JP2009228044A - 水素含有ガスの処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水素を爆発限界値以上の濃度で含む被処理ガスを希釈する方法であって、水素に対して不活性であり、かつ酸素を含まない窒素、二酸化炭素、希ガスから選ばれる少なくとも1種を主成分とするガスを前記被処理ガスに混合することによって該被処理ガス中の水素濃度を予め設定した所定値以下(例えば爆発限界以下)に希釈し、次いで希釈された前記被処理ガスに空気を混合することによってさらに希釈する。比較的高価な窒素などの対水素不活性ガスの使用量を少なくして迅速に爆発限界以下にまで希釈でき、その後は、安価な空気を用いてより低い濃度にまで安全に希釈できる。
【選択図】図1
Description
電解セルが無隔膜式である場合には、H2/O2=2:1(vol比以下同様)のガスが発生し、電解セルが隔膜式である場合には、陰極側に水素濃度=100%(vol%:以下同様)のガスが発生する。前者のガスは、爆発限界を超えており、後者のガスも空気と混合されることにより容易に爆発限界を超えるため、希釈して処理する必要がある。
上記希釈処理では、水素または水素を含むガスに窒素を混合し、水素濃度を爆発限界値以下である4%以下にまで希釈しており(例えば特許文献1参照)、工業的には流量変動などの過渡現象があったり、混合が不十分な領域が生じた場合にも安全が確保できるように、さらに0.5〜1%程度にまで希釈して排気ダクトに放出するのが一般的である。
図4(a)(b)は、隔膜式の電解セルの陰極側で発生したガス(水素のみ)に、空気または窒素を混合した際のガスの成分変化を示すものである。空気を混合する場合、爆発限界以下に達するまでに、多量の空気と混合することが必要であることが分かる。また希釈には爆発領域を横断しなければならず、これは極めて危険である。また、窒素を混合する場合、爆発限界以下で推移するものの、安全域(水素濃度0.5%以下)に達するまでに大量の窒素が必要になっている。
先ず、電解セルで発生する水素を希釈する水素処理装置について図1に基づいて説明する。
電解セル1には、直流電源2が接続され、該直流電源2による電流値が電流計3で測定されている。電解セル1には、電解によって発生したガスを排出する排気管4が接続されており、該排気管4には、混合器5が介設されており、該混合器5に窒素供給管6が接続されている。窒素供給管6には、流量調整計7が介設されている。該流量調整計7は、制御部8による制御が可能になっており、制御部8は、前記電流計3による測定結果に基づいて、前記流量調整計7を制御して窒素供給管6における窒素流量を調整することができる。制御部8は、CPUとこれを動作させるプログラムとを主にして構成することができる。
なお、この実施形態では、対水素不活性ガスとして窒素を用いているが、その他に、二酸化炭素、希ガスから選ばれる少なくとも1種を用いるものであっても良い。対水素不活性ガスは、酸素を含有しないものであるが、これは実質的に酸素を含有しないものであれば良く、不純物として酸素を含むものを除外するものではない。ただし、できるだけ酸素不純物量が少ないものが望ましい。
電解セル1に直流電源2によって通電することで、電解セル1に通液される溶液が電解され、陰極で水素および陽極で酸素からなる電解ガスが生成される。
なお、電解セル1では、無隔膜式の場合、前記したようにH2/O2=2:1(vol比)のガスが発生し、排気管4に排気される。隔膜式の場合、水素と酸素とがそれぞれ陰極側、陽極側に区分けされて発生し、水素のみが排気管4に導入され、酸素は、別途排気される。
図2(a)の組成比に示すように、H2/O2=2:1のポイントAを出発点にして、窒素の混合によって水素および酸素含有量の比率が次第に低下する。なお、図中、酸素濃度5%以上、水素濃度4%以上の領域が可燃領域になっている。窒素の混合が進むと、ポイントBにおいて酸素濃度5%の可燃領域を脱して酸素濃度5%未満の爆発限界以下の領域に達し、さらに水素および酸素含有量の比率が低下する。ガス切替点は、空気を混合することにより、ガス切替点と、酸素濃度21%、窒素濃度79%の位置を結ぶ線が、可燃領域を通らないように設定する。好適には、酸素濃度5%、水素濃度4%のポイントDをかすめるように上記線が描かれるように切替点Cを定める。
上記方法では、ガス切替点Cまでは、早急に爆発限界以下にまで電解ガスを希釈でき、ガス切替点以降は、比較的高価な希釈ガスの使用を回避することができる。
図2(b)の組成比に示すように、水素濃度が100%のポイントAを出発点にして、窒素の混合によって水素濃度が次第に低下する。この際には、酸素量は、0であるため、爆発限界以下で推移する。ガス切替点は、空気を混合することにより、ガス切替点と、酸素濃度21%、窒素濃度79%の位置を結ぶ線が、可燃領域を通らないように設定する。可燃領域は、前記無隔膜式の説明と同様である。好適には、酸素濃度5%、水素濃度4%のポイントDをかすめるように上記線が描かれるように切替点Cを定める。
上記方法では、ガス切替点Cまでは、可燃領域の組成となることなく電解ガスを希釈でき、ガス切替点以降は、比較的高価な希釈ガスの使用を回避して安全な水素濃度にまで希釈することができる。
なお、上記実施形態では、電解で発生した水素の希釈を行うものとして説明したが、本発明としては水素の発生原因は特に限定をされるものではなく、種々の分野で発生する、爆発限界以上で水素を含むガスの処理に適用することができる。
上記実施形態で説明したように、無隔膜式と隔膜式の電解セルで発生した電解ガスに、窒素を混合した後、空気を混合して希釈した実施例a1、b1と、電解ガスに空気のみを混合して希釈した比較例a1、b1と、電解ガスに窒素のみを混合した比較例a2、b2とを実施し、組成変化時の各ポイントでの組成およびガス容積を測定した。それらの結果を表1〜表6に示した。
表1〜表3が無隔膜式の場合であり、実施例a1、比較例a1、比較例a2に対応する。表4〜表6が隔膜式の場合であり、実施例b1、比較例b1、比較例b2に対応する。
2 直流電源
3 電流計
4 排気管
5 混合器
6 窒素供給管
7 流量調整計
8 制御部
9 混合器
10 空気供給管
11 排気ダクト
Claims (6)
- 水素を爆発限界値以上の濃度で含む被処理ガスを希釈する方法であって、
水素に対して不活性であり、かつ酸素を含まないガス(以下「対水素不活性ガス」と呼ぶ)を前記被処理ガスに混合することによって該被処理ガス中の水素濃度を予め設定した所定値以下に希釈し、
次いで希釈された前記被処理ガスに空気を混合することによってさらに希釈することを特徴とする水素含有ガスの処理方法。 - 前記対水素不活性ガスは、窒素、二酸化炭素、希ガスから選ばれる少なくとも1種を主成分とするガスであることを特徴とする請求項1記載の水素含有ガスの処理方法。
- 予め設定した前記所定値は、水素の爆発限界値であることを特徴とする請求項1または2に記載の水素含有ガスの処理方法。
- 前記所定値は、その後の前記空気混合によって再度爆発限界値以上とならない数値であることを特徴とする請求項3記載の水素含有ガスの処理方法。
- 前記被処理ガスは、水溶液または硫酸溶液を電解処理した際に生じた電解ガスであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水素含有ガスの処理方法。
- 前記対水素不活性ガスを前記被処理ガスに混合する流量を、前記電解処理の通電量に応じて調整することを特徴とする請求項5記載の水素含有ガスの処理方法。
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