ITPD20090040A1 - "IN SITU" PRODUCTION OF HYDROGEN THROUGH PROCESS IN SPLITTING OF WATER MEDIATED BY METALS OR INORGANIC SPECIES - Google Patents

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ITPD20090040A1
ITPD20090040A1 IT000040A ITPD20090040A ITPD20090040A1 IT PD20090040 A1 ITPD20090040 A1 IT PD20090040A1 IT 000040 A IT000040 A IT 000040A IT PD20090040 A ITPD20090040 A IT PD20090040A IT PD20090040 A1 ITPD20090040 A1 IT PD20090040A1
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reaction
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Description

PRODUZIONE "IN SITU" DI IDROGENO TRAMITE PROCESSO DI SPLITTING DI ACQUA MEDIATO DA METALLI O DA SPECIE E LEGHE CON IL SODIO "IN SITU" PRODUCTION OF HYDROGEN THROUGH WATER SPLITTING PROCESS MEDIATED BY METALS OR SPECIES AND ALLOYS WITH SODIUM

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo dell’invenzione Field of invention

Il capo dell’invenzione riguarda un processo per la produzione “in situ†di idrogeno. Quest’ultimo à ̈ ottenuto tramite processo di splitting di acqua mediato da metalli e da specie inorganiche differenti dal Litio e formanti leghe con il sodio. L’idrogeno viene ottenuto alla pressione desiderata, solo al momento del bisogno, e può venire utilizzato per alimentare celle a combustibile. The head of the invention concerns a process for the â € œin situâ € production of hydrogen. The latter is obtained through a water splitting process mediated by metals and inorganic species other than Lithium and forming alloys with sodium. Hydrogen is obtained at the desired pressure, only when needed, and can be used to power fuel cells.

Stato dell’arte State of the art

La tecnologia delle celle a combustibile ha recentemente destato un grande interesse sia dal punto di vista scientifico che applicativo. Le celle a combustibile presentano infatti molte caratteristiche che le rendono nettamente migliori di altre metodologie per la conversione energetica, quali ad esempio i motori a scoppio tradizionali. Esistono molte famiglie diverse di celle a combustibile, che si distinguono a seconda dei componenti costitutivi e delle condizioni operative. In particolare, le celle a combustibile ad elettrolita polimerico (PEMFC) possono operare ad elevata efficienza (tipicamente, a η > 50%) anche a basse temperature (T < 130°C), dal momento che sono dispositivi elettrochimici e non macchine termiche. Le PEMFC presentano tipicamente elevate densità volumetriche e gravimetriche di potenza, che le rendono appetibili per applicazioni portatili, stazionarie di media potenza e per l’autotrazione. Infine, le PEMFC sono sistemi di semplice costruzione, senza parti in movimento. 11 migliore combustibile con cui alimentare le PEMFC à ̈ l’idrogeno puro, poiché garantisce le prestazioni più elevate, la migliore efficienza e non causa la produzione di gas-serra. Tuttavia, l'idrogeno à ̈ un gas altamente infiammabile e la sua produzione e stoccaggio costituiscono a tutt’oggi una notevole sfida tecnologica, specialmente per applicazioni in elettronica portatile in cui esistono vincoli precisi di peso e volume. Le due modalità di immagazzinamento di idrogeno più largamente adottate al giorno d’oggi sono: a) bombole ad alta pressione; e b) stoccaggio allo stato solido. Fuel cell technology has recently aroused great interest both from a scientific and an applicative point of view. In fact, fuel cells have many characteristics that make them significantly better than other methods for energy conversion, such as traditional internal combustion engines. There are many different families of fuel cells, which differ according to their constituent components and operating conditions. In particular, polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs) can operate at high efficiency (typically, at Î ·> 50%) even at low temperatures (T <130 ° C), since they are electrochemical devices and not thermal machines. . PEMFCs typically have high volumetric and gravimetric power densities, which make them attractive for portable, medium power stationary and automotive applications. Finally, PEMFCs are systems of simple construction, with no moving parts. The best fuel to power PEMFCs is pure hydrogen, as it guarantees the highest performance, the best efficiency and does not cause the production of greenhouse gases. However, hydrogen is a highly flammable gas and its production and storage still represent a significant technological challenge, especially for portable electronics applications where there are precise weight and volume constraints. The two methods of hydrogen storage most widely adopted today are: a) high pressure cylinders; and b) solid state storage.

Le bombole ad elevata pressione vengono generalmente riempite con idrogeno a 350 o 700 MPa, raggiungendo una capacità gravimetrica di idrogeno compresa tra il 4 ed il 6% ed una capacità volumetrica attorno ai 20 g IL·. Questo tipo di sistema di stoccaggio di idrogeno à ̈ penalizzato dall’elevato peso delle bombole, necessario a garantire gli standard di sicurezza. High pressure cylinders are generally filled with hydrogen at 350 or 700 MPa, reaching a gravimetric capacity of hydrogen between 4 and 6% and a volumetric capacity of around 20 g IL ·. This type of hydrogen storage system is penalized by the high weight of the cylinders, necessary to guarantee safety standards.

E’possibile stoccare l’idrogeno sotto forma di idruri metallici. In questi sistemi, opportuni materiali assorbono l’idrogeno, e sono in grado di restituirlo se riscaldati alla temperatura opportuna. Questi dispositivi di stoccaggio riescono a raggiungere una capacità gravimetrica di idrogeno di circa il 4% ed una capacità volumetrica attorno ai 30 g/L; tuttavia, il costo dei materiali à ̈ elevato ed in taluni casi l’estrazione dell’idrogeno può richiedere una temperatura piuttosto elevata che causa un abbassamento dell’efficienza energetica complessiva dell’intero sistema serbatoio-cella a combustibile. It is possible to store hydrogen in the form of metal hydrides. In these systems, suitable materials absorb hydrogen, and are able to return it if heated to the right temperature. These storage devices are able to reach a gravimetric capacity of hydrogen of about 4% and a volumetric capacity of around 30 g / L; however, the cost of materials is high and in some cases the extraction of hydrogen may require a rather high temperature which causes a lowering of the overall energy efficiency of the entire tank-fuel cell system.

Descrizione del processo di produzione dell’ idrogeno Description of the hydrogen production process

11 processo oggetto della presente invenzione consiste nello splitting di acqua mediato da metalli o da specie inorganiche differenti dal litio e formanti leghe con il sodio. eazione chimica che porta, alla produzione “in situ†The process object of the present invention consists in the splitting of water mediated by metals or by inorganic species other than lithium and forming alloys with sodium. chemical action that leads to â € œin situâ € production

H O R2→ H2† sottoprodotti H O R2â † ’H2â € by-products

Nella reazione, l'acqua ricopre il ruolo di agente ossidante. Una volta posta a contatto con la specie inorganica R l’acqua subisce un processo di splitting e si ha produzione di idrogeno gassoso. Di conseguenza, la specie inorganica R2si ossida.. In the reaction, water plays the role of an oxidizing agent. Once placed in contact with the inorganic species R, the water undergoes a splitting process and gaseous hydrogen is produced. Consequently, the inorganic species R2 oxidizes.

Se viene fondotta in presenza di specie ossidanti (come l’ossigeno gassoso presente nell’atmosfera), il conseguente innalzamento della temperatura può facilmente portare il sistema al raggiungimento della temperatura di auto -ignizione, con conseguente incendio del materiale. Per riuscire ad utilizzare l’idrogeno prodotto dal processo descritto nella reazione, à ̈ necessario dunque che la reazione chimica venga condotta in atmosfera inerte o riducente. A tale scopo, le specie ossidanti e quelle riducenti vengono poste in due recipienti, isolati dai gas atmosferici. Non appena le due specie vengono poste a contatto si ha la produzione di idrogeno, che va a costituire un’atmosfera riducente che consente di evitare processi di combustione incontrollata. Un tipico apparato in cui condurre il processo oggetto della presente invenzione viene descritto di seguito a titolo esemplificativo e non limitativo. If it is melted in the presence of oxidizing species (such as gaseous oxygen present in the atmosphere), the consequent increase in temperature can easily lead the system to reach the self-ignition temperature, with consequent fire of the material. To be able to use the hydrogen produced by the process described in the reaction, it is therefore necessary that the chemical reaction is carried out in an inert or reducing atmosphere. For this purpose, the oxidizing and reducing species are placed in two containers, isolated from atmospheric gases. As soon as the two species are brought into contact, hydrogen is produced, which forms a reducing atmosphere which allows to avoid uncontrolled combustion processes. A typical apparatus in which to carry out the process object of the present invention is described below by way of non-limiting example.

Descrizione di massima dell’apparato in cui condurre il processo di produzione di idrogeno Il sistema utilizzato per attuare il processo oggetto della presente invenzione à ̈ rappresentato in Figura 1. Il sistema à ̈ costituito da due recipienti. Recipiente 1 e Recipiente 2 a tenuta stagna, posti l’uno sopra l’altro, messi in collegamento da un primo tubo intercettato dalla Valvola 1. Le due camere stagne vengono mantenute alla stessa pressione da un secondo tubo che le mette in collegamento, intercettato dalla Valvola 2. Il recipiente inferiore. Recipiente 2. à ̈ collegato all’ambiente esterno da un tubo intercettato dalla Valvola 3; la pressione all’interno del recipiente inferiore à ̈ monitorata da un manometro. Il recipiente superiore. Recipiente 1, viene riempito con il reagente liquido desiderato (Reagente 1); il recipiente inferiore. Recipiente 2, viene riempito con l agente riducente scelto (Reagente 2). General description of the apparatus in which to carry out the hydrogen production process The system used to carry out the process object of the present invention is represented in Figure 1. The system consists of two containers. Vessel 1 and Vessel 2 watertight, placed one above the other, connected by a first pipe intercepted by Valve 1. The two sealed chambers are maintained at the same pressure by a second pipe that connects them , intercepted by Valve 2. The lower vessel. Receptacle 2. It is connected to the external environment by a pipe intercepted by Valve 3; the pressure inside the lower container is monitored by a pressure gauge. The upper vessel. Vessel 1, is filled with the desired liquid reagent (Reagent 1); the lower vessel. Vessel 2, is filled with the chosen reducing agent (Reagent 2).

Descrizione di massima del funzionamento dell'apparato in cui condurre il processo di produzione di idrogeno General description of the operation of the apparatus in which to conduct the hydrogen production process

Il reagente liquido. Reagente 1. viene fatto scendere dal recipiente superiore a quello inferiore per gravità, una volta che la Valvola 1 viene aperta. Non appena il reagente liquido. Reagente 2. entra in contatto mediante gocciolamento con l’agente riducente. Reagente 2, posto nel recipiente inferiore, Recipiente 2. si sviluppa idrogeno gassoso che & innalzare la pressione. Quando la pressione all’interno del recipiente inferiore raggiunge il valore scelto, la Valvola 3 viene aperta e l’idrogeno gassoso può essere utilizzato. Se la pressione all’interno del recipiente inferiore sale al di sopra di un valore di sicurezza appropriato, la Valvola 1 viene chiusa, il reagente liquido. Reagente 1, non entra più in contatto con l’agente riducente. Reagente 2, e la produzione di idrogeno si blocca. La Valvola 2 si apre nel momento in cui la pressione del gas nel recipiente inferiore, Recipiente 2, à ̈ superiore a quella del gas nel recipiente superiore. Recipiente 1: coordinando accuratamente il funzionamento di Valvola 1 e Valvola 2, à ̈ possibile fare si che la pressione dell’idrogeno prodotto dal sistema venga mantenuta al valore desiderato. L’assenza di gas ossidanti all’ interno dei recipienti consente una produzione continuativa di idrogeno senza rischi di incendio. The liquid reagent. Reagent 1. is made to descend from the upper vessel to the lower one by gravity, once the Valve 1 is opened. As soon as the liquid reagent. Reagent 2. comes into contact with the reducing agent by dripping. Reagent 2, placed in the lower vessel, Vessel 2. gaseous hydrogen is evolved which will raise the pressure. When the pressure inside the lower container reaches the chosen value, Valve 3 is opened and the hydrogen gas can be used. If the pressure inside the lower vessel rises above an appropriate safety value, Valve 1 is closed, the reagent is liquid. Reagent 1, no longer comes into contact with the reducing agent. Reagent 2, and hydrogen production stops. Valve 2 opens when the gas pressure in the lower container, Container 2, is higher than that of the gas in the upper container. Vessel 1: by carefully coordinating the operation of Valve 1 and Valve 2, it is possible to ensure that the pressure of the hydrogen produced by the system is maintained at the desired value. The absence of oxidizing gases inside the containers allows a continuous production of hydrogen without the risk of fire.

ESEMPI EXAMPLES

Le descrizioni che seguono devono essere considerate, assieme ai grafici posti in allegata, informazioni specifiche di esempi particolari, riportati solo a scopo illustrativo e non limitativo dell’invenzione. The following descriptions must be considered, together with the graphs attached, specific information of particular examples, reported only for illustrative purposes and not limitative of the invention.

Esempio Example

L’esempio utilizza come Reagente 1 acqua e come Reagente 2 sodio metallico. La stechiometria della reazione à ̈ la seguente: The example uses water as Reagent 1 and sodium metal as Reagent 2. The stoichiometry of the reaction is as follows:

2Na(s)+ H20(i)— » Na20(B)+ 3⁄4T 2Na (s) + H20 (i) â € ”» Na20 (B) + 3⁄4T

Poiché il sodio metallico ha un peso atomico pari a 22.99 g/mol ed una densità pari a 0.968 g/cm<3>, mentre l’acqua presenta un peso molecolare pari a 18.015 g/mol ed una densità pari a 1 g/cm<3>, al primo membro della reazione chimica i reagenti pesano complessivamente 64.00 g ed occupano un volume pari a 65.51 cm<3>. Al secondo membro, vengono prodotti 2 grammi di idrogeno, pari a 22.414 1, mentre il Na20 risultante pesa 62.00 g ed occupa 27.30 cm<3>. La capacità gravimetrica teorica della reazione à ̈ pari a 2 g3⁄4/ 64.00 greageni= 3.13%. La capacità volumetrica teorica della reazione à ̈ pari a 30.53 g/L. Since metallic sodium has an atomic weight of 22.99 g / mol and a density of 0.968 g / cm <3>, while water has a molecular weight of 18.015 g / mol and a density of 1 g / cm <3>, at the first member of the chemical reaction the reactants weigh a total of 64.00 g and occupy a volume equal to 65.51 cm <3>. At the second member, 2 grams of hydrogen are produced, equal to 22.414 1, while the resulting Na20 weighs 62.00 g and occupies 27.30 cm <3>. The theoretical gravimetric capacity of the reaction is equal to 2 g3⁄4 / 64.00 greagens = 3.13%. The theoretical volumetric capacity of the reaction is equal to 30.53 g / L.

Esempio Example

esempio utilizza come Reagente 1 acqua e come Reagente 2 magnesio metallico. La echiometria della reazione à ̈ la seguente: example uses water as Reagent 1 and metal magnesium as Reagent 2. The echiometry of the reaction is as follows:

Mg(S)+ H20(i)—*MgO(S)+ 3⁄4t ;;oiché il magnesio metallico ha un peso atomico pari a 24.31 g/mol ed una densità pari a 1.738 /cm<3>, mentre l’acqua presenta un peso molecolare pari a 18.015 g/mol ed una densità pari a 1 /cm<3>, al primo membro della reazione chimica i reagenti pesano complessivamente 42.32 g ed ccupano un volume pari a 32.00 cm<3>. Al secondo membro, vengono prodotti 2 grammi di idrogeno, ari a 22.414 1, mentre il MgO risultante pesa 40.32 g ed occupa 11.26 cm<3>. La capacità ravimetrica teorica della reazione à ̈ pari a 2 gH J 42.32 gretto»= 4.73%. La capacità volumetrica eorica della reazione à ̈ pari a 62.50 g/L. ;;sempio 3 ;esempio utilizza come Reagente I acqua e come Reagente II metalli alcalini (M1 = K, Rb, Cs) o lcalino-terrosi (Mn = Ca, Sr, Ba). Le stechiometrie delle reazioni coinvolte sono le seguenti: 1) 2M[(S)+ H20(1)— » MÎ 2Î ̧(8)+ H2T ;2) Mn(s)+ H20(i)→ MnO(S)+ H2† ;;I calcoli delle capacità gravimetriche e volumetriche delle reazioni 1) e 2) sono effettuati come riportato rispettivamente negli esempi 2 e 3. 1 risultati sono riportati di seguito in Tabella I. ;Tabella 1. Capacità gravimetrica e capacità volumetrica di produzione di idrogeno mediata da metalli alcalini ed alcalino-terrosi. ;Mi ;Elemento K Rb Cs Ca Sr _ Ba_ Capacità 2.08 1.06 0.70 3.44 1.89 1.29 Gravimetrica (%) ;Capacità 18.89 15.43 12.84 45.59 39.06 35.00 Volumetrica (g/L) ;;Esempio 4 ;L esempio utilizza come Reagente 1 acqua e come Reagente 2 una lega sodio metallico ed alluminio metallico. La stechiometria della reazione à ̈ la seguente: ;;ΑΙ^ι -t-2H2Q(p;;Poiché il sodio metallico ha un peso atomico pari a 22.99 g/mol ed una densità pari a 0.968 g/cm<3>. l’alluminio metallico ha un peso atomico pari a 26.98 g/mol cd una densità nari a 2,7 g/cm*. mentre l acqua presenta un peso molecolare pari a 18.015 g/mol ed una densità nari a 1 g/cm<3>. al primo membro della reazione chimica i reagenti pesano complessivamente 86.00 g ed occupano un volume pari a 69.77 cm<3>. Al secondo membro, vengono prodotti 4 grammi di idrogeno. pari a 44 828 1. mentre il NaA1O?risulta pesa 81.97 g ed occupa 54.65 cm\ La capacità gravimetrica teorica della reazione à ̈ pari a 4 g^p / 69.77 greagent i4.65% La capacità volumetrica teorica della ESEMPIO COMPARATIVO Mg (S) + H20 (i) â € "* MgO (S) + 3⁄4t ;; o that metallic magnesium has an atomic weight equal to 24.31 g / mol and a density equal to 1.738 / cm <3>, while water has a molecular weight equal to 18.015 g / mol and a density equal to 1 / cm <3>, in the first member of the chemical reaction the reactants weigh a total of 42.32 g and occupy a volume equal to 32.00 cm <3> . At the second member, 2 grams of hydrogen are produced, at 22.414 1, while the resulting MgO weighs 40.32 g and occupies 11.26 cm <3>. The theoretical ravimetric capacity of the reaction is equal to 2 gH J 42.32 narrow »= 4.73%. The eoric volumetric capacity of the reaction is equal to 62.50 g / L. Example 3 uses water as Reagent I and alkaline (M1 = K, Rb, Cs) or alkaline-earth metals (Mn = Ca, Sr, Ba) as Reagent II. The stoichiometries of the reactions involved are as follows: 1) 2M [(S) + H20 (1) â € ”» MÎ 2Î ̧ (8) + H2T; 2) Mn (s) + H20 (i) â † 'MnO ( S) + H2â € ;; The calculations of the gravimetric and volumetric capacities of reactions 1) and 2) are carried out as reported respectively in Examples 2 and 3. The results are reported below in Table I.; Table 1. Gravimetric capacity and capacity volumetric production of hydrogen mediated by alkaline and alkaline-earth metals. ; Mi; Element K Rb Cs Ca Sr _ Ba_ Capacity 2.08 1.06 0.70 3.44 1.89 1.29 Gravimetric (%); Capacity 18.89 15.43 12.84 45.59 39.06 35.00 Volumetric (g / L) ;; Example 4; The example uses 1 water as Reagent and Reagent 2 a metal sodium and aluminum metal alloy. The stoichiometry of the reaction is as follows: ;; Î'Î ™ ^ ι -t-2H2Q (p ;; Since metallic sodium has an atomic weight of 22.99 g / mol and a density of 0.968 g / cm < 3>. Metallic aluminum has an atomic weight of 26.98 g / mol and a density of 2.7 g / cm *. While water has a molecular weight of 18.015 g / mol and a density of 1 g / cm <3>. at the first member of the chemical reaction the reactants weigh a total of 86.00 g and occupy a volume equal to 69.77 cm <3>. At the second member, 4 grams of hydrogen are produced. equal to 44 828 1. while the NaA1O? Is found to weigh 81.97 g and occupy 54.65 cm \ The theoretical gravimetric capacity of the reaction is equal to 4 g ^ p / 69.77 greagent i4.65% The theoretical volumetric capacity of the COMPARATIVE EXAMPLE

In Fig. 2 à ̈ mostrata la capacità gravimetrica di produzione di idrogeno ottenuta mediante il processo oggetto della presente invenzione. I valori sono riferiti agli Esempi 1-4, descritti in precedenza a scopo illustrativo e non limitativo. Si osserva come, scegliendo opportunamente i reagenti, il processo oggetto della presente invenzione consenta di ottenere capacità gravimetriche paragonabili o superiori rispetto ai sistemi che costituiscono il moderno stato dell’arte. Fig. 2 shows the gravimetric hydrogen production capacity obtained by the process object of the present invention. The values refer to Examples 1-4, previously described for illustrative and non-limiting purposes. It can be observed how, by appropriately choosing the reagents, the process object of the present invention allows to obtain gravimetric capacities comparable or superior to the systems that constitute the modern state of the art.

In Fig. 3 à ̈ mostrata la capacità volumetrica di produzione di idrogeno ottenuta mediante il processo oggetto della presente invenzione. I valori sono riferiti agli Esempi 1-4, descritti in precedenza a scopo illustrativo e non limitativo. Si osserva come, scegliendo opportunamente i reagenti, il processo oggetto della presente invenzione consenta di ottenere capacità volumetriche paragonabili o superiori rispetto ai sistemi che costituiscono il moderno stato dell’arte. Fig. 3 shows the volumetric hydrogen production capacity obtained by the process object of the present invention. The values refer to Examples 1-4, previously described for illustrative and non-limiting purposes. It can be observed how, by appropriately choosing the reagents, the process object of the present invention allows to obtain volumetric capacities comparable or superior to the systems that constitute the modern state of the art.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Fig. 1. Rappresentazione di massima del sistema impiegato per la produzione dell’idrogeno. Fig. 1. Rough representation of the system used for the production of hydrogen.

Fig. 2. Grafico esemplificativo della capacità gravimetrica di produzione di idrogeno del processo oggetto della presente invenzione. Fig. 2. Example graph of the gravimetric hydrogen production capacity of the process object of the present invention.

Fig. 3. Grafico esemplificativo della capacità volumetrica di produzione di idrogeno del processo oggetto della presente invenzione. Fig. 3. Example graph of the volumetric hydrogen production capacity of the process object of the present invention.

Claims (4)

PRODUZIONE "IN SITU" DI IDROGENO TRAMITE PROCESSO DI SPLITTING DI ACQUA MEDIATO DA METALLI O DA SPECIE INORGANICHE DIFFERENTI DAL LITIO E FORMANTI LEGHE CON IL SODIO Rivendicazioni 1. Processo per la produzione “in situ†di idrogeno tramite processi di splitting dell’acqua mediati da metalli e/o specie inorganiche differenti dal litio e formanti leghe con il sodio. "IN SITU" PRODUCTION OF HYDROGEN THROUGH WATER SPLITTING PROCESS MEDIATED BY METALS OR INORGANIC SPECIES DIFFERENT FROM LITHIUM AND STRONG ALLOYS WITH SODIUM Claims 1. Process for the â € œin situâ € production of hydrogen through water splitting processes mediated by metals and / or inorganic species other than lithium and forming alloys with sodium. 2. Processo effettuato come descritto al punto 1, dove la reazione in questione à ̈ condotta in atmosfera inerte o riducente tra due i componenti denominati Reagente 1 e Reagente 2. 2. Process carried out as described in point 1, where the reaction in question is carried out in an inert or reducing atmosphere between two components called Reagent 1 and Reagent 2. 3. Processo come in 1 dove il Reagente 1 à ̈ acqua. 3. Process as in 1 where Reagent 1 is water. 4. Processo come in 1 dove il Reagente 2 può essere un liquido oppure un solido, fra: i metalli alcalini tranne il Li, quali Na. K, Rb, Cs; i metalli alcalino-terrosi, Be, Mg, Ca, Sr, Ba; i metalli terrosi, Al, Ga, In, Ή; i metalli di transizione, quali Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn; i lantanidi, quali Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; altri metalli quali Sn, Pb, Bi; leghe ottenute combinando i suddetti metalli, con il sodio. _ 5. Processo effettuato mediante un apparato a due recipienti per la produzione di idrogeno “in situ†come mostrato in Fig. 1. 6. Processo effettuato mediante un apparato a due recipienti come al punto 5. jl Reagente 1 ed il Reagente 2 sono contenuti ciascuno in uno solo dei due recipienti: il Reagente I. contenuto nel Recipiente 2, che contiene il Reagente 2. solo dalla forza di gravità: il Reagente 1 entra in contatto con il Reagente 2 mediate gocciolamento. Apparato come punto 5 dotato di sistemi per far entrare in contatto quantità controllate di Reagente 1 con il Reagente 2. 8. Apparato come al punto 5 i cui due recipienti sono mantenuti alla stessa pressione da un . tubo di collegamento intercettato da una valvola di non ritorno: lo sblocco del tubo di collegamento à ̈ posizionato nel Recipiente 2 in modo che il tubo di collegamento possa trasferire dal Recipiente 2 al Recipiente 1 solo il gas che riempie il Recipiente 2 9. Apparato come al punto 5, dotato di sistemi per la misurazione e regolazione della pressione interna. 10. Apparato come al 5, dove l’entrata dei gas atmosferici nel sistema viene impedita. 11. Apparato come al unto 5 dove la temperatura del sistema à ̈ monitorata da opportuni sensori di temperatura. Recipiente , Tubo di collegamento Λ/Î1⁄2 \ Λ/\ΛΛΛΛ Valvola2 ΛΛΛ /W\ Reagente 1 „ΑΛΛΛ ΛΛΛ ΛΛΛ ΛΛΛ Manometro Valvola 1 ; Ivo la 3 Idrogeno Recipiente Inferiore Reagente 2 Fig. 1/3 Esempio 6 L’esempio utilizza come Reagente 1 una soluzione al 36% in peso di acido cloridrico in acqua ed alluminio come Reagente 2. La stechiometria della reazione à ̈ la seguente: 2A1(S)+ 6HCl(aq)→ 2AlCl3(aq)+ 3H2† 2 moli di allumino pesano 53.96 g ed occupano un volume di 20 cm<3>. 6 moli di HC1 pesano 218.76 g e si trovano disciolte in un peso di soluzione pari complessivamente a 607.67 g, che occupa un volume pari a 514.97 cm<3>. In totale, il peso complessivo dei reagenti à ̈ dunque pari a 661.63 g; essi occupano un volume complessivo di 534.97 cm . La reazione chimica produce 6 grammi di idrogeno; dunque la capacità gravimetrica complessiva teorica della reazione à ̈ pari a 6 gH2/ 661.63 greagentì= 0.91%. La capacità volumetrica teorica della reazione à ̈ pari a 11.22 g/L. Esempio 8 L’esempio utilizza come Reagente 1 una soluzione al 36% in peso di acido cloridrico e metalli come Reagente 2. La reazione che avviene può presentare le seguenti due stechiometrie: Mj(s)+ 2HCl(aq)<→>MiCl2(aq)+H2† 2Mu(S)+ 6HCl(aq)<→>2Mi[Cl3(aq)+ 3H2† I calcoli delle capacità gravimetriche e volumetriche delle reazioni 1) e 2) sono effettuati come riportato ne esempio 6. 1 risultati sono riportati di seguito in Tabella II. Tabella Π. Capacità gravimetrica e capacità volumetrica di produzione di idrogeno mediata da metalli. Mi Mn Elemento Cu Zn Sn Cr Fe Capacità 0.752 0.746 0.622 0.843 0.834 Gravimetrica (%) Capacità 11.19 11.06 10.65 11.33 11.33 Volumetrica ( g/L)4. Process as in 1 where Reagent 2 can be a liquid or a solid, among: alkali metals except Li, such as Na. K, Rb, Cs; alkaline earth metals, Be, Mg, Ca, Sr, Ba; earth metals, Al, Ga, In, Î ‰; transition metals, such as Se, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn; the lanthanides, such as Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu; other metals such as Sn, Pb, Bi; alloys obtained by combining the above metals with sodium. _ 5. Process carried out by means of a two-vessel apparatus for the production of hydrogen â € œin situâ € as shown in Fig. 1. 6. Process carried out by means of a two-vessel apparatus as in point 5. jl Reagent 1 and Reagent 2 are each contained in only one of the two vessels: Reagent I. contained in Vessel 2, which contains Reagent 2. only by force gravity: Reagent 1 comes into contact with Reagent 2 by dripping. Apparatus as point 5 equipped with systems to make controlled quantities of Reagent 1 come into contact with Reagent 2. 8. Apparatus as in point 5 in which the two containers are kept at the same pressure by a. connection pipe intercepted by a non-return valve: the release of the connection pipe is positioned in container 2 so that the connection pipe can transfer from container 2 to container 1 only the gas that fills container 2 9. Apparatus as per point 5, equipped with systems for measuring and regulating internal pressure. 10. Apparatus as in item 5, where the entry of atmospheric gases into the system is prevented. 11. Apparatus as in point 5 where the system temperature is monitored by suitable temperature sensors. Receptacle , Tube of link Î ›/ Î1⁄2 \ Λ / \ Î ›Î› Î ›Î› Valve2 Î ›Î› Î ›/ W \ Reagent 1 â € žÎ'Î ›Î› Î ›Î› Î ›Î› Î ›Î› Î ›Î› Î ›Î› Pressure gauge Valve 1; Ivo the 3 Hydrogen Receptacle Inferior Reagent 2 Fig. 1/3 Example 6 The example uses as Reagent 1 a 36% by weight solution of hydrochloric acid in water and aluminum as Reagent 2. The stoichiometry of the reaction is as follows: 2A1 (S) + 6HCl (aq) â † ’2AlCl3 (aq) + 3H2â € 2 moles of aluminum weigh 53.96 g and occupy a volume of 20 cm <3>. 6 moles of HC1 weigh 218.76 g and are dissolved in a solution weight equal to 607.67 g overall, which occupies a volume equal to 514.97 cm <3>. In total, the total weight of the reactants is therefore equal to 661.63 g; they occupy a total volume of 534.97 cm. The chemical reaction produces 6 grams of hydrogen; therefore the theoretical overall gravimetric capacity of the reaction is equal to 6 gH2 / 661.63 greagentì = 0.91%. The theoretical volumetric capacity of the reaction is equal to 11.22 g / L. Example 8 The example uses as Reagent 1 a 36% by weight solution of hydrochloric acid and metals as Reagent 2. The reaction that takes place can have the following two stoichiometries: Mj (s) + 2HCl (aq) <â † ’> MiCl2 (aq) + H2â € 2Mu (S) + 6HCl (aq) <â † ’> 2Mi [Cl3 (aq) + 3H2â € The calculations of the gravimetric and volumetric capacities of reactions 1) and 2) are carried out as reported in example 6. The results are reported below in Table II. Table Î. Gravimetric capacity and volumetric capacity of metal-mediated production of hydrogen. Mi Mn Cu Zn Sn Cr Fe element Capacity 0.752 0.746 0.622 0.843 0.834 Gravimetric (%) Capacity 11.19 11.06 10.65 11.33 11.33 Volumetric (g / L)
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