LU81979A1 - Alliage metallique,son procede de fabrication et son utilisation pour la production d'hydrogene a partir de l'eau - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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 %.

; | La base de l'alliage est par conséquent du plomb.

! Celui-ci peut être à l'état pur ou peut être allié avec un l

A

» - 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.

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.

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.

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.

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,

K

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.

La poudre d'alliage est de préférence conservée dans des sachets en tissu trempé dans au trichloréthylène.

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.

J On fond dans un four à fusion du plomb pur ou un al-

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;* 15 liage de plomb pouvant contenir jusqu'à 20 % d'éléments ; tels que antimoine, étain, cadmium, zinc, magnésium, 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.

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 de

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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,

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.

; 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.

»' ! Le four de fusion est de préférence un four électrique 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.

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.

L'alliage composé de plomb, de sodium et de calcium sera ensuite coulé en plaques par des moyens connus en soi.

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.

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 : -

Na + H~0 NaOH + z 2 f

30 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.

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.

( 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.

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.

! 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.

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.

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.

f -JL* Or. va décrire ci-dessous des tests qui ont déjà été * J*— - 6 - effectués en laboratoire.

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.

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.

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.

* —. .

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Claims (8)

1. Alliage métallique caractérisé en ce qu'il est | constitué essentiellement de plomb allié à des métaux alca- | 5 lins et/ou alcalino-terreux, la proportion en poids des mé- | taux alcalins et alcalino-terreux par rapport à la teneur j en plomb étant de 7 à 30 I, ïi ^

2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé ; par une teneur pondérale car rapport au plomb de 5 à 20 % I 10 de sodium métallique et de 2 à 10 % de calcium métallique. I ,* 3. - Alliage selon l'une des revendications 1 ou 2, s | caractérisé par une teneur pondérale par rapport au plomb ! de 2 à 5 % de calcium métallique et 7.5 à 10 % de sodium métallique. 15 4. - Alliage selon l'une quelconque des revendications -, 1 à 3, caractérisé en ce que le plomb est à l'état pur. [ 5. - Alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le plomb est allié à des éléments tels que de l'antimoine, de l'étain, du cadmium, du Il 20 zinc, du magnésium, etc., la proportion de ces éléments | étant au maximum 20 % en poids de la teneur en plomb.

6. Procédé de fabrication d'un alliage selon l'une ; ' quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par les jj étapes suivantes : 25 on fait fondre du plomb dans un four de fusion, ! on ajoute de l'aluminium pour désoxyder le plomb, i ! I on ajoute le calcium métallique pendant que le plomb est chauffé au rouge, on laisse cet alliage se refroidir tout près du i 30 point de solidification, s on ajoute le sodium métallique en mélangeant dou- ,, - cernent, on coule l'alliage plomb-sodium-calcium en pla- que s et, 1 i1! Ij 35 on broie les plaques et on conserve la poudre j d'alliage ainsi obtenue dans un milieu empêchant toute réaction chimique de l'alliage. I 7. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la quantité d'aluminium est de 1 à 3 % du poids ! y___ - 8 - » * du plomb.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'on introduit le sodium métallique enveloppé dans du papier au moyen d'une 5 cloche de plongée trouée.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'on conserve la poudre d'alliage dans des sachets en tissu plongés dans un bain de trichloréthylène. 10 10. - Procédé selon l'une quelconque des revendica- ^r tions 6 à 8, caractérisé en ce que l'on enduit les plaques d'alliage d'une couche de gasoil avant le broyage.

11. Procédé de production d'hydrogène gazeux à partir de l'eau, caractérisé en ce que l'on introduit un 15 alliage selon les revendications 1 à 5, sous forme de r poudre dans de l'eau et en ce que l'on récupère directement l'hydrogène produit par réaction chimique entre l'eau et les constituants alcalins et/ou alcalino-terreux de l'alliage . 20 12. - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on recycle les résidus de la réaction dans l'eau en vue de la production d'autres alliages. _ . * 13. - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on utilise de l'eau douce. 25 14. - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on utilise de l'eau de mer.

15. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on utilise de l'eau polluée.

16. Application du procédé selon l'une des reven- 30 dications 11 à 14 pour la production d'hydrogène comme source d'énergie pour un moteur à explosion. m