JP2007302936A - 亜硫酸電解水素製造方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】硫酸加熱工程[1]と、三酸化硫黄電解工程と[2]と、亜硫酸電解工程[3]とからなる亜硫酸電解水素製造方法において、三酸化硫黄電解工程[2]と亜硫酸電解工程[3]との間に硫酸分離装置を設け、三酸化硫黄電解工程[2]から供給されるSO2とH2Oと未分解SO3を含む高温の混合ガスを100〜200℃の温度に冷却し、SO3をH2Oと結合させて液体硫酸(H2SO4およびH2SO4・H2O)として分離し、SO2と余剰のH2Oからなる混合ガスを亜硫酸電解工程[3]へ供給する。
【選択図】図1
Description
その一つとして、硫酸(H2SO4)を熱分解して三酸化硫黄(SO3)と水(H2O)を生成する硫酸加熱工程と、三酸化硫黄を二酸化硫黄(SO2)と酸素(O2)に分解する三酸化硫黄分解工程と、二酸化硫黄の水溶液からなる亜硫酸を電気分解して水素(H2)と硫酸を生成する亜硫酸電解工程とを組み合わせたハイブリッド熱化学法プロセスによる水素製造方法が知られている。
請求項3に記載の発明は、請求項2における硫酸分離工程で分離した液体硫酸を、硫酸加熱工程へ供給することを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項5における硫酸分離装置の抜出管を前記硫酸加熱装置へ接続して、前記貯留部に貯留した液体硫酸を前記硫酸加熱装置へ供給するようにしたことを特徴とするものである。
硫酸加熱工程:
H2SO4熱分解反応 H2SO4→SO3+H2O …[1](400℃)
三酸化硫黄電解工程:
SO3電解反応 SO3→SO2+1/2O2 …[2](>500℃)
亜硫酸電解工程:
亜硫酸電解反応 SO2+2H2O→H2SO4+H2…[3]
(<100℃、電解電圧:0.17V)
図4は、亜硫酸中のH2SO4濃度と亜硫酸電解電圧との関係を示すグラフであり、亜硫酸中のH2SO4濃度の上昇とともに亜硫酸の電解電圧が上昇することがわかる。このため、SO3またはH2SO4を予め除去し、SO2とH2Oのみを亜硫酸電解工程に供給することで、水素発生のための電解電圧を低く維持でき、過電圧を低減させることができる。
図1に示した本発明の亜硫酸電解水素製造装置は、硫酸加熱装置と、三酸化硫黄電解装置と、硫酸分離装置と、亜硫酸電解装置とから構成されている。
三酸化硫黄電解装置においては、硫酸加熱装置から供給されるSO3とH2Oの混合ガスを電気分解することで、SO3電解反応[2]にしたがってSO3はSO2とO2に分解され、O2は電解装置から排出される。前記した特許文献1に記載された発明によれば、このSO3電解反応を熱と電気を併用することにより、温度600℃以下、電解電圧0.2V以下で行うことができる。本発明の実施例においては、温度を約500℃、電解電圧を最小0.13Vで実施している。
H2の陰極側反応室からの排出は、N2のごときパージガス、あるいは陰極側反応室で生成するH2SO4と同程度の濃度の液体硫酸を、パージ流体として陰極側反応室に流すことにより行うことができる。
11:温度制御手段
12:SO2+SO3+H2O混合ガス導入管
13:液体硫酸抜出管
14:SO2+H2O混合ガス排出管
L :液体硫酸貯留部
Claims (7)
- 硫酸を熱分解して三酸化硫黄と水を生成する硫酸加熱工程と、三酸化硫黄を電気分解して二酸化硫黄と酸素に分解する三酸化硫黄電解工程と、二酸化硫黄の水溶液からなる亜硫酸を電気分解して水素と硫酸を生成する亜硫酸電解工程とからなる亜硫酸電解水素製造方法において、三酸化硫黄電解工程と亜硫酸電解工程との間に硫酸分離工程を設けたことを特徴とする亜硫酸電解水素製造方法。
- 前記硫酸分離工程は、三酸化硫黄電解工程から供給される二酸化硫黄と水と未分解三酸化硫黄を含む高温の混合ガスを100〜200℃の温度に冷却し、三酸化硫黄を水と結合させて液体硫酸として分離し、二酸化硫黄と余剰の水からなる混合ガスを亜硫酸電解工程へ供給することを特徴とする請求項1に記載の亜硫酸電解水素製造方法。
- 硫酸分離工程で分離した液体硫酸を、硫酸加熱工程へ供給することを特徴とする請求項2に記載の亜硫酸電解水素製造方法。
- 硫酸を熱分解して三酸化硫黄と水を生成する硫酸加熱装置と、三酸化硫黄を電気分解して二酸化硫黄と酸素に分解する三酸化硫黄電解装置と、二酸化硫黄の水溶液からなる亜硫酸を電気分解して水素と硫酸を生成する亜硫酸電解装置とからなる亜硫酸電解水素製造装置において、三酸化硫黄電解装置と亜硫酸電解装置との間に硫酸分離装置を設けたことを特徴とする亜硫酸電解水素製造装置。
- 前記硫酸分離装置は、分離槽と、分離槽内を100〜200℃の温度に維持する温度制御手段と、三酸化硫黄電解装置から供給される二酸化硫黄と水と未分解三酸化硫黄を含む高温の混合ガスを分離槽内へ導入する導入管と、高温の混合ガスが分離槽内で冷却されて三酸化硫黄と水が結合して生成する液体硫酸を分離槽下部に貯留するための貯留部と、貯留部に貯留した液体硫酸を分離槽外部へ抜き出す抜出管と、三酸化硫黄が液体硫酸として分離除去された二酸化硫黄と余剰の水からなる混合ガスを分離槽から排出し亜硫酸電解装置へ供給する排出管とからなることを特徴とする請求項4に記載の亜硫酸電解水素製造装置。
- 前記硫酸分離装置の抜出管を前記硫酸加熱装置へ接続して、前記貯留部に貯留した液体硫酸を前記硫酸加熱装置へ供給するようにしたことを特徴とする請求項5に記載の亜硫酸電解水素製造装置。
- 二酸化硫黄の水溶液からなる亜硫酸を電気分解して水素と硫酸を生成する亜硫酸電解装置の前段に硫酸分離装置を備えた亜硫酸電解水素製造装置であって、前記硫酸分離装置は、分離槽と、分離槽内を100〜200℃の温度に維持する温度制御手段と、三酸化硫黄電解装置から供給される二酸化硫黄と水と未分解三酸化硫黄を含む高温の混合ガスを分離槽内へ導入する導入管と、高温の混合ガスが分離槽内で冷却されて三酸化硫黄と水が結合して生成する液体硫酸を分離槽下部に貯留するための貯留部と、貯留部に貯留した液体硫酸を分離槽外部へ抜き出す抜出管と、三酸化硫黄が液体硫酸として分離除去された二酸化硫黄と余剰の水からなる混合ガスを分離槽から排出し亜硫酸電解装置へ供給する排出管とからなることを特徴とする硫酸分離装置を備えた亜硫酸電解水素製造装置。
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2006
- 2006-05-10 JP JP2006131668A patent/JP4677614B2/ja not_active Expired - Fee Related
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