milieu environnant. A cet effet,If solidification. Then metallic sodium is added to | 5 to 20%, and preferably 7.5 to 10% of the weight of pure or alloyed lead. When introducing sodium, it; Take the necessary measures to avoid a reaction! 30 tion of sodium with the surrounding medium. To this end,
Il on peut ajouter le sodium enveloppé dans du papier au moyen I d'une cloche de plongée trouée. On mélange doucement avec ! un mélangeur ou agitateur, à raison d'environ dix tours par i minute pour éviter la ségrégation de l'alliage.It is possible to add the sodium wrapped in paper by means of a perforated diving bell. We mix gently with! a mixer or agitator, at the rate of about ten revolutions per i minute to avoid segregation of the alloy.
; 35 Pour éviter des pertes à la fusion, celle-ci doit j s'effectuer à l'abri de l'air, soit sous vide, si cela est | possible, soit sous un flux de produits chimiques ou de gaz j . inertes.; 35 To avoid melting losses, this must be done in the absence of air, or under vacuum, if this is | possible either under a flow of chemicals or gas j. inert.
»' ! Le four de fusion est de préférence un four électrique v il _________ ; -4-.»'! The melting furnace is preferably an electric furnace v il _________; -4-.
de forme ovale. Le four est chauffé au moyen de résistances électrique prévues à l'intérieur de la paroi de la cuve. La paroi comporte, en outre, des serpentins en cuivre ou acier dans lesquels circule une huile spéciale pouvant supporter *5 une température de 400 à 450°C. L'huile chauffée dans ces serpentins passe par un échangeur thermique contenant de l'eau, qui se transforme en vapeur au contact de l'huile chaude. Cette vapeur peut être utilisée pour faire tourner des turbines alimentant en électricité le four de fusion.oval. The oven is heated by means of electric resistors provided inside the wall of the tank. The wall also has copper or steel coils in which a special oil circulates which can withstand a temperature of 400 to 450 ° C. The oil heated in these coils passes through a heat exchanger containing water, which turns into vapor on contact with hot oil. This steam can be used to turn turbines supplying electricity to the melting furnace.
10 Ainsi l'énergie nécessaire à la fusion sera en partie récu-v pérée. Les turbines peuvent également servir à la production du sodium et du calcium métalliques.10 Thus the energy necessary for the fusion will be partly recovered. Turbines can also be used to produce metallic sodium and calcium.
L'alliage composé de plomb, de sodium et de calcium sera ensuite coulé en plaques par des moyens connus en soi.The alloy composed of lead, sodium and calcium will then be cast into plates by means known per se.
15 Toutefois, les plaques d'alliage coulé seront immédiatement enduites d'une couche de gasoil pour les isoler de l'air et éviter des oxydations du sodium et du calcium. Pour cette même raison, le broyage des plaques pour obtenir une poudre aura lieu dans un bain de trichloréthylène, ce qui 20 empêche toute réaction chimique du sodium et du calcium.However, the cast alloy plates will be immediately coated with a layer of diesel to isolate them from the air and avoid oxidation of sodium and calcium. For the same reason, the grinding of the plates to obtain a powder will take place in a trichlorethylene bath, which prevents any chemical reaction of sodium and calcium.
La conservation de la poudre métallique de l'alliage est réalisée dans des sachets de tissu trempé dans un bain de ’’ trichloréthylène. L'utilisation de cet alliage en vue de la production d'hydrogène à partir de l'eau consiste simple-25 ment à sortir les sachets du trichloréthylène et à les tremper immédiatement avec l'alliage dans l'eau. Dès que les sachets sont trempés dans l'eau, il se produit les réactions chimiques bien connues : -The metal powder of the alloy is stored in sachets of fabric soaked in a bath of ich ’trichlorethylene. The use of this alloy for the production of hydrogen from water consists simply in removing the sachets from the trichlorethylene and immediately immersing them with the alloy in water. As soon as the sachets are soaked in water, well-known chemical reactions take place: -
Na + H~0 NaOH + z 2 fNa + H ~ 0 NaOH + z 2 f
30 Ca + 2H2<0 —+ Ca(OH)2 + E30 Ca + 2H2 <0 - + Ca (OH) 2 + E
Le dégagement d'hydrogène est immédiat et se prolonge jusqu'à ce que la réaction soit arrivée à l'équilibre, cette durée étant fonction de la quantité des produits en présence. Les résidus de la réaction sont récupérables. Le 35 plomb et l'alliage de plomb peuvent être recyclés indéfiniment, c'est-à-dire qu'ils peuvent être réutilisés dans le four pour la préparation de l'alliage objet de l'invention.The evolution of hydrogen is immediate and continues until the reaction has reached equilibrium, this duration being a function of the quantity of products present. The residue from the reaction is recoverable. The lead and the lead alloy can be recycled indefinitely, that is to say they can be reused in the furnace for the preparation of the alloy object of the invention.
De même, le Ca (OH)2 et le NaOH peuvent être transformés à nouveau en sodium et calcium métalliques, notamment par - 5 - . voie éleetrolytique. Cette réutilisation des produits uti- } lises permet une réduction sensible du prix de revient de ï la fabrication de l'hydrogène.Likewise, Ca (OH) 2 and NaOH can be transformed again into metallic sodium and calcium, in particular by - 5 -. electrolytic route. This reuse of the products used allows a significant reduction in the cost price of the manufacture of hydrogen.
( Un aspect particulièrement intéressant de l'invention 5 est la production d'hydrogène connne source d'énergie pour I les moteurs à explosion des véhicules automobiles, notamment l en remplvicement des produits pétroliers. L'avantage est j que l'hydrogène n'a pas besoin d'être stocké dans le vëhi- | cule et qu'il peut être produit dans celui-ci au fur et à | 10 mesure des besoins.(A particularly interesting aspect of invention 5 is the production of hydrogen as a source of energy for internal combustion engines of motor vehicles, in particular for petroleum products. The advantage is that hydrogen does not need not be stored in the vehicle and can be produced therein as required.
f * A cet effet, on peut envisager un réservoir fermé her- | métiquement dans le fond duquel se trouve une certaine guan- I tité d'enu. Au-dessus de cette eau se trouve du trichloré- 1 thylène ou une substance analogue conservant l'alliage in- fj I 15 tact. Une autre condition imposée à ce liquide est qu'il ne | soit pas miscible à l'eau.f * For this purpose, one can consider a closed tank her- | metically in the background of which there is a certain guarantee of ene. Above this water is trichlorethylene or a similar substance retaining the fine alloy. Another condition imposed on this liquid is that it does not | either not miscible with water.
! Un certain nombre de treillis sont superposés et/ou juxtaposés dans le bain de trichloréthylène et les ii sachets remplis de poudre d'alliage sont rangés sur ces 120 treillis. Ces treillis sont par ailleurs montés dans des glissières de manière à pouvoir être descendus séparément au moyen d'un moteur. En actionnant ce moteur, on peut donc ;ti * faire descendre successivement ces treillis dans le bain I d'eau scusjacent, en commençant par le treillis inférieur.! A number of lattices are superimposed and / or juxtaposed in the trichlorethylene bath and the ii sachets filled with alloy powder are stored on these 120 lattices. These trellises are also mounted in slides so that they can be lowered separately by means of a motor. By actuating this motor, it is therefore possible; ti * to successively lower these trellises into the scusjacent water bath I, starting with the lower trellis.
I 25 Dès que ces treillis plongent les sachets d'alliages dans j l'eau, l'hydrogène est dégagé sous pression et est dirigé vers un deuxième réservoir. Ce réservoir, qui est contrôlé par une vanne d'arrivée et une vanne de sortie alimentera j directement le moteur à explosion. La chute de pression | 30 dans ce second réservoir, par suite de la consommation en j ' hydrogène et de l'épuisement des sachets baignant dans l'eau, I déclenchera automatiquement un signal qui actionne le moteur | destiné c. faire descendre le treillis suivant. En coupant le contact du moteur, on peut faire remonter automatiquement 35 tous les treillis dans le bain de trichloréthylène.As soon as these lattices immerse the bags of alloys in water, the hydrogen is released under pressure and is directed to a second tank. This tank, which is controlled by an inlet valve and an outlet valve, will directly supply the internal combustion engine. Pressure drop | 30 in this second tank, as a result of the consumption of hydrogen and the exhaustion of sachets bathing in water, I will automatically trigger a signal which activates the engine | intended c. bring down the next trellis. By switching off the engine, it is possible to automatically raise all the trellises in the trichlorethylene bath.
Il est à remarquer que l'eau nécessaire à la produc- I tion d'hydrogène selon la présente invention peut être de I I l'eau dcc.ce, de l'eau de mer ou même de l'eau polluée.It should be noted that the water necessary for the production of hydrogen according to the present invention can be Icc water, sea water or even polluted water.
f -JL* Or. va décrire ci-dessous des tests qui ont déjà été * J*— - 6 - effectués en laboratoire.f -JL * Or. will describe below tests which have already been * J * - - 6 - carried out in the laboratory.
Dans une éprouvette munie d'un bouchon et d'un bec au bout duquel a été connecté un tube en caoutchouc se terminant par un tube de verre avec un bec mince, ont été mis 5 cent grammes d'eau et cent grammes d'alliage contenant un alliage selon la présente invention, avec une teneur en sodium de 7,5 % et en calcium de 2,5 % du poids du plomb.In a test tube provided with a stopper and a spout at the end of which was connected a rubber tube ending in a glass tube with a thin spout, were put 5 hundred grams of water and one hundred grams of alloy containing an alloy according to the present invention, with a sodium content of 7.5% and calcium of 2.5% by weight of lead.
Il a été constaté immédiatement un dégagement d'hydrogène par le bec de verre. Ceci a été contrôlé par une flamme 10 relativement longue et qui a brûlé pendant une minute en~ » viron. A l'équilibre de la réaction, c'est-à-dire après l'extinction de la flamme, on a mesuré encore quarante-cinq à cinquante grammes d'eau dans l'éprouvette. Il est probable qu'un broyage plus fin de l'alliage aurait amélioré 15 le résultat. Il en résulte que cent grammes de sodium et calcium sont susceptibles de transformer approximativement cinq cents grammes d'eau en hydrogène gazeux.Hydrogen was immediately released from the glass spout. This was controlled by a relatively long flame which burned for about a minute in ~ ~. At equilibrium of the reaction, that is to say after the extinction of the flame, forty-five to fifty grams of water were again measured in the test-tube. It is likely that finer grinding of the alloy would have improved the result. As a result, one hundred grams of sodium and calcium are capable of converting approximately five hundred grams of water into hydrogen gas.
Il reste finalement à noter que du sodium allié au plomb donne un alliage très friable, de sorte que le broyage 20 des plaques n'implique pas de gros moyens mécaniques.Finally, it should be noted that sodium alloyed with lead gives a very brittle alloy, so that the grinding of the plates does not involve large mechanical means.
* —. .* -. .
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