"Procédé de formation d'hydrogène"
La présente invention est relative à un procédé de formation d'hydrogène et, plus particulièrement, à un procédé de formation d'hydrogène par électrolyse d'un acide halogéné produit suivant un nouveau principe utilisant du carbone, tels que du coke
ou du charbon..
La présente invention s'avère particulièrement appropriée
pour un procédé d'électrolyse utilisant de l'acide chlorhydrique ou de l'acide iodhydrique, et elle sera décrite en s'y référant; toutefois, on notera que l'invention présente des applications
plus étendues et peut être utilisée avec de l'acide bromhydrique. L'utilisation du procédé avec l'acide fluoré serait électrochimiquement appropriée; toutefois, à cause de la nature fortement active du fluor, cet halogène particulier n'est pas approprié. Le procédé peut également être utilisé en milieu gazeux.
La production d'hydrogène est devenue très intéressante puisque l'hydrogène présente des aspects intéressants à titre de combustible de chauffage direct ou comme moyen pour produire de l'énergie électrique dans une pile à combustible. Par conséquent, des efforts importants ont été réalisés pour obtenir de grands volumes d'hydrogène en vue d'une utilisation ultérieure dans la production de chaleur ou d'énergie électrique. Actuellement, le procédé de production d'hydrogène le plus ordinaire consiste en l'électrolyse d'eau, qui consomme une quantité importante d'énergie électrique puisqu'elle requiert plus de 2,0 volts de courant continu pour la décomposition. Ainsi que cela est bien connu, le coût de l'énergie électrique pour le procédé sera d'autant
plus élevé que la tension nécessaire à l'électrolyse est plus haute. Pour réduire le coût de production de l'hydrogène, la plupart des efforts ont été dirigés pour tenter de modifier le procédé d'électrolyse d'eau de manière à réduire la tension requise pour l'hydrolyse et, de ce fait, l'énergie électrique requise. Par exemple, on a suggéré de mettre au point des cellules d'électrolyse d'eau à haute pression qui réduisent la tension d'une valeur dépassant légèrement 2,0 volts à la gamme générale d'environ 1,61,7 volt. La production d'hydrogène par l'électrolyse d'eau implique encore une alimentation d'énergie électrique importante qui continue à rendre l'hydrolyse de l'eau en vue de la production d'hydrogène un procédé coûteux même si elle peut être réalisa-
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c !,.,. de l'hydrogène produit.
1 La présente invention est relative à un nouveau procédé
de production d'hydrogène par électrolyse dans une cellule utilisant un acide halogéné, tel que l'acide chlorhydrique, l'acide bromhydrique ou l'acide iodhydrique. De cette manière, la tension d'électrolyse peut être réduite et l'énergie électrique requise pour le procédé d'électrolyse peut être rendue inférieure même à celle utilisée par les procédés améliorés proposés pour l'électrolyse de l'eau.
L'électrolyse d'un acide halogéné pour produire de l'hydrogène et le composant halogène est une technologie bien connue. Le principe a été décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 603.058, 1.746.542, 3.236.760, 3.242.065 et
3.756.930. La présente invention n'incorpore pas, à titre de nouvelle caractéristique, le principe suivant lequel on obtient
de l'hydrogène à partir de l'électrolyse de l'acide halogéné; toutefois, l'invention est relative à ce domaine général et se rapporte à un nouveau procédé dans lequel ce procédé d'électrolyse peut être utilisé pour la production économique d'hydrogène à un coût sensiblement inférieur au coût de l'électrolyse de l'eau. Par conséquent, la présente invention est relative à un procédé suivant lequel on peut utiliser le principe de l'électrolyse
d'un acide halogène. ' pour la production de quantités d'hydrogène industrielles avec une efficacité globale qui n'a pas encore été atteinte jusqu'à présent. Ainsi qu'on le décrira ciaprès, la présente invention implique le principe d'utiliser l'électrolyse de l'acide halogéné en combinaison avec un procédé de production de l'acide d'une manière efficace, qui conduit à une quantité suffisante de l'acide créée à un faible coût. Le procédé est réalisé dans une unité ou un dispositif englobant à la fois la cellule d'électrolyse et la zone de réaction génératrice d'acide qui peut être disposée dans la cellule d'électrolyse elle-même
f-
ou qui peut communiquer avec celle-ci par des conduits par lesquels l'acide halogéné pour le procédé d'électrolyse est mis en circulation sous une forme liquide ou gazeuse.
En résumé, la présente invention est relative à des perfectionnements à la production d'hydrogène en utilisant le principe de l'électrolyse d'un acide halogéné, combiné avec un nouveau principe de production d'acide halogéné.,
Suivant la présente invention, la cellule d'électrolyse pour la séparation d'hydrogène à partir d'un acide halogéné incorpore une zone de réaction dans laquelle se forme l'acide en utilisant l'halogène dégagé par le procédé d'électrolyse. Suivant l'aspect le plus large de la présente invention, la zone de réaction est adjacente de la zone de récolte de l'halogène de la cellule d'électrolyse et utilise l'halogène libéré par la cellule, de l'eau et un agent de réaction pour la production d'une quantité supplémentaire d'acide halogéné. Lorsque l'acide est en solution, la solubilité de l'halogène libéré dans la solution acide en même temps que l'efficacité d'hydrogénation de la présente invention contribuent à une recharge efficace de l'acide halogéné en vue d'une électrolyse ultérieure pour produire de l'hydrogène.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, la zone de réaction utilisée pour produire une quantité supplémentaire d'acide pour la solution d'électrolyte utilise de l'eau et l'halogène dissocié en vue de créer une quantité supplémentaire d'acide halogéné. Cette réaction chimique requiert une hydrogénation rapide que l'on obtient, suivant une autre forme de réalisation de l'invention, en utilisant un catalyseur tel que du carbone graphitisé, du titane ruthénisé ou du titane platinisé. Ces trois catalyseurs sont efficaces pour l'hydrogénation jusqu'à un certain niveau de concentration de l'acide qui est de l'ordre de 5% pour l'acide chlorhydrique. Suivant la forme de réalisation préférée de l'invention, la réaction dans la zone réactionnelle
du procédé implique l'utilisation de carbone non graphitisé qui en-tre dans la réaction chimique pour produire une quantité supplémentaire d'acide halogéné et qui produit du dioxyde de carbone comme sous-produit. Ce carbone non graphitisé, que l'on utilise dans la forme de réalisation préférée de l'invention, permet l'hydrogénation de l'halogène dissocié au-delà des concentrations relativement acides que l'on peut obtenir par le catalyseur utilisé dans le cadre de la présente invention. La forme de réalisation préférée utilise une solution de l'acide halogéné; toutefois, on peut utiliser un procédé par voie gazeuse. Le procédé par voie liquide sera expliqué ci-après. L'acide halogéné tel qu'il est utilisé dans le cadre de la présente invention, est halogénhydrique, c'est-à-dire qu'il n'est pas combiné à de l'oxygène.
La présente invention englobe le procédé de formation d'hydrogène par l'électrolyse de l'acide halogéné dans une solution, ce procédé englobant également l'utilisation d'une zone réactionnelle dans laquelle l'acide halogéné est rechargé par la réaction de l'halogène libéré électrochimiquement, dissous,avec de l'eau en présence d'un catalyseur ou en présence de carbone non graphitisé. Cette dernière forme de réalisation préférée du procédé de la présente invention permet d'obtenir des concentrations supérieures en acide halogéné en produisant une hydrogénation à cbs
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ment supérieurs à ceux des autres procédés connus pour l'obtention d'acide halogéné par la réaction d'un halogène directement avec de l'eau. C'est ainsi que la présente invention requiert uniquement l'utilisation d'eau pour maintenir l'opération continue du procédé de formation d'hydrogène. Dans la forme de réalisation préférée, on utilise de l'eau et du carbone non graphitisé pour élever la concentration de l'acide halogéné et, par la même occasion, l'efficacité du procédé d'électrolyse global .Comme on peut le voir, en utilisant la présente invention, de l'hydrogène est libéré pour une utilisation extérieure à la cellule. On ne
doit introduire dans la cellule que de l'eau ou de l'eau et du carbone. La tension de fonctionnement électrique de la cellule est sensiblement inférieure à celle d'une cellule d'électrolyse utilisée dans l'électrolyse de l'eau. Par conséquent, en utilisant uniquement de l'eau comme matière d'alimentation, on obtient de l'hydrogène à une efficacité électrique que l'on ne peut pas obtenir dans une cellule qui produit de l'hydrogène par une électrolyse directe de l'eau.
Dans la présente invention, l'eau est d'abord convertie en l'acide halogéné qui est ensuite converti efficacement en l'hydrogène et en l'halogène, lequel halogène est à nouveau dissous dans l'électrolyte dans la cellule elle-même, réagit avec l'eau en présence du catalyseur mentionné ou de carbone non graphitisé pour convertir à nouveau l'eau en la solution d'acide halogéné décomposée d'une manière plus efficace.
Ce nouveau procédé, qui sera décrit ci-après plus en détail, n'est pas suggéré par l'état de la technique antérieure.
La production d'un acide halogéné, tel que de l'acide chlorhydrique, par du carbone chauffé et de l'eau est illustrée par lesbrevets
des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 1.229.509, 1.420.209, 1.485.816,
1.695.522, 1.843.196, 1.843.354, 1.870.308 et 2.238.896. Aucun de ces brevets ne suggère un procédé de production d'hydrogène,ni
le principe d'utiliser des particules de carbone dans une zone de réaction d'une cellule d'électrolyse pour produire l'acide halogéné en utilisant l'halogène libéré. La présente invention permet d'obtenir de l'hydrogène à partir d'eau sans l'électrolyse directe de l'eau elle-même. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique
n[deg.] 3.995.016 est relatif à un procédé de production d'hydrogène à partir d'eau,dans leque ce la vapeur d'eau et de la vapeur d'iode sont mises en réaction pour former de l'iodure d'hydrogène qui
est ensuite décomposé en hydrogène et iode. Ce' procédé implique la réaction de la vapeur d'eau et de la vapeur d'iode dans une étape initiale. La présente invention est relative à un procédé d'électrolyse dans lequel on utilise une solution d'acide halogéné pour le procédé d'électrolyse, le procédé n'étant pas suggéré par ces procédés antérieurs de production d'eau et d'hydrogène à partir d'eau en' utilisant de l'iode. Un autre procédé de production d'hydrogène et d'oxygène à partir d'eau sans l'électrolyse de l'eau est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 4.069.120. Dans ce brevet, on combine l'halogène et l'eau sous la forme d'un gaz qui est irradié pour former l'halogénure d'hydrogène.
A nouveau, ce procédé ne traite pas de l'utilisation de l'halogène dissocié,dans un procédé d'électrolyse pour recréer l'acide de l'électrolyte épuisé. De même, aucune zone de réaction utilisant un agent de réaction n'est représentée.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 4.021.323 est relatif à un système de production d'hydrogène par l'électrolyse d'iodure d'hydrogène. Dans ce dispositif, l'iodure d'hydrogène est remplacé par une réaction chimique avec l'hydrogène et l'iode libérés dans une solution aqueuse. L'iode ne se dissout pas dans l'électrolyte, qui est ensuite rechargé de façon continue
par la réaction de l'iode dissous avec l'eau en présence de carbone ou d'un catalyseur tel que décrit dans la présente invention.
La technique antérieure décrite conjointement aux aspects fondamentaux de la présente invention est incorporée ici comme information de base et pour faire ressortir la nouveauté du procédé simplifié de la présente invention pour la production d'hydrogène à partir d'eau ou d'eau et de carbone, de préférence du carbone non graphitisé.
Suivant une forme de réalisation de la présente invention, on prévoit un procédé de formation d'un halogène par l'électrolyse de l'acide halogéné produit à partir d'un processus réactionnel utilisant de l'hydrogène libéré électriquement,dissous dans la solution. Ce procédé implique la prévision d'une cellule <EMI ID=3.1>
d'électrolyse avec une électrode d'hydrogène dans une zone de ré-
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dans une zone de récolte d'halogène de la cellule. Une solution d'acide halogéné est prévue dans la cellule pour former un électrolyte liquide avec une tension de fonctionnement totale connue.
On utilise un procédé continu pour la production de l'acide halogéné de l'électrolyte utilisé dans la solution. Ce procédé continu implique la dissolution de l'hydrogène libéré électriquement
de l'électrode d'halogène dans la solution d'acide halogéné à l'endroit de la zone de .récolte d'halogène et la mise en réaction
de l'halogène dissous dans une zone de réaction adjacente ce la zone de récolte d'halogène avec la solution aqueuse de l'électrolyte
et en présence d'un catalyseur choisi dans le groupe formé par le carbone graphitisé, le titane ruthénisé et le titane platinisé,
ou en présence de carbone non graphitisé. Cette réaction produit l'hydrogénation de l'halogène dissous dans la solution d'électrolyte pour recharger la solution en acide par l'addition uniquement d'eau ou d'eau et de carbone. Dans la forme de réalisation préférée, les particules de carbone consistent en du carbone non graphitisé, tel que du coke. En utilisant l'halogène dissous dans l'électrolyte, l'électrolyte et l'halogène dissous peuvent être mis en circulation à travers la zone de réaction pour créer une unité totale dans laquelle l'addition continue d'eau ou d'eau et de coke permet une production continue d'hydrogène par le procédé d'électrolyse.
Le but principal de la présente invention est la prévision d'un procédé de production d'hydrogène par électrolyse, lequel procédé requiert un potentiel de fonctionnement inférieur à celui de l'hydrolyse de l'eau.
Un autre but de la présente invention est la prévision d'un procédé tel que décrit précédemment, lequel procédé utilise une solution diluée d'acide halogéné, acide dans lequel l'halogène libéré du procédé d'électrolyse peut être dissous pour recharger l'électrolyte en acide halogéné dans une zone de réaction connectée par l'addition d'eau ou d'eau et de carbone.
Encore un autre but de la présente invention est la prévision d'un procédé tel que décrit précédemment, ce procédé pouvant être utilisé pour convertir du coke et de l'eau en hydrogène par un principe d'électrolyse.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés,....
La figure 1 est une représentation schématique de l'appareil destiné à réaliser le procédé de la présente invention. La figure 2 est un graphique de concentration d'acide illustrant une caractéristique de certaines matières utilisées dans l'aire ou la zone de réaction du procédé de la présente invent ion. La figure 3 est un graphique illustrant les caractéristique de surtension du carbone non graphitisé comparativement au carbone graphitisé, montrant que le carbone non graphitisé permet une hydrogénation sensiblement supérieure de l'halogénure dissous dans l'électrolyte de la présente invention. La figure 4 est une vue schématique illustrant une installation plus détaillée pour réaliser la forme de réalisation préférée du procédé de la présente invention.
La figure 5 est une vue schématique illustrant un système permettant d'utiliser la présente invention en milieux gazeux. La figure 6 est une vue schématique illustrant l'utilisation d'une caractéristique de l'invention pour extraire du chlore.
En se référant à présent à la figure 1, on y a représenté schématiquement un dispositif ou une cellule pour la réalisation de la présente invention, cette cellule servant à fabriquer de l'hydrogène à partir d'eau et de préférence à partir d'eau et de particules de carbone non graphitisé . Suivant cette forme de réalisation illustrée, un dispositif ou une cellule A comprend
une électrode d'hydrogène 10 et une électrode d'halogène 12 au voisinage de laquelle un halogène, tel que du chlore ou de l'iode,
est libéré en vue d'une absorption immédiate dans l'électrolyte E formé à partir d'une solution de l'acide halogéné correspondant à l'halogène qui se .libère à l'électrode; 12. Une alimentation d'énergie ap-':
propriée 11 applique une tension de décomposition aux bornes des-, électrodes 10, 12 pour décomposer l'acide halogène dans la solution d'électrolyte pour produire de l'hydrogène à la zone de récolte d'hydrogène 14 d'un compartiment 16 et l'halogène à
la zone de récolte' d'halogène 20 d'un compartiment 22. Ces compartiments 16 et 22 sont reliés par un dispositif approprié incorporant un canal 24 séparé par une membrane 30 qui, en pratique, est formée de Nafion produit par DuPont. Cette membrane est constituée par du Nafion n[deg.] 120 et a une épaisseur de l'ordre de 0,25 mm. Ainsi qu'on le sait, le Nafion est une matière plastique d'une perméabilité sélective à base d'acide perfluorosulfonique.
Le compartiment 16 incorpore une décharge inférieure 32 et le compartiment 22 incorpore une décharge inférieure 34. Des vannes 36, 38 appropriées sont utilisées respectivement pour contrôler le niveau du liquide dans ces compartiments. Ces décharges peuvent être utilisées pour enlever la boue ou toute autre matière accumulée indésirable au fond des compartiments 16, 22 respectifs. Dans le compartiment 22, qui non seulement constitue la zone de récolte d'halogène mais également l'aire ou la zone de réaction pour la production d'acide halogéné, on prévoit une entrée
40 par laquelle l'eau et des particules de carbone C sont introduites. Une vanne appropriée ou tout autre dispositif de débit
42 contrôle la quantité de particules de carbone et/ou d'eau qui
Il est introduite dans la zone de réaction formée par le compartiment
22. Au début du procédé, il est désirable d' introduire ce l'halogène tel que du chlore, dans le compartiment réactionnel 22. Ceci est'. illustré d'une manière schématique par l'entrée d'halogène 44 contrôlée par une vanne 46 appropriée. Un agitateur 50 est supporté par le compartiment 22 par un palier approprié 52 et est actionné par un moteur électrique 54 pour maintenir une circulation du liquide vers l'extérieur et vers le haut dans l'électrolyte E du compartiment 22. Par conséquent, l'électrolyte dans la zone de réaction est agité et mis en circulation d'une façon continue. Ceci permet de maintenir les particules de carbone C en suspension dans l'électrolyte du compartiment 22.
En pratique, l'électrolyse produit une quantité de chaleur suffisante pour maintenir l'électrolyte dans la zone de réaction à une température au-dessus d'environ 80[deg.]C. Cette température facilite la réaction chimique dans la zone 20. Tout d'abord, il peut être nécessaire de chauffer l'électrolyte. Ceci peut être réalisé par une baguette chauffante 60 reliée aux, bornes 62, 64. Une commande de chauffage électrique 66 mesure la température de l'électrolyte au moyen d'un thermocouple 68 et règle l'élément de chauffage 60. Au cours d'une utilisation continue, la chaleur de l'électrolyse
est suffisante pour maintenir le niveau de chaleur dans la zone de réaction. Ainsi qu'on l'a décrit précédemment, les particules de carbone C réagissent avec l'eau pour former du dioxyde de carbone qui s'accumule dans la partie supérieure du compartiment 22. Puisque le dioxyde de carbone est sensiblement insoluble dans l'électrolyte E, un conduit de dégagement 70 approprié est prévu pour permettre le dégagement du dioxyde de carbone à travers une vanne de contrôle à une voie 72 reliée à un piège à eau 74 contenant une quantité d'eau 76. Cette quantité d'eau absorbe et dissout toute quantité éventuelle d'halogène qui peut se dégager avec le dioxyde de carbone par le conduit de dégagement 70. Lorsque la
1-1 concentration de l'halogène dans la masse aqueuse 76 augmente, le liquide peut être drainé et remplacé par de l'eau fraîche pour maintenir un dispositif permettant de séparer l'halogène qui se dégage,du dioxyde de carbone qui est libéré dans le compartiment de réaction 22.
En se référant à présent au compartiment 16, ce compartiment comprend un conduit récepteur d'hydrogène 80 incorporant une vanne 82 pour permettre le dégagement de l'hydrogène gazeux du compartiment 16 en vue d'une utilisation ultérieure appropriée, par exemple en vue d'une combustion directe ou d'une production électrique par une pile à combustible. Dans l'appareil illustré schématiquement pour la mise en oeuvre du procédé de la présente _..invention, on utilise l'hydrogène comme combustible dans une pile ou cellule à combustible 90 qui est également alimentée par de l'oxygène provenant d'une source d'oxygène 92 appropriée. De cette manière, un potentiel électrique est créé aux ...bornes des avances
94, 96 de la pile à combustible 90, ces avances étant utilisées pour alimenter une charge appropriée quelconque, illustrée schématiquement par la charge 10.
On utilise la cellule ou le dispositif A pour décomposer électriquement l'acide halogéné dans la solution qui constitue l'électrolyte E. La concentration de l'acide halogéné dans l'électrolyte est une caractéristique importante pour maintenir l'efficacité générale du dispositif ou de la cellule A. La tension aux bornes.: des électrodes 10, 12 est inférieure à la tension de décomposition pour l'eau; par conséquent, l'eau que l'on utilise avec l'acide halogéné n'est pas décomposée électriquement par le procédé d'électrolyse. C'est ainsi que l'eau se trouvant dans l'électrolyte forme une solution d'acide halogéné pour l'électrolyse
de l'acide. Une des caractéristiques de la présente invention est un dispositif permettant d'augmenter la concentration de l'aci-de halogéné dans l'eau constituant la solution d'électrolyte. Ceci requiert une hydrogénation de l'halogène libéré par l'électrode
12, cet halogène étant dissous dans l'électrolyte E. C'est ainsi que l'halogène libéré au cours du procédé d'âectrolyse est immédiatement dissous dans la solution. L'halogène dissous est ensuite hydrogéné dans le compartiment 22 pour former une quantité d'acide halogéné supplémentaire pour le procédé d'électrolyse. Lorsque la cellule ou le dispositif A utilise du chlore comme halogène,
de l'acide chlorhydrique se forme dans l'électrolyte. A cause de
la concentration élevée de l'acide chlorhydrique dans la solution d'électrolyte, il y a une quantité négligeable d'acide hypochloreux dans l'électrolyte. C'est ainsi que la surtension ou le potentiel de surintensité associé à l'oxygène n'est pas un facteur important dans le procédé de décomposition entre les électrodes
10, 12.
Pour augmenter la concentration de l'acide halogéné, on utilise un agent dans la zone de réaction du compartiment 22 pour favoriser l'hydrogénation de l'halogène. Dans la forme de réalisation préférée telle que décrite à l'exemple 1, l'agent est constitué par des particules de carbone non graphitisées ayant une dimension relativement réduite. Ce carbone est oxydé pour former du dioxyde de carbone, ainsi qu'on l'a déjà mentionné précédemment,
de sorte que l'énergie du carbone est utilisée dans le procédé chimique impliqué dans la production de l'acide halogéné qui est ensuite décomposé électriquement dans le dispositif ou la cellule d'électrolyse A. En augmentant l'hydrogénation de l'halogène, tel que du chlore, dissous dans l'électrolyte E, la concentration de l'acide dans la solution d'électrolyte peut être augmentée en des proportions importantes par rapport aux autres procédés dans lesquels l'halogène est absorbé dans l'eau pour former des acides. Dans la technique antérieure, lorsqu'un halogène était absorbé dans une solution aqueuse, on ne pouvait obtenir qu'une
n concentration très faible en acide, c'est-à-dire en dessous d'environ 3%. C'est ainsi que l'absorption de l'halogène dans l'eau pour produire de l'acide halogéné n'était pas intéressante en vue d'une électrolyse efficace de la solution d'acide résultante. On
a constaté que le chlore, le brome et l'iode peuvent être dissous de façon continue dans la solution d'acide aqueuse formée par ces halogènes et que les halogènes dissous peuvent être hydrogénés en présence de particules de carbone pour produire des acides halogènes de synthèse à des concentrations supérieures à environ 3%. On
a constaté que le carbone graphitisé favorise l'hydrogénation de l'halogène décrit en la solution d'acide halogéné à un taux qui diminue rapidement au fur et à mesure que la concentration de l'acide ajouté augmente. Ce principe est illustré par la courbe 1 de la figure 2. C'est ainsi que dans l'acide chlorhydrique, les particules de carbone qui sont des particules graphitisées favorisent l'hydrogénation de l'acide à un taux relativement rapide jusqu'à ce que l'on obtienne une certaine concentration, cette concentration étant de l'ordre de 5%. C'est ainsi que l'on peut utiliser des carbones graphitisés si la concentration de l'acide chlorhydrique ou de tout autre acide halogéné doit être relativement faible. Toutefois, des concentrations très élevées en acides halogénés produisent un procédé d'électrolyse supérieur
et plus efficace. On a constaté que si les particules de carbone sont constituées par du carbone non graphitisé, elles favorisent l'hydrogénation de l'halogène dissous dans la solution d'acide à un taux qui ne diminue pas lorsque la concentration de l'acide augmente au moins jusqu'à une concentration de 20%r-30%. Ceci est représenté par la courbe 2 à la figure 2. Pour cette raison, on utilise dans la forme de réalisation préférée de la présente invention du carbone non graphitisé. En utilisant des particules de carbone non graphitisées comme source d'énergie en vue d'une hydrogénation de l'halogène dissous dans l'électrolyte E, le carbo-ne des particules est consommé pour former du dioxyde de carbone. Par conséquent, on utilise du carbone dans le procédé de produc- tion d'hydrogène de telle sorte que l'énergie du carbone est libérée dans le procédé.
On utilise cette énergie pour former de l'hydrogène qui présente des caractéristiques de combustion et de production d'énergie sensiblement supérieures à celles du carbone.
Pour cette raison, on préfère utiliser dans le cadre de la présente invention du carbone non graphitisé et l'invention se rapporte au principe suivant lequel on convertit du carbone en présence d'eau en hydrogène, du dioxyde de carbone étant formé comme sousproduit. La figure 2 montre également des courbes 3 et 4 qui concernent l'hydrogénation par des catalyseurs autres que le carbone
-graphitisé, dans le compartiment 22. Les catalyseurs utilisés pour produire ces deux courbes sont respectivement le titane ruthénisé et le titane platinisé.
Comme on peut le voir à la figure 2, les deux catalyseurs, que l'on peut utiliser en y ajoutant de l'eau seulement dans la zone de réaction 22, produisent une concentration d'acide chlorhydrique ou de tout autre acide halogéné généralement similaire à celle que l'on obtient avec le carbone graphitisé de la courbe 1^. qui agit comme catalyseur. La figure 2 montre que l'utilisation de.carbone non graphitisé telle que représenté par la courbe 2, est la source d'énergie préférée pour la réaction dans la chambre de réaction 22. En utilisant du carbone non graphitisé, la concentration de l'halogène augmente sensiblement jusqu'à l'obtention d'environ 20% d'acide chlorhydrique. La matière utilisée comme carbone graphitisé pour obtenir la courbe de la figure 2, était du graphite ATJ délivré par Union Carbide Corporation.
Le carbone non graphitisé était du coke-carbone, qualité 37, délivré par Airco Speer Corporation. On utilise ce carbone non graphitisé dans l'exemple 1, ainsi qu'on le verra ci-après. Le titane ruthénisé a été préparé par la méthode bien connue qui consiste à chauffer à l'air du titane poreux plongé dans une solution de chlorure de ruthénium. On a préparé le titane platinisé par une méthode bien connue qui consiste à chauffer à l'air du titane poreux plongé dans une solution d'acide chloroplatinique. On notera d'après la figure 2 qu'il y a une augmentation rapide de la concentration en acide halogéné dans une solution contenant de l'halogène dissous.en dessous d'une concentration d'environ 3%.
On a constaté une très légère augmentation de la concentration au-delà d'environ 5% d'acide halogéné pour toutes les autres matières, à l'exception du carbone non graphitisé. La concentration de l'acide halogéné lorsque l'on utilise du carbone non graphitisé est une valeur relativement constante même aux niveaux inférieurs et cette valeur continue pour une concentration en acide dans l'eau allant jusqu'à et dépassant environ 20% d'acide en solution. C'est ainsi qu'un halogène dissous est hydrogéné d'une façon continue lorsque l'on utilise du carbone non graphitisé. Lorsque l'on utilise les trois autres agents, l'hydrogénation de l'halogène se poursuit jusqu'à ce que la solution atteigne environ 5% d'acide. A ce moment, l'hydrogénation de l'halogène s'arrête pratiquement.
La concentration de 5% est toutefois encore supérieure au niveau d'hydrogénation qui peut être obtenu sans les agents choisis. C'est ainsi que l'on peut utiliser n'importe laquelle des quatre matières, ainsi qu'on peut le voir graphiquement à la figure 2, pour augmenter le niveau d'hydrogénation de l'halogène absorbé dans une solution d'acide utilisée pour l'électrolyte dans le dispositif ou la cellule A. Le carbone non graphitisé est la matière d'hydrogénation préférée.
Bien que la raison pour laquelle l'hydrogénation continue
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veau lorsque l'on utilise du carbone non graphitisé n'est pas connue, on croit que ce phénomène est lié aux caractéristiques de potentiel de surintensité du carbone non graphitisé dans une solution d'acide halogène. Ce principe est représenté à la figure
/7 3, où l'on compare le potentiel de surintensité ou la surtension en millivolts pour un carbone non graphitisé et un carbone graphitisé. Ce graphique a été réalisé en utilisant des électrodes de carbone graphitisé et non graphitisé dans différentes concentrations d'acide chlorhydrique et en mesurant la surtension à ces concentrations. Dans ce graphique, on note que le carbone non graphitisé et le carbone graphitisé conservent tous deux un potentiel de surintensité relativement faible jusqu'à approximativement
20% d'acide chlorhydrique et que cela représente le pourcentage d'acide chlorhydrique auquel le chlorure d'hydrogène commence à se dissocier à partir de l'eau.
Ensuite, le carbone graphitisé augmente sensiblement son potentiel de surintensité vis-à-vis de l'halogène tandis que le carbone non graphitisé continue approximativement au même niveau de potentiel de surintensité ou de surtension. C'est ainsi que le carbone non graphitisé continue à conserver un potentiel de surintensité ou une surtension relativement faible. A la surface des particules de carbone suivant la présente invention, l'hydrogénation de l'halogène se produit. La concentration de l'acide halogéné aux surfaces des particules est relativement supérieure à la concentration de la solution d'acide totale parce que l'acide produit s'accumule à la surface réactionnelle. Par conséquent, le carbone non graphitisé continue à hydrogéner l'halogène aux surfaces de carbone tandis que le carbone graphitisé présente un potentiel de surintensité ou une surten-
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tion à environ 18% d'acide dans la zone des surfaces de carbone. Ceci produit une concentration en acide dans l'électrolyte total
E d'approximativement 5%, tandis que le carbone non graphitisé , qui est apte à conserver une faible surtension ou un faible potentiel de surintensité, continue à hydrogéner même si la concentration de l'acide halogéné à la surface du carbone augmente sensiblement au-dessus du niveau de concentration de 18-20% dans
n la solution.
L'essai effectif enregistré à la figure 3, est relatif
à une surtension ou à un potentiel de surintensité qui est généralement une tension ou un potentiel supérieur au potentiel théorique pour produire une réaction électrochimique donnée. Pour obtenir le diagramme représenté à la figure 3 et pour illustrer la relation existant entre le carbone graphitisé et le carbone non graphitisé comme facteur de surtension, la surtension entre deux électrodes et de l'acide chlorhydrique ayant différentes concentrations est mesurée à l'électrode. On utilise une densité de courant de 10 milliampères par 6,452 cm<2>. Au fur et à mesure qu'on augmente la concentration, la surtension pour l'électrode de carbone non graphitisé est sensiblement constante à environ
7 millivolts à une concentration en acide chlorhydrique de 5% et augmente d'une manière pratiquement uniforme jusqu'à environ 8 millivolts à une concentration en acide chlorhydrique de 37%. En ce qui concerne l'électrode de carbone graphitisé, la surtension est d'environ 5 millivolts sur une gamme de concentrations d'acide de 5 à 18% dans la solution. Lorsque l'on augmente ensuite la concentration d'acide, l'électrode de carbone graphitisé utilisée dans l'essai montre une augmentation de la surtension très accentuée atteignant environ 45 millivolts à une concentration de 24% d'acide chlorhydrique. Lorsque l'on poursuit ensuite l'augmentation du pourcentage d'acide chlorhydrique, le carbone graphitisé montre une surtension d'environ 45-46 millivolts pour des con-,
de 24 à 37%. Cette relation est illustrée
à la figure 3. C'est ainsi que puisque l'électrode de carbone non graphitisé dans l'essai ne montre aucune augmentation substantielle de la surtension à l'électrode lorsque l'on augmente la concentration en acide, on en a déduit que lorsque l'on utilise du carbone non graphitisé dans le procédé de la présente invention pour les particules réactionnelles dans le compartiment 22, la surtension aux surfaces de particules de carbone n'augmente pas sensiblement même si la concentration de l'acide dans la zone réactionnelle
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laquelle on utilise du carbone graphitisé et du carbone non graphitisé dans de l'acide chlorhydrique, telle qu'illustrée à la figure 3, on a constaté que le carbone non graphitisé ne présente pas une modification importante de la surtension vis-à-vis d'un halogène, tel que du chlore. Ceci montre que la surtension des particules de carbone non graphitisé reste pratiquement constante dans la zone de réaction 22 du dispositif ou de la cellule A représentée à la figure 1. On utilise donc du carbone non graphitisé dans la forme de réalisation préférée de l'invention avec tous les halogènes, tels que le chlore, le brome et l'iode.
En considérant la description précédente, la présente invention incorpore un nouveau moyen d'utilisation du charbon ou de tout autre carbone pour la fabrication d'acides halogénés qui sont décomposés électrolytiquement en hydrogène. Le sous-produit est le dioxyde de carbone. L'halogène libéré est dissous dans l'électrolyte et est ensuite hydrogéné dans la zone de réaction de la cellule A pour produire un procédé continu dans lequel on réhydrogénise l'halogène dissous dans un électrolyte en circulation par l'utilisation de carbone. Puisque l'acide iodhydrique présente une tension de dissociation électrique bien inférieure à celle de l'eau ou de l'acide chlorhydrique, on peut utiliser cet acide d'une manière beaucoup plus efficace que l'acide chlorhydrique.
Les Exemples II et III sont relatifs à l'utilisation de cet acide halogéné et à des perfectionnements au procédé de la présente invention puisqu'ils se rapportert à l'utilisation de l'acide iodhydrique.
En se référant actuellement à la figure 4, cette figure est une modification de la forme de réalisation préférée présentée à la figure 1 et est utilisée pour un acide halogéné tel que décrit précédemment. Dans cet exemple particulier, on utilise de l'iode comme halogène; toutefois, l'halogène pourrait être également du chlore. La cellule B comprend un compartiment récepteur d'hydrogène 110 et un compartiment récepteur d'iode 112. Dans le compartiment 110, se trouve une électrode réceptrice d'hydrogène
114. De manière identique, une électrode réceptrice d'halogène ou diode 116 est prévue dans le compartiment 112. Un conduit 118 relie les compartiments 110, 112 et incorpore une membrane 120 appropriée, telle que décrite précédemment.
Une alimentation en courant continu illustrée schématiquement par l'alimentation 112 applique une tension de courant continu aux électrodes
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te tension est choisie pour décomposer électriquement l'acide iodhydrique dans l'électrolyte E. Evidemment, ce même dispositif pourrait être utilisé pour un autre halogène, tel que le chlore
ou le brome. Une sortie d'hydrogène 130 dirige l'hydrogène du compartiment 110 vers un dispositif d'utilisation ou de stockage approprié. Dans cette forme de réalisation illustrée, on prévoit un réservoir de réaction 140 séparé dans lequel l'électrolyte E circule d'une façon continue par une entrée appropriée 142 pourvue d'une pompe 144. Cette pompe pompe l'halogène dissous et l'électrolyte dans le réservoir de réaction 140. La chaleur provoquée par ce procédé de décomposition électrique est suffisante pour conserver la température de réaction nécessaire dans le réservoir 140.C'est ainsi qu'il n'est pas nécessaire d'apporter de la chaleur supplémentaire et on peut chauffer l'électrolyte dans le réservoir 140 jusqu'au point d'ébullition, si une chaleur résiduaire suffisante est créée par la cellule B.
Une sortie 146 dirige l'électrolyte E du réservoir de réaction 140 vers la cellule B par l'intermédiaire d'un filtre approprié 150 qui sépare les éventuelles impuretés indésirables dans l'électrolyte lorsqu'il est renvoyé à la cellule B.
On utilise une arrivée centrale 152 pour recueillir l'électrolyte provenant du réservoir 140. Un agitateur 154 fait circuler l'électrolyte dans le réservoir 140 vers l'extérieur, de sorte que les particules de carbone sont généralement espacées de l'arrivée 152
et ne sont pas dirigées vers le filtre 150. Dans cette forme de réalisation illustrée de la présente invention, on utilise un conduit 160 pour introduire l'iode ou le HI dans le réservoir au commencement du procédé. Dans la suite, de l'iode de complément n'est généralement pas requis dans le procédé continu. Un conduit
162 permet l'introduction d'acide chlorhydrique dans la chambre de réaction 140. Ainsi qu'on le décrira ci-après, l'acide chlorhydrique a une tension de décomposition sensiblement supérieure à celle de l'acide iodhydrique et peut ensuite être utilisé avec.de l'eau dans l'électrolyte E sans entrer réellement dans le procédé d'électrolyse. L'acide chlorhydrique présente un avantage qui sera décrit ci-après. Il réduit la tension nécessaire entre les électrodes 114, 116.
Toute réduction éventuelle de la tension représente une économie d'énergie électrique qui augmente par conséquent l'efficacité électrique d'un dispositif utilisant la présente invention. On utilise un conduit 164 pour l'introduction d'eau dans la chambre de réaction 140. Le but de l'eau a été décrit précédemment. Suivant cette forme de réalisation particulière de l'invention, on introduit du coke par le conduit 166 et on le traite
par de l'acide nitrique dans le réservoir 170. Ensuite, les particules de coke sont lavées dans un réservoir 172 et l'acide résiduel est séparé par le conduit 174. C'est ainsi que les particules de coke traitées à l'acide nitrique sont introduites dans la chambre de réaction 140 en la quantité désirée pour favoriser l'hydrogénation de l'iode dissous dans l'électrolyte E pompé à partir de la cellule B par l'entrée 142. Un conduit d'évacuation approprié pour le dioxyde de carbone gazeux est illustré par le conduit 180, ce conduit étant pourvu d'une vanne de contrôle 182. Evidemment, on pourrait utiliser un piège à eau tel que décrit précédemment en ce qui concerne la forme de réalisation de la cellule A telle que représentée à la figure 1. Le fonctionnement général de la cellule
B et sa chambre de réaction associée 140 seront identiques au fonctionnement du dispositif ou de la cellule A représenté à la figure
1. Les avantages provenant de l'utilisation des particules de carbone lavées à l'acide nitrique et de l'acide chlorhydrique dans un procédé à l'iode sont expliqués ci-après et utilisés dans l'exemple 3. A nouveau, le dispositif représenté à la figure 4 produit de l'hydrogène par l'utilisation d'eau et de particules de carbone non graphitisées. Evidemment, on pourrait utiliser du carbone graphitisé. Dans le premier cas, le carbone est consommé dans le procédé chimique utilisé pour produire l'acide halogéné nécessaire pour le procédé d'électrolyse réalisé par la cellule B.
Exemple .1
Un compartiment réactionnel ou de chlore de la cellule A présente une capacité d'environ 500 ml et est rempli avec 300 ml d'eau. Cette quantité d'eau permet de remplir le compartiment à l'hydrogène, qui a les mêmes dimensions générales, jusqu'à ce même niveau. L'électrode à hydrogène est du graphite qui a été platinisé en le plongeant dans de l'acide chloroplatinique et en le chauffant à l'air. Cette opération réduit la surtension de l'électrode avec de l'hydrogène. D'une manière similaire, on obtient l'électrode au chlore à partir de carbone graphitisé ou de graphite et on la fait bouillir dans de l'acide nitrique pendant 30 heures. La membrane intermédiaire entre les compartiments est formée de Nafion (n[deg.] 120) de DuPont d'une épaisseur de 0,25 mm.
Les ions d'hydrogène passent entre les chambres pour établir un courant électrique continu et une concentration d'acide généralement uniforme.
Environ 20 g de coke en poudre sont chargés dans le compartiment de réaction et on chauffe l'eau jusqu'à environ 80[deg.]C.
Le coke est constitué par du carbone non graphitisé standard vendu par Airco Speer Corporation comme carbone de coke de la qualité 37. La dimension des particules est telle qu'elles passent au travers d'un tamis à ouverture de 3,33 mm et qu'elles sont retenues par
un tamis à ouvertures de 1,168 mm. Cette poudre est ensuite délayée dans l'eau et maintenue en suspension par un agitateur. Ensuite, du gaz chlore est introduit dans la pâte du compartiment réactionnel et la concentration en HC1 continue à augmenter jusqu'aux environs de 20 à 25% en poids, tandis que lorsque l'on utilise le même procédé avec du graphite ATJ de Union Carbide Corporation, du titane ruthénisé ou du titane platinisé à la place du coke non graphitisé, la concentration ne dépasse pas environ 5% de HCl. Pour atteindre les 25% en poids de HC1, environ 140 g
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140 g de HCl en solution.
Une tension de 1,2 volt est appliquée. aux
électrodes pour produire un courant d'environ 1,0 ampère circulant à travers l'électrolyte. On utilise une tension d'environ 1,1 volt pour décomposer l'acide. De l'hydrogène est produit à l'électrode à hydrogène et est dirigé à partir de l'unité. Le chlore produit à l'électrode au chlore est réutilisé pour se combiner avec de l'eau et du carbone et produire du HCl de compl'ément. Le dioxyde de carbone est libéré par ce procédé et est amené à travers le bain d'eau 76. Dans le procédé, 20 g d'eau et 6 g de carbone de coke sont consommés par heure pour produire 2 g d'hydrogène par heure tout en maintenant la concentration en acide à environ 20% .
Après la mise en marche du procédé, la chaleur produite ,par la chute de I2R aux électrodes est suffisante pour maintenir l'électrolyte à une température élevée au-dessus de
80[deg.]C. Le réchauffeur 60 est déconnecté au cours du procédé.Par conséquent, 6 g de carbone produisent 2 g d'hydrogène par heure
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1-1 électrique utilisée par heure est d'environ 66 watts-heure qui se convertissent en approximativement 226 Btu par heure. L'énergie électrique de 226 Btu produit de l'hydrogène avec une capacité de chauffage convertie de 264 Btu.
Exemple II
On réalise le même procédé de base que celui utilisé dans l'exemple 1, dans la cellule A avec de l'acide iodhydrique comme acide d'électrolyte. Dans ce cas, on réduit la tension jusqu'à environ 0,6-0,7 volt et on utilise environ 2 g de coke comme carbone non graphitisé de complément par heure. Cet exemple permet la production de 2 g d'hydrogène à une capacité de chauffage de 264 Btu
avec un apport de 32 watts-heure ou de 110 Btu par heure d'énergie électrique.
Facteurs d'efficacité de l'hydrogénation
Une étude des halogènes, à savoir le chlore, le brome
et l'iode, utilisables dans les procédés décrits dans les exemples
I et II, montre plusieurs facteurs qui modifient l'efficacité des procédés, mais non la théorie de base ou l'aptitude opérationnelle des procédés. L'hydrogénation des halogènes, même à des concentrations d'environ 3 à 20%, permet d'utiliser le système d'une manière efficace. Le taux d'hydrogénation de l'halogène est inversement proportionnel à l'énergie libre de l'acide halogéné qui est la plus faible pour l'acide chlorhydrique et la plus élevée pour l'acide iodhydrique. Par conséquent, l'hydrogénation, ou la formation d'acide, est plus rapide et plus facile à réaliser avec l'acide chlorhydrique. Toutefois, la solubilité de l'halogène
dans son acide respectif est la plus élevée pour l'iode dans l'acide iodhydrique et la moins élevée pour le chlore dans l'acide chlorhydrique. En tenant compte de ces facteurs, on a découvert certaines modifications au taux de formation d'acide dans le système coke-eau-halogène.
En traitant le coke avec de l'acide nitrique par le pas-sage du coke dans de l'acide nitrique chaud, on augmente le taux d'hydrogénation des halogènes dans le procédé au coke. L'augmentation du taux d'hydrogénation est un facteur d'environ 10 pour l'iode et sensiblement inférieur pour le chlore. La raison de
ce phénomène n'est pas connue; toutefois,en pe.nse que l'acide nitrique réduit l'absorption de l'halogène dans le coke ou le carbone non graphitisé, c'est-à-dire du carbone qui n'a pas été chauffé à une température au-dessus d'environ 2000[deg.]C. La réduction de l'absorption parait devoir mener à une surtension de l'halogène à la surface de carbone et augmente, ainsi, le taux d'hydrogénation. L'iode est plus touché par ce procédé. En résumé, une amélioration du procédé de base des Exemples I et II consiste en le prétraitement des particules de coke par de l'acide nitrique.
Puisque la solubilité de l'halogène dans son acide est importante pour mener à bonne fin l'hydrogénation de l'invention, une amélioration de la solubilité est avantageuse. En pratique, cette amélioration a été réalisée en ajoutant du chlorure de sodium à l'acide iodhydrique. Ce sel favorise le taux de solubilité de l'iode dans l'acide iodhydrique, mais diminue ce taux pour le chlore dans l'acide chlorhydrique. Par conséquent, le taux d'hydrogénation peut être ajusté par un sel, tel que du chlorure de sodium.
La vitesse de réaction dépend également de l'énergie libre de l'acide à la surface de carbone des particules. Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, le taux d'hydrogénation est d'autant plus lent que l'énergie libre est plus élevée. On a constaté que ce taux peut être modifié en ajoutant des acides d'un niveau énergie libre connu plus faible à des acides de niveaux d'énergie libre plus élevés. Par exemple, si l'on ajoute de l'acide chlorhydrique, ayant l'énergie libre la plus faible des halogènes entrant en considération, à un système à base de bromure d'hydrogène ou d'iodure d'hydrogène, on augmente le taux d'hydrogénation.
D'une manière similaire, l'acide bromhydrique ou le bromure d'hydrogène peut favoriser le taux d'hydrogénation d'un système à base d'iodure d'hydrogène. Ce phénomène se produit apparemment à cause de la modification de l'énergie libre à la surface du carbone.
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quièrent une tension supérieure à celle utilisée pour l'acide de base.
En résumé, des facteurs tels que le traitement du coke avec de l'acide nitrique, en utilisant un modificateur de la solubilité et en ajoutant un second acide halogéné au système, sont intéressants pour contrôler l'efficacité du système de base décrit dans les Exemples I et II. Une solubilité suffisante de l'halogène dans son acide est nécessaire pour capter l'halogène libéré à l'électrode à halogène pour l'hydrogénation dans le système. De plus, la faible surtension du carbone non graphitisé aux concentrations supérieures retient le procédé d'hydrogénation au-delà des concentrations inférieures normales obtenues en faisant simplement réagir l'halogène avec de l'eau.
L'interaction des facteurs d'efficacité déterminés expérimentalement pour le procédé général des Exemples I et II, peut être manipulée pour obtenir des réactions présentant des caractéristiques électriques et chimiques encore plus améliorées. Ces facteurs agissent sur la solubilité et sur la surtension du carbone pour contrôler et faciliter l'hydrogénation à des concentrations d'acide très élevées, par exemple des concentrations de 5% à 25% d'acide chlorhydrique.
Exemple III
On réalise un autre exemple en utilisant les facteurs d'efficacité obtenus expérimentalement et expliqués ci-dessus.
Dans cet exemple, on utilise les trois facteurs de modification
du taux d'hydrogénation pour un système similaire à l'Exemple II, en utilisant de l'iodure d'hydrogène dans la solution d'électrolyte. On obtient de l'hydrogène à partir de l'électrolyte' formé
n par hydrogénation de l'iode qui est le système préféré de la présente invention. Dans cet exemple, on utilise la cellule B telle que représentée à la figure 4. Le carbone non graphitisé, c'està-dire du coke, est traité avec de l'acide nitrique et est ensuite chauffé pour séparer l'excès d'acide nitrique. Ceci produit une augmentation du taux d'hydrogénation de l'iode;'toutefois, la petite quantité d'acide nitrique résiduaire sur les particules de carbone ne montre aucun effet nuisible sur le système global. Dans cet exemple, on ajoute une petite quantité de tétrachlorure de titane qui est un sel pour augmenter davantage le taux d'hydrogénation et réduire l'action corrosive du mélange d'acides. Ce sel augmente la solubilité de l'iode libéré de l'électrode.
On utilise une quantité importante d'acide chlorhydrique avec l'électrolyte à l'iodure d'hydrogène. L'acide chlorhydrique abaisse la tension de décomposition de l'électrolyte au Hi; toutefois, il n'entre pas dans l'électrolyse puisque la tension aux. électrodes est d'environ 0,3 volt. Sans une quantité importante
de HCl, la tension de la cellule au HI est d'environ 0,6-0,7 volt. Cette tension de 0,3 volt est suffisante pour décomposer électriquement le HI', mais pas le HCl, qui requiert environ 1,2-1,3 volt. Pour obtenir une tension de décomposition de 0,3 volt pour la cellule au HI sans l'additif formé de HCl, la concentration
en HI doit être de l'ordre de 50% de HI en poids dans l'eau. Dans cet exemple, on obtient la décomposition de l'électrolyte au HI
à 0,3 volt de tension au moyen de 20% en poids de HCl et de 1%
en poids de HI. Par conséquent, l'exemple produit une hydrogénation accrue de l'iode, une réduction de la tension de décomposition du HI et une réduction de la quantité d'iode requise, ce qui est considérablement plus coûteux que le chlore. Cet exemple contient:
(1) du carbone de coke de la qualité 37 de Airco
Speer traité pendant 8 heures dans de l'acide nitrique bouil-lant (ébullition constante) lavé dans de l'eau.
(2) 20% en poids de HC1.
(3) 1% en poids de HI.
(4) 1% en poids de tétrachlorure de titane.
(5) le restant en eau.
La température de la cellule est d'environ 108[deg.]C et on agite l'électrolyte pour empêcher le dépôt des particules de carbone. La tension de décomposition pour produire de l'hydrogène est de 0,3-0,4 volt et on obtient de l'hydrogène à un courant de 2 ampères. La cellule est isolée de l'atmosphère pour empêcher l'oxydation de l'électrolyte au HI.
Evidemment, on pourrait effectuer d'autres modifications
-'dans les différents procédés illustrant la présente invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci, qui se rapporte à la production d'hydrogène à partir de l'électrolyse d'un électrolyte à base d'acide halogéné qui absorbe l'halogène libéré et qui fait circuler l'halogène absorbé avec l'électrolyte dans une zone de réaction pour réhydrogéner l'halogène avec l'utilisation d'eau et d'eau ou du carbone. L'hydrogène libéré lui-même n'est pas requis pour la réhydrogénation et il peut être totalement utilisé à des fins extérieures, telles que, par exemple, à des fins de chauffage ou pour la production d'électricité.
Modifications
En se référant à présent à la figure 5, on y a illustré une modification de la forme de réalisation préférée. Dans cette forme de réalisation, la cellule D comprend un logement 200 pourvu d'une membrane de Nafion 202 ayant des électrodes 204, 206 montées en surface. Une source de tension applique une tension
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membrane engendre une fonction d'électrolyse. Un compartiment à halogène 220 amène une vapeur d'acide gazeux sur la face côté électrode de la membrane pour permettre à l'électrolyse de former un gaz halogéné dans le compartiment 220. En même temps, de l'hydrogène est séparé et accumulé dans le compartiment 222, qu'il quitte par le conduit 224.
L'halogène dissocié, du chlore dans le cas présent, est à l'état gazeux et est envoyé du compartiment 220 vers une zone ou un réservoir de réaction 230 ,au moyen d'une pompe ou d'une soufflante 232. La vapeur provenant du conduit 234 est amenée dans une chambre 240 formée d'une quantité d'eau 242 et d'un lit de carbone non graphitisé 244 supérieur. Des brûleurs 250 dans le( conduit 252 chauffent la masse 242 jusqu'à la température d'ébullition pour produire de la vapeur d'eau. Cette vapeur en même temps que la vapeur provenant du conduit 234 réagit avec le carbone pour hydrogéner le chlore en vapeurs d'acide chlorhydrique qui sont véhiculées par le conduit 260 jusqu'à la partie inférieure du compartiment à halogène 220, dans lequel l'électrolyse libère le chlore suivant un cycle continu. Un condenseur 270 sépare la vapeur d'eau.
La chaleur du procédé d'électrolyse Entretient l'état vaporisé des constituants en circulation dans le compartiment 220 et le conduit 234.
Pour séparer le dioxyde de carbone de la boucle fermée, on prévoit un conduit d'évacuation 272 de petit diamètre, c'està-dire de l'ordre de 1/20 de la section du conduit 234, dans la zone la plus froide du circuit. Un condenseur 274 condense la vapeur d'eau qui absorbe les quantités éventuelles de HCl. Un grand volume de dioxyde de carbone avec des traces d'halogène sort ensuite du condenseur. Un lit de carbone sec 276 sépare ensuite l'halogène, si cela s'avère nécessaire.
Le catalyseur utilisé dans le cadre de la présente invention peut être utilisé pour extraire un halogène d'un courant de gaz puisqu'il augmente la concentration de l'halogène dans l'eau réalisable. La figure 6 représente un système utilisé à cet effet. Un réservoir 280 est partiellement rempli d'eau à partir du