JP2015093808A - Silicon raw material a for producing hydrogen gas, silicon raw material b for producing hydrogen gas, method of producing silicon raw material a for producing hydrogen gas, method of producing silicon raw material b for producing hydrogen gas, method and apparatus for producing hydrogen gas - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To continuously obtain hydrogen gas by appropriately suppressing a reaction between silicon particles and an alkali aqueous solution, in hydrogen gas production using the reaction between silicon particles and an alkali aqueous solution.SOLUTION: A silicon raw material A for producing hydrogen gas contains silicon particles and an oil content. The oil content is 0.1 wt.% to 10 wt.% of the silicon particles. A method of producing the silicon raw material A for producing hydrogen gas includes a step of preparing silicon scrap 108 containing silicon particles, the oil content and water, a step of producing solid matter A 112 containing the silicon particles, the oil content and a small amount of water by centrifugal separation or filtration of the silicon scrap 108, a step of producing a solid matter B 115 containing the silicon particles and the oil content by drying the solid matter A 112 and a step of obtaining a sludge A 117 by mixing the solid matter B 115 with water 116.

Description

本発明は、水素ガス製造用シリコン原料A、水素ガス製造用シリコン原料B、水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法、水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法、水素ガス製造方法および水素ガス製造装置に関する。   The present invention relates to a silicon raw material A for hydrogen gas production, a silicon raw material B for hydrogen gas production, a method for producing silicon raw material A for hydrogen gas production, a method for producing silicon raw material B for hydrogen gas production, a hydrogen gas production method, and hydrogen gas production. Relates to the device.

現在、半導体装置の基板としてシリコンウエハが大量に使用されている。シリコンウエハは次のようにして製造される。まず溶融シリコンから結晶成長によって円柱状のシリコンインゴットを製造する。次にシリコンインゴットに結晶軸の方向を示すオリエンテーションフラットあるいはノッチを形成する。次にシリコンインゴットを所定の厚さにスライスしてシリコンウエハを作製する。スライスはダイサーあるいはマルチワイヤーソーで行なう。次にシリコンウエハに対して、所定の厚さに削るラッピング加工、加工歪を除去するエッチング加工、周辺の欠けを防止するべべリング加工、表面を鏡面にするミラーポリッシング加工などを行なう。このようなシリコンウエハの製造過程において、多量のシリコン屑が発生する。従来、シリコン屑は廃棄されているが、廃棄によるコスト負荷および環境負荷は無視できない。   Currently, a large amount of silicon wafers are used as substrates for semiconductor devices. A silicon wafer is manufactured as follows. First, a cylindrical silicon ingot is manufactured by crystal growth from molten silicon. Next, an orientation flat or notch indicating the direction of the crystal axis is formed in the silicon ingot. Next, the silicon ingot is sliced to a predetermined thickness to produce a silicon wafer. Slicing is done with a dicer or multi-wire saw. Next, lapping processing for cutting to a predetermined thickness, etching processing for removing processing distortion, beveling processing for preventing peripheral chipping, mirror polishing processing for making the surface a mirror surface, and the like are performed on the silicon wafer. In the manufacturing process of such a silicon wafer, a large amount of silicon waste is generated. Conventionally, silicon scraps are discarded, but the cost burden and environmental burden due to disposal cannot be ignored.

一方、シリコンをアルカリ水溶液(例えばNaOH水溶液)に入れて加熱すると、水素ガスが発生することが知られている。水素ガスの発生は
Si+2OH+HO→SiO 2−+2H
という反応による。従って、シリコン廃棄物から水素ガスが効率よく得られるようになれば、コスト負荷および環境負荷の面で非常に有利である。
On the other hand, it is known that hydrogen gas is generated when silicon is heated in an alkaline aqueous solution (for example, NaOH aqueous solution). Generation of hydrogen gas is Si + 2OH + H 2 O → SiO 3 2− + 2H 2
It depends on the reaction. Therefore, if hydrogen gas can be efficiently obtained from silicon waste, it is very advantageous in terms of cost load and environmental load.

シリコン廃棄物から水素ガスを得る試みは以前から行なわれている。例えば特許文献1(特開2000−191303)では、密閉できる反応槽にシリコン屑とアルカリ水溶液を入れ、反応槽を加熱してシリコン屑とアルカリ水溶液を反応させ、発生した水素ガスを集める。しかしシリコンとアルカリ水溶液の反応の特徴として、反応開始直後は急激に反応が進むが、その後は反応が止まってしまう。そのため水素ガスの発生を制御することが難しい。   Attempts to obtain hydrogen gas from silicon waste have been made for some time. For example, in patent document 1 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-191303), silicon waste and aqueous alkali solution are put into the reaction tank which can be sealed, a reaction tank is heated, silicon waste and alkaline aqueous solution are made to react, and the generated hydrogen gas is collected. However, as a feature of the reaction between silicon and an aqueous alkali solution, the reaction proceeds abruptly immediately after the start of the reaction, but the reaction stops thereafter. Therefore, it is difficult to control the generation of hydrogen gas.

また、反応式から分かるように、シリコンとアルカリ水溶液の反応ではケイ酸イオン(SiO 2−)が生成される。アルカリ水溶液やシリコンが過剰であると、ケイ酸イオンがゲル状になって未反応のシリコンを覆い、反応すなわち水素ガスの生成を阻害する。 Further, as can be seen from the reaction formula, silicate ions (SiO 3 2− ) are generated in the reaction between silicon and the aqueous alkali solution. If the aqueous alkali solution or silicon is excessive, the silicate ions form a gel and cover the unreacted silicon, thereby inhibiting the reaction, that is, the generation of hydrogen gas.

これらの問題を解決するため、特許文献2(特開2001−213609)では、シリコン粉末を水と混合してスラッジ(泥状物)で供給するようにしている。シリコン粉末をスラッジで供給することにより、シリコンとアルカリ水溶液の接触直後の激しい反応が抑えられ、またゲル状のケイ酸イオンの発生も抑えられるとされる。また、水素ガスを反応槽から取り出しながら、反応槽内の圧力が所定範囲に保持されるように、シリコンスラッジやアルカリ水溶液を追加補給すれば、水素ガスを連続的に得ることができるとされる。   In order to solve these problems, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-213609), silicon powder is mixed with water and supplied as sludge (mud). By supplying the silicon powder with sludge, the intense reaction immediately after the contact between the silicon and the aqueous alkali solution is suppressed, and the generation of gel-like silicate ions is also suppressed. In addition, hydrogen gas can be continuously obtained by taking out hydrogen gas from the reaction vessel and adding silicon sludge or an aqueous alkali solution so that the pressure in the reaction vessel is maintained within a predetermined range. .

特開2000−191303号公報JP 2000-191303 A 特開2001−213609号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-213609

本願発明者は、特許文献2のように、シリコン粉末を水と混合してスラッジで供給する実験を行なった。その内容は本願図3の比較例の説明として後述するが、結果的には、シリコン粉末を水と混合してスラッジで供給しても、シリコンとアルカリ水溶液の接触直後の激しい反応は抑えられなかった。   The inventor of the present application conducted an experiment of mixing silicon powder with water and supplying it with sludge, as in Patent Document 2. Although the content will be described later as an explanation of the comparative example of FIG. 3 of the present application, as a result, even if silicon powder is mixed with water and supplied as sludge, the intense reaction immediately after the contact between silicon and the aqueous alkali solution cannot be suppressed. It was.

また特許文献2の水素ガス製造装置では、シリコン粉末を水と混合しているが、実際のマルチワイヤーソーでは、シリコンインゴットおよびワイヤーをクーラントで冷却しながら切断する。クーラントは単なる水ではなく、水に例えばプロピレングリコール(PG)を混合した液体である。プロピレングリコールは、水の表面張力を小さくし、ワイヤの濡れ性と、シリコンインゴットのスライス溝への浸透性を改善する。プロピレングリコールあるいはこれに類似した機能をもつ材料を、クーラント中の油分という。   Further, in the hydrogen gas production apparatus of Patent Document 2, silicon powder is mixed with water, but in an actual multi-wire saw, the silicon ingot and the wire are cut while being cooled with a coolant. The coolant is not mere water, but a liquid obtained by mixing water with, for example, propylene glycol (PG). Propylene glycol reduces the surface tension of water and improves the wettability of the wire and the penetration of the silicon ingot into the slicing grooves. Propylene glycol or a material having a similar function is called oil in the coolant.

このため、マルチワイヤーソーから発生するシリコン屑には、シリコン粒子とクーラント(水と油分)が含まれる。この点、特許文献2の「シリコン粉末を水と混合したスラッジ」は油分を含まないため、現実にマルチワイヤーソーから発生するシリコン屑とは異なる。マルチワイヤーソーから発生するシリコン屑にはクーラントが含まれるため、クーラント中の油分がシリコン粒子の表面を覆っており、シリコン粒子とアルカリ水溶液の接触を妨げて反応を阻害する。そのため水素ガス発生量が理論値より少なくなる。本発明の第一の課題は、クーラント中の油分が水素ガス発生を阻害しないようにすることである。   For this reason, silicon particles and coolant (water and oil) are contained in the silicon scrap generated from the multi-wire saw. In this respect, since “sludge in which silicon powder is mixed with water” in Patent Document 2 does not contain oil, it differs from silicon scrap actually generated from a multi-wire saw. Since the silicon scrap generated from the multi-wire saw contains a coolant, the oil in the coolant covers the surface of the silicon particles, preventing the contact between the silicon particles and the alkaline aqueous solution, thereby inhibiting the reaction. Therefore, the amount of hydrogen gas generation is less than the theoretical value. The first object of the present invention is to prevent the oil in the coolant from inhibiting the generation of hydrogen gas.

ところが、本願発明者の実験によると、油分を完全に取り除いてしまうと、反応開始直後に爆発的に反応が進み、その後は全く反応しなくなる。その理由は次の通りである。シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応は、次の3つの反応がシリコン粒子の表面で逐次的に起こる。
Si+2OH→Si(OH) 2++4e・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
4HO+4e→4OH+2H↑・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
Si(OH) 2++4OH→SiO(OH) 2−+2HO・・・・・・・・・・(3)
これらの3式はまとめて次式で表される。
Si+2OH+2HO→2SiO(OH) 2−+2H↑+423.8kJ・・・・・(4)
このように、シリコン粒子の1モルは、2モルのアルカリおよび2モルの水と反応し、2モルのSiO(OH) 2−(メタケイ酸イオンの水和物であり水溶性)と2モルの水素ガスを発生する。
However, according to the experiments of the present inventor, when the oil is completely removed, the reaction proceeds explosively immediately after the start of the reaction, and does not react at all thereafter. The reason is as follows. In the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution, the following three reactions occur sequentially on the surface of the silicon particles.
Si + 2OH → Si (OH) 2 2+ + 4e (1)
4H 2 O + 4e → 4OH + 2H 2 ↑ (2)
Si (OH) 2 2+ + 4OH → SiO 2 (OH) 2 2 + + 2H 2 O (3)
These three formulas are collectively expressed by the following formula.
Si + 2OH + 2H 2 O → 2SiO 2 (OH) 2 2− + 2H 2 ↑ + 423.8 kJ (4)
Thus, 1 mole of silicon particles reacts with 2 moles of alkali and 2 moles of water, 2 moles of SiO 2 (OH) 2 2− (hydrate of metasilicate ion and water-soluble) and 2 Molar hydrogen gas is generated.

反応槽のアルカリ水溶液はシリコン粒子の2倍のモル数が消費され、さらに発生した水素ガスや水蒸気と一緒にアルカリミストとして反応槽から出ていく。反応槽で不足したアルカリ水溶液はアルカリ水溶液タンクからポンプで直ちに補充される。水は、上記の反応で消費されるばかりでなく、反応槽温度の飽和水蒸気圧に対応する水分が水素ガスとともに蒸発していくので、不足量はスラッジタンクの水分とアルカリ水溶液タンクの水分から補充される。   The alkaline aqueous solution in the reaction tank consumes twice the number of moles of silicon particles, and then comes out of the reaction tank as alkali mist together with the generated hydrogen gas and water vapor. The alkaline aqueous solution deficient in the reaction tank is immediately replenished with a pump from the alkaline aqueous solution tank. Not only is water consumed in the above reaction, but the water corresponding to the saturated water vapor pressure at the reaction vessel temperature evaporates with hydrogen gas, so the shortage is replenished from the water in the sludge tank and the water in the alkaline aqueous solution tank. Is done.

アルカリ水溶液としてNaOH水溶液を用いた場合、
Si+2NaOH+HO→NaSiO+2H↑+423.8kJ
という発熱反応が起こる。この反応の発熱量は非常に大きく、水の気化熱の約10倍、水素の燃焼熱の約2倍である。つまり、NaOH水溶液にシリコン粒子を混合すると、混合したシリコン粒子の2倍のモルの水素ガスが発生するとともに、その水素ガスが燃焼したときの2倍の反応熱が発生する。反応熱により反応系の温度が上昇すると、より反応速度が速くなって反応熱が増加する。このポジティブフィードバックのためシリコン粒子とアルカリ水溶液の反応は爆発的に激しくなり制御が極めて困難である。このような反応状態を熱暴走という。
When an aqueous NaOH solution is used as the aqueous alkaline solution,
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2 ↑ + 423.8 kJ
An exothermic reaction occurs. The calorific value of this reaction is very large, about 10 times the heat of vaporization of water and about twice the heat of combustion of hydrogen. That is, when silicon particles are mixed with an aqueous NaOH solution, hydrogen gas twice as much as the mixed silicon particles is generated and reaction heat twice as much as that when the hydrogen gas burns is generated. When the temperature of the reaction system rises due to the heat of reaction, the reaction rate increases and the heat of reaction increases. Because of this positive feedback, the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution becomes explosive and very difficult to control. Such a reaction state is called thermal runaway.

シリコンが数μmの微細な粒子であると表面積が大きいため、更に反応の熱暴走が激しくなり、更に制御が困難になる。反応熱により生じるシリコン粒子とアルカリ水溶液の混合液の温度上昇は、反応槽を冷却しても抑制できない。そのため、従来は、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応による水素ガス発生の制御は困難とされていた。本発明の第二の課題は、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制して、コンスタントに水素ガスを得られるようにすることである。   If silicon is a fine particle of several μm, the surface area is large, so that the thermal runaway of the reaction becomes more severe and the control becomes more difficult. The temperature rise of the mixture of silicon particles and aqueous alkali solution generated by reaction heat cannot be suppressed even if the reaction vessel is cooled. Therefore, conventionally, it has been difficult to control the generation of hydrogen gas by the reaction between silicon particles and an aqueous alkali solution. The second object of the present invention is to moderately suppress the reaction between silicon particles and an aqueous alkali solution so that hydrogen gas can be obtained constantly.

特許文献2の水素ガス製造装置では、水素ガスを反応槽から取り出しながら、反応槽内の圧力が所定範囲に保持されるように、シリコンスラッジやアルカリ水溶液を追加補給している。それにより、水素ガスを連続的に得ることができるとされている。しかし、特許文献2の図6によれば、反応槽の圧力は0.1MPa〜0.2MPaの範囲で変動しており、安定しているとは言えない。しかも図6は、反応熱を考慮していないシミュレーション結果であるから、大量の反応熱が発生する実際の反応とは状況が異なると思われる。またスラッジは約13分おきに断続的に投入されており、水素ガスの発生を連続的に安定制御するシステムとはなっていない。   In the hydrogen gas production apparatus of Patent Document 2, silicon sludge and an aqueous alkali solution are additionally supplied so that the pressure in the reaction tank is maintained within a predetermined range while taking out the hydrogen gas from the reaction tank. Thereby, it is supposed that hydrogen gas can be obtained continuously. However, according to FIG. 6 of Patent Document 2, the pressure in the reaction vessel fluctuates in the range of 0.1 MPa to 0.2 MPa, and cannot be said to be stable. Moreover, since FIG. 6 shows a simulation result that does not consider reaction heat, the situation seems to be different from an actual reaction in which a large amount of reaction heat is generated. Further, the sludge is intermittently supplied every about 13 minutes, and it is not a system for continuously and stably controlling the generation of hydrogen gas.

そこで本発明の第三の課題は、反応槽の圧力変動の少ない水素ガス製造方法および水素ガス製造装置を実現することである。なお第三の課題(圧力変動の少ない水素ガス製造方法および装置)は第二の課題(シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制)と密接に関連しており、第二の課題(シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制)が解決できなければ第三の課題(圧力変動の少ない水素ガス製造装置)は解決できない。   Then, the 3rd subject of this invention is implement | achieving the hydrogen gas manufacturing method and hydrogen gas manufacturing apparatus with little pressure fluctuation of a reaction tank. The third problem (method and apparatus for producing hydrogen gas with little pressure fluctuation) is closely related to the second problem (moderately suppresses the reaction between silicon particles and an aqueous alkali solution). The third problem (hydrogen gas production device with little pressure fluctuation) cannot be solved unless the reaction between the aqueous solution and the alkaline aqueous solution is moderately suppressed.

特許文献1の実施例では、反応槽の容量が0.2リットルである。特許文献2の実施例では反応槽の容量が記載されていないが、アルカリ水溶液(NaOH水溶液)が1リットルであるから、反応槽の容量は数リットルと推定される。本願発明者の研究によると、このスケールの実験室用の水素ガス製造装置では問題にならないが、スケールが10倍〜100倍の量産用の水素製造装置では、次の問題が起こる。   In the Example of patent document 1, the capacity | capacitance of a reaction tank is 0.2 liter. Although the capacity of the reaction tank is not described in the example of Patent Document 2, since the alkaline aqueous solution (NaOH aqueous solution) is 1 liter, the capacity of the reaction tank is estimated to be several liters. According to the research of the present inventor, this problem is not a problem with a laboratory hydrogen gas production apparatus of this scale, but the following problems occur with a mass production hydrogen production apparatus with a scale of 10 to 100 times.

シリコン粒子とアルカリ水溶液の
Si+2OH+HO→SiO 2−+2H
という反応式から考えると、反応槽から発生するものは、水素ガスと水蒸気だけのように考えられる。そのため特許文献1、2では、反応槽に凝縮器を結合する構成となっている。凝縮器は、水素ガスと水蒸気の混合気を冷却して混合気の露点を低下させ、水蒸気を水に凝縮させて、混合気から水蒸気を除く装置である。
Si + 2OH + H 2 O → SiO 3 2− + 2H 2 of silicon particles and aqueous alkali solution ↑
From this reaction equation, what is generated from the reaction vessel seems to be only hydrogen gas and water vapor. Therefore, in Patent Documents 1 and 2, a condenser is coupled to the reaction tank. The condenser is a device that cools the gas mixture of hydrogen gas and water vapor to lower the dew point of the gas mixture, condenses the water vapor into water, and removes water vapor from the gas mixture.

しかし本願発明者の研究によると、量産スケールの水素ガス製造装置では、反応槽から、水素ガスと水蒸気以外に、アルカリ水溶液ミスト(霧状のアルカリ水溶液)、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子も飛散する。このため、量産スケールの水素ガス製造装置の場合、反応槽に凝縮器を結合すると、アルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子が凝縮器に入り込む。   However, according to the research of the present inventor, in a mass production scale hydrogen gas production apparatus, in addition to hydrogen gas and water vapor, in addition to hydrogen gas and water vapor, alkaline aqueous solution mist (misty alkaline aqueous solution), metasilicate hydrate mist, and silicon particles are also produced. Scatter. For this reason, in the case of a mass production scale hydrogen gas production apparatus, when a condenser is connected to the reaction tank, alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, and silicon particles enter the condenser.

アルカリ水溶液ミストは凝縮器で低温にされると固化する。またアルカリ水溶液ミストは、凝縮器の材質によっては凝縮器を腐食する。シリコン粒子は凝縮器に堆積する。シリコン粒子の堆積が進むと凝縮器内部の管が詰まる。そこで、本発明の第四の課題は、アルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子による、腐食と詰まりを防止することである。   Alkaline aqueous solution mist solidifies when it is cooled to a low temperature by a condenser. The alkaline aqueous solution mist corrodes the condenser depending on the material of the condenser. Silicon particles are deposited in the condenser. As the deposition of silicon particles proceeds, the tube inside the condenser becomes clogged. Accordingly, a fourth problem of the present invention is to prevent corrosion and clogging due to alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, and silicon particles.

[水素ガス製造用シリコン原料A]
本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aは、クーラントが油分を含む場合、シリコン粒子の精製をする際、クーラントの油分を完全に取り除くのではなく、適量残したものである。油分は、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を阻害するため、油分が多すぎると水素ガスが発生しない。逆に油分が少なすぎると水素ガスが爆発的に発生して制御できない。そのためクーラントの油分を適量残す。シリコン粒子と油分だけでは固体であるからポンプによる連続供給が難しい。そのため水を加えてスラッジとする。
(1)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aは、シリコン粒子と、シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の油分と、水を含む。
(2)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aにおいて、油分は、
イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルー1−プロパノール、2−メチルー2−プロパノール、2−エチルー1−ヘキサノール、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、1、2−プロパンジオール、1、4−ブタンジオール、1、2−ブタンジオール、1、3−ブタンジオール、1、5−ペンタンジオール、
の何れか、あるいは、これらの混合物である。これらの物質はクーラントに油分として含まれることがある。
(3)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aにおいて、シリコン粒子の平均粒径は0.1μm〜30μmである。シリコン粒子の平均粒径が0.1μm未満であると、油分の反応抑制効果が不十分になることがある。シリコン粒子の平均粒径が30μmを超えると、シリコン粒子の表面積が不足して、反応が不十分になることがある。また、シリコン粒子が沈殿しやすくなり、アルカリ水溶液に均一に分散しないことがある。
(4)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aにおいて、水の重量は、シリコン粒子の重量の1倍〜10倍である。水の重量がシリコン粒子の重量の1倍未満であると、スラッジの粘度が高すぎて、スラッジポンプでの供給が困難になることがある。水の重量がシリコン粒子の重量の10倍を超えると、シリコン粒子とアルカリ水溶液のバランスが崩れて(アルカリ水溶液の濃度が薄くなりすぎて)、あるいは、反応槽内の混合液の液温が低下して、水素ガスの発生速度が低下することがある。
[Silicon raw material A for hydrogen gas production]
When the coolant contains oil, the silicon raw material A for producing hydrogen gas according to the present invention does not completely remove the oil in the coolant, but leaves an appropriate amount when the silicon particles are refined. Since the oil component inhibits the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution, hydrogen gas is not generated if the oil component is excessive. Conversely, if the oil content is too small, hydrogen gas is explosively generated and cannot be controlled. Therefore, an appropriate amount of coolant remains. Since silicon particles and oil alone are solid, continuous supply by a pump is difficult. Therefore, add water to make sludge.
(1) The silicon raw material A for hydrogen gas production of the present invention contains silicon particles, 0.1 wt% to 10 wt% oil content of the silicon particles, and water.
(2) In the silicon raw material A for hydrogen gas production of the present invention, the oil content is
Isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 2-ethyl-1-hexanol,
Ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol,
Or a mixture thereof. These substances may be contained as oils in the coolant.
(3) In the silicon raw material A for hydrogen gas production of the present invention, the average particle size of the silicon particles is 0.1 μm to 30 μm. When the average particle size of the silicon particles is less than 0.1 μm, the oil reaction suppression effect may be insufficient. If the average particle diameter of the silicon particles exceeds 30 μm, the surface area of the silicon particles may be insufficient and the reaction may be insufficient. In addition, silicon particles are likely to precipitate and may not be uniformly dispersed in the aqueous alkali solution.
(4) In the silicon raw material A for hydrogen gas production of the present invention, the weight of water is 1 to 10 times the weight of silicon particles. If the weight of water is less than one time the weight of silicon particles, the viscosity of the sludge may be too high, making it difficult to supply with a sludge pump. If the weight of water exceeds 10 times the weight of silicon particles, the balance between the silicon particles and the aqueous alkali solution will be lost (the concentration of the aqueous alkali solution will be too thin), or the liquid temperature of the liquid mixture in the reaction tank will decrease. As a result, the generation rate of hydrogen gas may decrease.

[水素ガス製造用シリコン原料B]
本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bは、シリコン粒子の精製をする際、クーラント中の、水素ガス発生反応を阻害するような油分をほとんど取り除き、新たに反応抑制物質を加えたものである。反応抑制物質は油分と同じように、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を抑制する機能をもつ物質である。しかし本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bに用いられる反応抑制物質には、通常、クーラントに含まれない物質もある。反応抑制物質はクーラント中の、水素ガス発生反応を阻害するような油分を除いた後、添加される。クーラント中の油分が残存していると、油分と反応抑制物質の両方が反応抑制作用を生じるため、反応抑制作用の微妙な制御が難しい。そのため、クーラント中の油分をいったん除いてから、反応抑制物質を加える。
(5)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bは、シリコン粒子と、シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の反応抑制物質と、水を含む。
(6)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bにおいて、反応抑制物質は、
ギ酸、乳酸、酢酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、アクリル酸、オレイン酸、リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、マレイン酸、フマル酸、
ビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、
の何れか、あるいは、これらの混合物である。
(7)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bにおいて、シリコン粒子の平均粒径は0.1μm〜30μmである。
(8)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bにおいて、水の重量は、シリコン粒子の重量の1倍〜10倍である。
[Silicon raw material B for hydrogen gas production]
The silicon raw material B for producing hydrogen gas of the present invention is obtained by removing most of the oil in the coolant that inhibits the hydrogen gas generation reaction when refining silicon particles, and newly adding a reaction inhibitor. The reaction-suppressing substance is a substance having a function of suppressing the reaction between the silicon particles and the alkaline aqueous solution, like the oil. However, the reaction-suppressing substance used for the silicon raw material B for producing hydrogen gas of the present invention usually includes a substance not included in the coolant. The reaction-suppressing substance is added after removing oil in the coolant that inhibits the hydrogen gas generation reaction. If the oil content in the coolant remains, both the oil content and the reaction-suppressing substance produce a reaction-suppressing action, so that delicate control of the reaction-suppressing action is difficult. Therefore, after removing the oil in the coolant, a reaction inhibitor is added.
(5) The silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention contains silicon particles, 0.1 wt% to 10 wt% of a reaction suppressing substance of the silicon particles, and water.
(6) In the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, the reaction inhibitor is
Formic acid, lactic acid, acetic acid, propanoic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, acrylic acid, oleic acid , Malic acid, citric acid, oxalic acid, maleic acid, fumaric acid,
Vinyl pyrrolidone, polyvinyl pyrrolidone, sodium polyacrylate, polyethylene oxide, polyethylene imide, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyethylene glycol,
Or a mixture thereof.
(7) In the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, the average particle size of the silicon particles is 0.1 μm to 30 μm.
(8) In the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, the weight of water is 1 to 10 times the weight of silicon particles.

[水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法]
本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法は、シリコン粒子の精製をする際、クーラントの油分を適量(シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%)残すところに特徴がある。
(9)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法は、
シリコン粒子とクーラントに由来する油分と水を含むシリコン屑を準備する工程、
シリコン屑を遠心分離または濾過して、シリコン粒子と、シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の油分と、少量の水を含む固形物Aを製造する工程、
固形物Aを乾燥して、シリコン粒子と、シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の油分を含む固形物Bを製造する工程、
固形物Bに水を加えてスラッジAを製造する工程を含む。
(10)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法において、油分は、
イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルー1−プロパノール、2−メチルー2−プロパノール、2−エチルー1−ヘキサノール、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、1、2−プロパンジオール、1、4−ブタンジオール、1、2−ブタンジオール、1、3−ブタンジオール、1、5−ペンタンジオール、
の何れか、あるいは、これらの混合物である。
(11)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法において、固形物Aの乾燥温度は100℃〜120℃である。この乾燥温度は、水は蒸発するが、油分は蒸発しない温度である。
[Method for producing silicon raw material A for hydrogen gas production]
The method for producing the silicon raw material A for producing hydrogen gas according to the present invention is characterized in that an appropriate amount of coolant oil (0.1 wt% to 10 wt% of the silicon particles) is left when the silicon particles are purified.
(9) The method for producing the silicon raw material A for producing hydrogen gas according to the present invention comprises:
Preparing silicon scraps containing oil and water derived from silicon particles and coolant,
A step of producing a solid A containing silicon particles, 0.1 wt% to 10 wt% oil of the silicon particles, and a small amount of water by centrifuging or filtering the silicon waste;
Drying the solid A to produce a solid B containing silicon particles and an oil content of 0.1 wt% to 10 wt% of the silicon particles;
A step of producing sludge A by adding water to the solid B;
(10) In the method for producing the silicon raw material A for producing hydrogen gas of the present invention, the oil content is
Isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 2-ethyl-1-hexanol,
Ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol,
Or a mixture thereof.
(11) In the method for producing silicon raw material A for producing hydrogen gas of the present invention, the drying temperature of the solid A is 100 ° C to 120 ° C. This drying temperature is a temperature at which water evaporates but oil does not evaporate.

[水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法]
本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法は、シリコン粒子の精製をする際、クーラント中の、水素ガス発生反応を阻害するような油分を高温乾燥工程でほとんど取り除き、その後、新たに反応抑制物質を加えるところに特徴がある。
(12)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法は、
シリコン粒子とクーラントに由来する油分と水を含むシリコン屑を準備する工程、
シリコン屑を遠心分離または濾過して、シリコン粒子と油分と少量の水を含む固形物Aを製造する工程、
固形物Aを乾燥して、シリコン粒子と油分を含む固形物Bを製造する工程、
固形物Bを高温乾燥して油分を蒸発させ、シリコン粒子からなる固形物Cを製造する工程、
固形物Cに、シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の反応抑制物質と、水を加えてスラッジBを製造する工程を含む。
(13)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法において、反応抑制物質は、
イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルー1−プロパノール、2−メチルー2−プロパノール、2−エチルー1−ヘキサノール、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、1、2−プロパンジオール、1、4−ブタンジオール、1、2−ブタンジオール、1、3−ブタンジオール、1、5−ペンタンジオール、
ギ酸、乳酸、酢酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、アクリル酸、オレイン酸、リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、マレイン酸、フマル酸、
ビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、
の何れか、あるいは、これらの混合物である。
(14)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法において、固形物Aの乾燥温度は100℃〜120℃である。この乾燥温度は、水は蒸発するが、油分は蒸発しない温度である。
(15)本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法において、固形物Bの高温乾燥温度は500℃〜700℃である。この高温乾燥温度は固形物Bに含まれる油分が、ほとんど蒸発する温度である。
[Method for producing silicon raw material B for hydrogen gas production]
In the method for producing silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, when refining silicon particles, oil that inhibits the hydrogen gas generation reaction in the coolant is almost removed in the high-temperature drying step, and then a new reaction is performed. It is characterized by adding inhibitory substances.
(12) The method for producing the silicon raw material B for producing hydrogen gas of the present invention comprises:
Preparing silicon scraps containing oil and water derived from silicon particles and coolant,
Centrifuge or filter silicon waste to produce a solid A containing silicon particles, oil and a small amount of water,
Drying the solid A to produce a solid B containing silicon particles and oil;
A step of producing a solid C composed of silicon particles by drying the solid B at a high temperature to evaporate the oil;
A step of producing sludge B by adding 0.1 wt% to 10 wt% of a reaction inhibiting substance of silicon particles and water to solid C is included.
(13) In the method for producing the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, the reaction inhibitor is
Isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 2-ethyl-1-hexanol,
Ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol,
Formic acid, lactic acid, acetic acid, propanoic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, acrylic acid, oleic acid , Malic acid, citric acid, oxalic acid, maleic acid, fumaric acid,
Vinyl pyrrolidone, polyvinyl pyrrolidone, sodium polyacrylate, polyethylene oxide, polyethylene imide, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyethylene glycol,
Or a mixture thereof.
(14) In the method for producing the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, the drying temperature of the solid A is 100 ° C to 120 ° C. This drying temperature is a temperature at which water evaporates but oil does not evaporate.
(15) In the method for producing the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, the high temperature drying temperature of the solid B is 500 ° C to 700 ° C. This high temperature drying temperature is a temperature at which the oil contained in the solid B is almost evaporated.

[水素ガス製造方法]
本発明の水素ガス製造方法は、本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは水素ガス製造用シリコン原料Bを用いること、水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは水素ガス製造用シリコン原料Bの注入速度を反応槽内の混合液の温度に基づいてフィードバック制御すること、アルカリ水溶液の注入速度を反応槽内のアルカリ濃度に基づいてフィードバック制御すること、水素ガス、水蒸気、アルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子を含む気体Pをスクラバで処理して、気体Pからアルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子を除去することに特徴がある。
(16)本発明の水素ガス製造方法は、
水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは水素ガス製造用シリコン原料Bを準備する工程、
アルカリ水溶液を準備する工程、
水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは水素ガス製造用シリコン原料Bを、その注入速度を反応槽内の混合液の温度に基づいてフィードバック制御しながら、反応槽に注入する工程、
アルカリ水溶液を、注入速度を反応槽内のアルカリ濃度に基づいてフィードバック制御しながら、反応槽に注入する工程、
反応槽内の、水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは水素ガス製造用シリコン原料B、およびアルカリ水溶液の混合液を所定温度に維持する工程、
反応槽から取り出された、水素ガス、水蒸気、アルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子を含む気体Pをスクラバで処理して、気体Pからアルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子を除去する工程、
スクラバで処理した、水素ガスおよび水蒸気を含む気体Qを凝縮器で処理して、気体Qから水蒸気を除去する工程を含む。
(17)本発明の水素ガス製造方法において、アルカリ水溶液はNaOH水溶液またはKOH水溶液である。
(18)本発明の水素ガス製造方法において、NaOH水溶液またはKOH水溶液の濃度は1mol/L〜8mol/Lである。
(19)本発明の水素ガス製造方法において、所定温度は50℃〜90℃である。
[Method for producing hydrogen gas]
The hydrogen gas production method of the present invention uses the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, and the injection rate of the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production is increased. Feedback control based on the temperature of the liquid mixture in the reaction tank, feedback control of the injection rate of the alkaline aqueous solution based on the alkali concentration in the reaction tank, hydrogen gas, water vapor, alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate The gas P containing mist and silicon particles is treated with a scrubber to remove alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, and silicon particles from the gas P.
(16) The hydrogen gas production method of the present invention comprises:
Preparing a silicon raw material A for hydrogen gas production or a silicon raw material B for hydrogen gas production;
Preparing an alkaline aqueous solution,
A step of injecting the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production into the reaction tank while feedback control of the injection speed based on the temperature of the mixed liquid in the reaction tank;
A step of injecting an aqueous alkali solution into the reaction vessel while controlling the injection rate based on the alkali concentration in the reaction vessel,
Maintaining the mixed liquid of the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production and the alkaline aqueous solution in the reaction tank at a predetermined temperature;
The gas P containing hydrogen gas, water vapor, alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, and silicon particles taken out from the reaction tank is treated with a scrubber, and the alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist from the gas P, Removing silicon particles;
It includes a step of removing the water vapor from the gas Q by treating the gas Q containing hydrogen gas and water vapor, which is treated with a scrubber, with a condenser.
(17) In the hydrogen gas production method of the present invention, the alkaline aqueous solution is a NaOH aqueous solution or a KOH aqueous solution.
(18) In the hydrogen gas production method of the present invention, the concentration of the NaOH aqueous solution or the KOH aqueous solution is 1 mol / L to 8 mol / L.
(19) In the hydrogen gas production method of the present invention, the predetermined temperature is 50 ° C to 90 ° C.

[水素ガス製造装置]
(20)本発明の水素ガス製造装置は、
密閉可能な反応槽と、
反応槽に、水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは水素ガス製造用シリコン原料Bを供給する手段と、
反応槽にアルカリ水溶液を供給する手段と、
反応槽に設けられた温度計、ヒーターおよび冷却器と、
反応槽の水素ガス取り出し側に、スクラバ、凝縮器、レギュレーターをこの順に備える。
(21)本発明の水素ガス製造装置において、スクラバは反応槽から発生するアルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子を除去する。
(22)本発明の水素ガス製造装置において、水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは水素ガス製造用シリコン原料Bを供給する手段はモーノポンプまたはギヤーポンプが好ましい。モーノポンプ、ギヤーポンプは、スラッジ状の材料を安定して吐出することができる。
(23)本発明の水素ガス製造装置において、反応槽は、水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは水素ガス製造用シリコン原料Bと,アルカリ水溶液を混合する手段を備える。
[Hydrogen gas production equipment]
(20) The hydrogen gas production apparatus of the present invention comprises:
A sealable reaction vessel;
Means for supplying the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production to the reaction vessel;
Means for supplying an aqueous alkaline solution to the reaction vessel;
A thermometer, heater and cooler provided in the reaction vessel;
A scrubber, a condenser, and a regulator are provided in this order on the hydrogen gas extraction side of the reaction tank.
(21) In the hydrogen gas production apparatus of the present invention, the scrubber removes the alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, and silicon particles generated from the reaction vessel.
(22) In the hydrogen gas production apparatus of the present invention, the means for supplying the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production is preferably a Mono pump or a gear pump. Mono pumps and gear pumps can stably discharge sludge material.
(23) In the hydrogen gas production apparatus of the present invention, the reaction tank includes means for mixing the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production with an alkaline aqueous solution.

本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aには、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制する適度な量の油分が含まれている。油分はクーラントに由来する。マルチワイヤーソーの廃クーラントから、再生クーラントを分離して得られたシリコン屑には、油分がシリコン粒子の重量の10%を超えて含まれている。このようにシリコン屑に含まれる油分が多すぎる場合、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応が阻害される。そのため、シリコン屑にアルカリ水溶液を加えても、得られる水素ガスは理論値より少ない。このようなシリコン屑は、そのままでは水素ガス製造用シリコン原料として利用できない。   The silicon raw material A for producing hydrogen gas of the present invention contains an appropriate amount of oil that moderately suppresses the reaction between the silicon particles and the alkaline aqueous solution. The oil comes from the coolant. The silicon scrap obtained by separating the regenerated coolant from the waste coolant of the multi-wire saw contains more than 10% of the weight of silicon particles. Thus, when there is too much oil content contained in silicon | silicone waste, reaction of a silicon particle and aqueous alkali solution is inhibited. Therefore, even when an alkaline aqueous solution is added to silicon scrap, the hydrogen gas obtained is less than the theoretical value. Such silicon scrap cannot be used as it is as a silicon raw material for producing hydrogen gas.

本発明の水素ガス製造用シリコン原料は、含まれる油分がシリコン屑より少ないため、アルカリ水溶液を加えると理論値通りの水素ガスが得られる。しかも本発明の水素ガス製造用シリコン原料には、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を抑制する適度な量(シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%)の油分が含まれているため、反応が爆発的にならない。これにより、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応が適度に抑制され、長時間にわたって水素ガスをコンスタントに発生することができる。この結果、第一の課題(油分が水素ガス発生を阻害)と第二の課題(シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制)が同時に解決される。   Since the silicon raw material for producing hydrogen gas of the present invention contains less oil than silicon scrap, hydrogen gas as the theoretical value can be obtained by adding an alkaline aqueous solution. Moreover, the silicon raw material for producing hydrogen gas of the present invention contains an appropriate amount of oil (0.1 wt% to 10 wt% of the silicon particles) that suppresses the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution. Does not become explosive. Thereby, reaction of silicon particles and aqueous alkali solution is moderately suppressed, and hydrogen gas can be generated constantly over a long period of time. As a result, the first problem (oil inhibits the generation of hydrogen gas) and the second problem (moderately suppresses the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution) are solved simultaneously.

本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bは、クーラントに由来する油分を高温乾燥で蒸発させて取り除いた後、所望の種類の反応抑制物質を所望の量だけシリコン粒子と混合して得られる。反応抑制物質は、油分と同様に、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制する機能をもつ物質である。反応抑制物質が、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制するメカニズムは、クーラントに由来する油分によるメカニズムと同様である。水素ガス製造用シリコン原料Bに含まれる反応抑制物質は、通常、クーラントの油分と異なる物質が用いられるが、クーラントの油分と同じ物質を用いてもよい。水素ガス製造用シリコン原料Bを用いても、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応が適度に抑制され、長時間にわたって水素ガスをコンスタントに発生することができる。   The silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention is obtained by evaporating and removing the oil component derived from the coolant by high-temperature drying, and then mixing a desired amount of a reaction suppressing substance with silicon particles in a desired amount. The reaction-suppressing substance is a substance having a function of appropriately suppressing the reaction between the silicon particles and the alkaline aqueous solution, like the oil. The mechanism by which the reaction inhibitor moderately suppresses the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution is the same as the mechanism by the oil component derived from the coolant. As the reaction suppressing substance contained in the silicon raw material B for hydrogen gas production, a substance different from the oil content of the coolant is usually used, but the same material as the oil content of the coolant may be used. Even when the silicon raw material B for producing hydrogen gas is used, the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution is moderately suppressed, and hydrogen gas can be generated constantly over a long period of time.

本発明の水素ガス製造用シリコン原料は、シリコン粒子の重量の1倍〜10倍、好ましくは1倍〜5倍、さらに好ましくは2倍〜4倍の重量の水を添加し、スラッジ状にしてある。これにより反応槽にスラッジポンプで精度よく注入することができる。   The silicon raw material for producing hydrogen gas of the present invention is made into sludge by adding water having a weight of 1 to 10 times, preferably 1 to 5 times, more preferably 2 to 4 times the weight of silicon particles. is there. Thereby, it can inject | pour accurately into a reaction tank with a sludge pump.

本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法は、クーラントに含まれた油分を利用するため、製造工程が短い。一方、本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法では、任意の反応抑制物質を精度よく混合することができる。   Since the method for producing the silicon raw material A for producing hydrogen gas of the present invention uses the oil contained in the coolant, the production process is short. On the other hand, in the method for producing the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention, any reaction suppressing substance can be mixed with high accuracy.

本発明の水素ガス製造方法では、水素ガス製造用シリコン原料およびアルカリ水溶液の注入速度を、反応槽の混合液の温度およびアルカリ濃度に基づいてフィードバック制御しながら、連続注入するため、一定量の水素ガスが連続して得られる。アルカリ水溶液とシリコン原料を連続的に注入することができるのは、第二の課題(シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制)が解決されているからである。これにより、第三の課題(反応槽の圧力変動)が解決される。   In the hydrogen gas production method of the present invention, since the injection rate of the silicon raw material for hydrogen gas production and the aqueous alkali solution is continuously injected while feedback control is performed based on the temperature and alkali concentration of the mixture in the reaction tank, a certain amount of hydrogen Gas is obtained continuously. The reason why the alkaline aqueous solution and the silicon raw material can be continuously injected is that the second problem (moderately suppressing the reaction between the silicon particles and the alkaline aqueous solution) has been solved. Thereby, the 3rd subject (pressure fluctuation of a reaction tank) is solved.

本発明の水素ガス製造装置では、反応槽と凝縮器の間にスクラバを設ける。反応槽内で発生した水素ガスはスクラバに導かれる。スクラバにより、反応槽から飛散するアルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物、シリコン粒子を、凝縮器に入る前に除去する。これにより、第四の課題(アルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物、シリコン粒子による腐食と詰まり)が解決される。   In the hydrogen gas production apparatus of the present invention, a scrubber is provided between the reaction tank and the condenser. Hydrogen gas generated in the reaction vessel is led to a scrubber. The scrubber removes the aqueous alkali mist, metasilicate hydrate, and silicon particles scattered from the reaction vessel before entering the condenser. This solves the fourth problem (corrosion and clogging with alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate, silicon particles).

本発明の水素ガス製造用シリコン原料の製造フローチャートProduction flow chart of silicon raw material for producing hydrogen gas of the present invention 本発明の水素ガス製造装置の構成図Configuration diagram of the hydrogen gas production apparatus of the present invention 水素ガス製造実験のグラフ(反応抑制物質の効果)Graph of hydrogen gas production experiment (effect of reaction inhibitor) 水素ガス製造実験のグラフ(実施例1)Graph of hydrogen gas production experiment (Example 1) 水素ガス製造実験のグラフ(実施例2)Graph of hydrogen gas production experiment (Example 2)

第一の課題(クーラント中の油分が水素ガス発生を阻害)、および、第二の課題(シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制)を解決するため、本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aおよび水素ガス製造用シリコン原料Bは、図1のフローチャートにより製造される。   In order to solve the first problem (the oil in the coolant inhibits the generation of hydrogen gas) and the second problem (moderately suppresses the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution), the silicon raw material for producing hydrogen gas of the present invention A and silicon raw material B for hydrogen gas production are produced according to the flowchart of FIG.

図1のフローチャートに示すように、マルチワイヤーソー101にシリコンインゴット102を設置し、クーラント103(水と油分の混合液)で冷却しながら、シリコンインゴット102を切断し、シリコンウエハ104を製造する。ワイヤーで切断された部分(切り代、カーフロス)は大きさが0.1μm〜30μm程度の不定形のシリコン粒子となる。本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aおよび水素ガス製造用シリコン原料Bでは、シリコン粒子の平均粒径は1μm程度が好ましい。マルチワイヤーソー101で発生する廃クーラント105は、シリコン粒子とクーラント103を含む。クーラント103に含まれる油分は、例えば、プロピレングリコールである。   As shown in the flowchart of FIG. 1, a silicon ingot 102 is set on a multi-wire saw 101, and the silicon ingot 102 is cut while being cooled with a coolant 103 (mixed liquid of water and oil) to manufacture a silicon wafer 104. The portion cut by the wire (cutting margin, kerf loss) becomes amorphous silicon particles having a size of about 0.1 μm to 30 μm. In the silicon raw material A for producing hydrogen gas and the silicon raw material B for producing hydrogen gas of the present invention, the average particle size of the silicon particles is preferably about 1 μm. Waste coolant 105 generated in the multi-wire saw 101 includes silicon particles and coolant 103. The oil component contained in the coolant 103 is, for example, propylene glycol.

図1のフローチャートに示すように、廃クーラント105をまず遠心分離器A106にかけて、上澄みと沈殿物に分ける。上澄みは水と油分を含み、再生クーラント107として、再びマルチワイヤーソー101で使用される。沈殿物はシリコン屑108と呼ばれ、水と油分とシリコン粒子が含まれる。シリコン屑108は、シリコン粒子の重量の10%を超える油分を含むため、アルカリ水溶液との反応が阻害されやすい。   As shown in the flowchart of FIG. 1, the waste coolant 105 is first subjected to a centrifuge A106 to be separated into a supernatant and a precipitate. The supernatant contains water and oil and is used again in the multi-wire saw 101 as the regenerated coolant 107. The precipitate is called silicon scrap 108, and contains water, oil, and silicon particles. Since the silicon scrap 108 contains an oil component that exceeds 10% of the weight of the silicon particles, the reaction with the alkaline aqueous solution tends to be hindered.

図1のフローチャートに示すように、シリコン屑108中の油分を減らすため、シリコン屑108を、再度、遠心分離器B109にかけるか、あるいは、濾過器110を通す。シリコン屑108を再度遠心分離した場合、上澄み111には水と油分が含まれる。この上澄み111は廃棄される。遠心分離の沈殿物はシリコン粒子を主成分とする固形物A112で、油分(シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%)と少量の水を含む。   As shown in the flowchart of FIG. 1, in order to reduce the oil content in the silicon waste 108, the silicon waste 108 is again applied to the centrifuge B 109 or passed through the filter 110. When the silicon waste 108 is centrifuged again, the supernatant 111 contains water and oil. This supernatant 111 is discarded. The centrifugal precipitate is a solid A112 mainly composed of silicon particles, and contains oil (0.1 wt% to 10 wt% of the silicon particles) and a small amount of water.

シリコン屑108を濾過器110に通した場合、濾液113には水と油分が含まれる。この濾液113は廃棄される。濾過で得られたシリコン粒子を主成分とする固形物A112は、油分(シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%)と少量の水を含む。遠心分離で得られた固形物A112と、濾過で得られた固形物A112は、図1のフローチャートに示すように、次工程(乾燥)に同じように進めることができるので、以後特に区別はしない。   When the silicon waste 108 is passed through the filter 110, the filtrate 113 contains water and oil. This filtrate 113 is discarded. The solid material A112 mainly composed of silicon particles obtained by filtration contains oil (0.1 wt% to 10 wt% of the silicon particles) and a small amount of water. The solid matter A112 obtained by centrifugation and the solid matter A112 obtained by filtration can proceed in the same way to the next step (drying) as shown in the flowchart of FIG. .

図1のフローチャートに示すように、固形物A112を乾燥炉114で乾燥する。乾燥の目的は、固形物A112に含まれる少量の水分を取り除くことである。そのため乾燥炉114の温度は、100℃〜120℃が好ましい。この温度で水は蒸発するが油分は蒸発しない。乾燥後の固形物B115の成分はシリコン粒子と油分(シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%)である。   As shown in the flowchart of FIG. 1, the solid material A 112 is dried in a drying furnace 114. The purpose of drying is to remove a small amount of water contained in the solid material A112. Therefore, the temperature of the drying furnace 114 is preferably 100 ° C to 120 ° C. At this temperature, water evaporates but oil does not evaporate. The components of the solid B115 after drying are silicon particles and oil (0.1 wt% to 10 wt% of the silicon particles).

本願発明者の実験によると、遠心分離器106の回転数と回転時間を調整することにより、固形物B115に、シリコン粒子の重量の0.1重量%〜10重量%(代表的には3重量%)の油分を含ませることができる。あるいは、濾過器110の分子サイズの細孔の大きさと濾過圧力を調整することにより、固形物B115に、0.1重量%〜10重量%(代表的には3重量%)の油分を含ませることができる。   According to the experiment by the present inventor, by adjusting the rotation speed and the rotation time of the centrifuge 106, the solid B115 has 0.1% by weight to 10% by weight (typically 3% by weight) of the silicon particles. %) Oil can be included. Alternatively, by adjusting the molecular pore size of the filter 110 and the filtration pressure, the solid substance B115 contains 0.1 wt% to 10 wt% (typically 3 wt%) of oil. be able to.

固形物B115の中のシリコン粒子の表面は、シリコンが露出した部分と、シリコンが油分に覆われた部分が混在していると考えられる。シリコンが露出した部分はアルカリ水溶液と反応し、シリコンが油分に覆われた部分はアルカリ水溶液と反応しないと考えられる。シリコン粒子の表面全体が油分で覆われてしまうと、シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応が起こらないと考えられる。シリコン粒子の表面に、シリコンが露出した部分と、油分に覆われた部分が適度な比率で混在しているとき、シリコン粒子とアルカリ水溶液が緩やかに反応し、シリコン粒子とアルカリ水溶液が長時間にわたって反応を続け、水素ガスをコンスタントに発生することができると考えられる。   The surface of the silicon particles in the solid material B115 is considered to include a portion where silicon is exposed and a portion where silicon is covered with oil. It is considered that the portion where the silicon is exposed reacts with the alkaline aqueous solution, and the portion where the silicon is covered with oil does not react with the alkaline aqueous solution. If the entire surface of the silicon particles is covered with oil, it is considered that the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution does not occur. When the silicon exposed surface and the part covered with oil are mixed in an appropriate ratio on the surface of the silicon particle, the silicon particle and the alkaline aqueous solution react slowly, and the silicon particle and the alkaline aqueous solution stay for a long time. It is believed that the reaction can continue and hydrogen gas can be generated constantly.

乾燥炉114で乾燥して得られた固形物B115に水116を加えてスラッジA117とする。なお、固形物B115に水116を加えて得られたスラッジと、更に後の工程で固形物Cに反応抑制物質121と水123を加えて得られたスラッジを区別するため、固形物B115に水116を加えて得られたスラッジをスラッジA117と名付け、固形物Cに反応抑制物質121と水123を加えて得られたスラッジをスラッジB124と名付ける。スラッジA117が本発明の水素ガス製造用シリコン原料Aである。固形物B115に水116を加えてスラッジA117とする理由は、第一にスラッジポンプで圧送するのに適した状態にするためである。第二にシリコン粒子とアルカリ水溶液の反応熱を水で冷却するためである。第三に反応により消費される水を補充するためである。水116の添加量は、固形物B115に含まれるシリコン粒子の重量の1倍〜10倍が好ましく、1倍〜5倍がより好ましく、2倍〜4倍がさらに好ましい。水116を1倍〜10倍添加すると、シリコン粒子が水116に均一に分散するため、配管やポンプの詰まりが起きにくくなる。   Water 116 is added to the solid B 115 obtained by drying in the drying furnace 114 to obtain sludge A117. In order to distinguish sludge obtained by adding water 116 to solid B115 and sludge obtained by adding reaction inhibitor 121 and water 123 to solid C in a later step, water is added to solid B115. The sludge obtained by adding 116 is named sludge A117, and the sludge obtained by adding the reaction inhibitor 121 and water 123 to the solid C is named sludge B124. Sludge A117 is the silicon raw material A for hydrogen gas production of the present invention. The reason why water 116 is added to the solid material B115 to make the sludge A117 is to first make it suitable for pumping with a sludge pump. Secondly, the reaction heat between the silicon particles and the aqueous alkali solution is cooled with water. Third, to replenish water consumed by the reaction. The amount of water 116 added is preferably 1 to 10 times the weight of the silicon particles contained in the solid B115, more preferably 1 to 5 times, and even more preferably 2 to 4 times. When the water 116 is added 1 to 10 times, the silicon particles are uniformly dispersed in the water 116, so that clogging of pipes and pumps is less likely to occur.

本願発明者の研究によると、水素ガス製造用シリコン原料A(スラッジA117)に、シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%、好ましくは0.5重量%〜5重量%、より好ましくは2重量%〜4重量%、代表的には3重量%の油分が混合しているとき、シリコン粒子とアルカリ水溶液が長時間にわたって反応を続け、水素ガスをコンスタントに発生することができる。   According to the study of the present inventor, the silicon raw material A for hydrogen gas production (sludge A117) is 0.1 wt% to 10 wt%, preferably 0.5 wt% to 5 wt%, more preferably 2 wt% of silicon particles. When the oil content of 4% by weight to 4% by weight, typically 3% by weight, is mixed, the silicon particles and the aqueous alkali solution continue to react for a long time, and hydrogen gas can be generated constantly.

水素ガス製造用シリコン原料A(スラッジA117)のシリコン粒子の分散状態が良好であっても、長時間放置するとシリコン粒子が沈降することがある。そのため反応槽に注入する直前に分散装置でシリコン粒子を再分散させることが好ましい。   Even if the silicon particles in the silicon raw material A for hydrogen gas production (sludge A117) are well dispersed, the silicon particles may settle if left standing for a long time. Therefore, it is preferable to redisperse the silicon particles with a dispersing device immediately before injection into the reaction vessel.

油分とは異なる反応抑制物質を含ませたいとき、あるいは、反応抑制物質の量をより精密に制御したいときは、更に図1のフローチャートの次工程を実施する。図1のフローチャートに示すように、油分を含む固形物B115を高温炉118で焼成し、クーラント由来の油分119を蒸発させて、シリコン粒子だけからなる固形物C120を得る。高温炉118の温度は、500℃〜700℃が好ましく、600℃がより好ましい。この温度で油分119は蒸発する。高温炉118には窒素ガスを流して、シリコン粒子の表面酸化と油分119の酸化および燃焼を防ぐ。   When it is desired to include a reaction-inhibiting substance different from the oil, or when it is desired to control the amount of the reaction-inhibiting substance more precisely, the next step of the flowchart of FIG. 1 is further performed. As shown in the flowchart of FIG. 1, the solid B115 containing oil is fired in a high-temperature furnace 118, and the oil 119 derived from the coolant is evaporated to obtain a solid C120 made of only silicon particles. The temperature of the high temperature furnace 118 is preferably 500 ° C to 700 ° C, and more preferably 600 ° C. The oil component 119 evaporates at this temperature. Nitrogen gas is passed through the high temperature furnace 118 to prevent surface oxidation of the silicon particles and oxidation and combustion of the oil component 119.

高温炉118で焼成した固形物C120には油分がほとんど含まれない。そこで固形物C120に、反応抑制物質121と水123を混合して、スラッジB122とする。反応抑制物質121の量は、シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%、好ましくは0.5重量%〜5重量%、より好ましくは2重量%〜4重量%、代表的には3重量%である。反応抑制物質121は油分119と同じ物質でもよいし、異なる物質でもよい。   The solid C120 baked in the high temperature furnace 118 contains almost no oil. Therefore, the solid substance C120 is mixed with the reaction inhibitor 121 and water 123 to obtain sludge B122. The amount of the reaction inhibitor 121 is 0.1% to 10% by weight of the silicon particles, preferably 0.5% to 5% by weight, more preferably 2% to 4% by weight, typically 3%. %. The reaction inhibiting substance 121 may be the same substance as the oil component 119 or a different substance.

混合する反応抑制物質の例を後述するが、カルボン酸や水溶性ポリマー、モノマーのような反応抑制物質はクーラントにほとんど含まれない。従って特にカルボン酸や水溶性ポリマー、モノマーのような反応抑制物質を用いる場合は、高温炉118による焼成以後の工程が必要である。   Examples of the reaction inhibitor to be mixed will be described later, but reaction inhibitors such as carboxylic acids, water-soluble polymers, and monomers are hardly contained in the coolant. Therefore, in particular, when a reaction inhibitor such as a carboxylic acid, a water-soluble polymer, or a monomer is used, a process after firing in the high temperature furnace 118 is necessary.

スラッジB124は本発明の水素ガス製造用シリコン原料Bである。水123を加える理由は、第一にシリコン粒子と反応抑制物質を均一に混合し、スラッジポンプで圧送するのに適した状態にするためである。第二にシリコン粒子とアルカリ水溶液の反応熱を水で冷却するためである。第三に反応により消費される水を補充するためである。水123の添加量(重量)は、固形物C120(シリコン粒子)の重量の1倍〜10倍が好ましく、1倍〜5倍がより好ましく、2倍〜4倍がさらに好ましい。   Sludge B124 is the silicon raw material B for hydrogen gas production of the present invention. The reason for adding the water 123 is to first mix the silicon particles and the reaction-suppressing substance uniformly and to make it suitable for pumping with a sludge pump. Secondly, the reaction heat between the silicon particles and the aqueous alkali solution is cooled with water. Third, to replenish water consumed by the reaction. The addition amount (weight) of the water 123 is preferably 1 to 10 times, more preferably 1 to 5 times, and further preferably 2 to 4 times the weight of the solid C120 (silicon particles).

本願発明者の実験によると、クーラントに由来する3重量%の油分(プロピレングリコール)を含むスラッジA117と、高温炉で焼成後、油分と同種の3重量%の反応抑制物質(プロピレングリコール)を混合したスラッジB124を、水素ガス製造用シリコン原料として用いた場合、水素ガスの発生状況は同様であった。従ってクーラント103に含まれる油分を利用するときは、製造工程の短いスラッジA117を使用する方が有利である。しかしクーラント103に油分として含まれない反応抑制物質を用いるときは、図1のフローチャートの高温炉118以後の工程で製造されたスラッジB124を使用する必要がある。   According to the experiment of the present inventor, the sludge A117 containing 3% by weight of oil (propylene glycol) derived from the coolant and 3% by weight of a reaction inhibitor (propylene glycol) of the same kind as the oil are mixed after firing in a high temperature furnace. When the sludge B124 used was used as a silicon raw material for hydrogen gas production, the hydrogen gas generation situation was the same. Therefore, when the oil contained in the coolant 103 is used, it is advantageous to use the sludge A117 having a short manufacturing process. However, when using a reaction-suppressing substance that is not contained as an oil component in the coolant 103, it is necessary to use the sludge B124 produced in the process after the high-temperature furnace 118 in the flowchart of FIG.

反応抑制物質として、次のような水溶性の有機物質またはこれらの混合物が好ましい。(1)、(2)は油分としてクーラントに含まれることがある。(3)、(4)は、通常、クーラントに含まれないし、含まれても微量である。
(1)1価アルコール:イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルー1−プロパノール、2−メチルー2−プロパノール、2−エチルー1−ヘキサノール
(2)多価アルコール:エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、1、2−プロパンジオール、1、4−ブタンジオール、1、2−ブタンジオール、1、3−ブタンジオール、1、5−ペンタンジオール、
(上記の1価アルコールと多価アルコールをまとめて、X−(OH)nと表示できる。ここでXは、炭素数Cmが3〜7の飽和または不飽和炭化水素基、nは1以上の整数、n<Cmである。)
(3)カルボン酸
・飽和脂肪酸:ギ酸、乳酸、酢酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸
・不飽和脂肪族カルボン酸:アクリル酸、オレイン酸
・ヒゴロキシ酸:リンゴ酸、クエン酸
・ジカルボン酸:シュウ酸、マレイン酸、フマル酸
(4)水溶性ポリマー、モノマー
ビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール。
As the reaction inhibitor, the following water-soluble organic substances or mixtures thereof are preferred. (1) and (2) may be contained in the coolant as oil. (3) and (4) are usually not included in the coolant, and even if included, the amount is small.
(1) Monohydric alcohol: isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 2-ethyl-1-hexanol (2) Polyhydric alcohol: ethylene glycol, diethylene glycol, propylene Glycol, dipropylene glycol, glycerin, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol,
(The above monohydric alcohol and polyhydric alcohol can be collectively expressed as X- (OH) n. Here, X is a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 3 to 7 carbon atoms, and n is 1 or more. Integer, n <Cm.)
(3) Carboxylic acid / saturated fatty acid: formic acid, lactic acid, acetic acid, propanoic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid , Heptadecanoic acid / unsaturated aliphatic carboxylic acid: acrylic acid, oleic acid / hyroxylic acid: malic acid, citric acid / dicarboxylic acid: oxalic acid, maleic acid, fumaric acid (4) water-soluble polymer, monomer vinylpyrrolidone, polyvinylpyrrolidone , Sodium polyacrylate, polyethylene oxide, polyethylene imide, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyethylene glycol.

図2は本発明の水素ガス製造装置200の構成図である。密閉された反応槽201に、水素ガス製造用シリコン原料202をスラッジポンプ203で注入する。水素ガス製造用シリコン原料202は、図1のフローチャートのスラッジA117(水素ガス製造用シリコン原料A)またはスラッジB122(水素ガス製造用シリコン原料B)である。従ってスラッジポンプ203としては、スラッジの圧送ができるモーノポンプやギヤーポンプが適している。   FIG. 2 is a configuration diagram of the hydrogen gas production apparatus 200 of the present invention. A silicon raw material 202 for producing hydrogen gas is injected into a sealed reaction tank 201 by a sludge pump 203. The silicon raw material 202 for producing hydrogen gas is the sludge A117 (silicon raw material A for producing hydrogen gas) or sludge B122 (silicon raw material B for producing hydrogen gas) in the flowchart of FIG. Therefore, as the sludge pump 203, a Mono pump or a gear pump capable of pumping sludge is suitable.

反応槽201に、アルカリ水溶液204(例えばNaOH水溶液)をアルカリ水溶液ポンプ205で注入する。アルカリ水溶液ポンプ205には、例えばフッ素樹脂製あるいはポリエチレン製の耐アルカリ性のポンプが適している。反応槽201は水素ガスが発生し加圧状況となるため耐圧性の必要がある。また、反応槽201は耐アルカリ性であることも必要である。従って反応槽201はステンレス性の耐圧容器が好ましい。   An alkaline aqueous solution 204 (for example, NaOH aqueous solution) is injected into the reaction tank 201 by an alkaline aqueous solution pump 205. As the alkaline aqueous solution pump 205, for example, an alkali-resistant pump made of fluororesin or polyethylene is suitable. The reaction tank 201 needs to have pressure resistance because hydrogen gas is generated and is in a pressurized state. Further, the reaction vessel 201 needs to be resistant to alkali. Therefore, the reaction vessel 201 is preferably a stainless steel pressure vessel.

反応槽201内でアルカリ水溶液204と水素ガス製造用シリコン原料202を混合して混合液208とする。水素ガス製造用シリコン原料202はスラッジ(泥状)であるため、アルカリ水溶液204と均一に混合・分散しにくい。そのため、超音波振動子206で超音波振動を与える、あるいは図示しない撹拌翼で撹拌して、水素ガス製造用シリコン原料202とアルカリ水溶液204を均一に混合するようにする。   An alkaline aqueous solution 204 and a silicon raw material 202 for producing hydrogen gas are mixed in a reaction vessel 201 to obtain a mixed solution 208. Since the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas is sludge (mud), it is difficult to uniformly mix and disperse with the alkaline aqueous solution 204. Therefore, ultrasonic vibration is applied by the ultrasonic vibrator 206 or stirring is performed with a stirring blade (not shown) so that the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas and the alkaline aqueous solution 204 are uniformly mixed.

水素ガス製造用シリコン原料202とアルカリ水溶液204を混合すると
Si+2OH+HO→SiO 2−+2H
という反応が起こり、水素ガスが発生する。発生した水素ガスは反応槽201の内部空間に溜まる。
When silicon raw material 202 for hydrogen gas production and alkaline aqueous solution 204 are mixed, Si + 2OH + H 2 O → SiO 3 2− + 2H 2
Reaction occurs, and hydrogen gas is generated. The generated hydrogen gas accumulates in the internal space of the reaction vessel 201.

上式の水素ガスが発生する反応は常温では反応速度が遅いので、水素ガス製造用シリコン原料202を投入する前に、ヒーター207で反応槽201内の混合液208の温度を上げる。混合液208の温度を温度計209で測定しながらヒーター207を制御する。ヒーター207により、混合液208の温度が、50℃〜90℃(好ましくは60℃〜80℃)になるように制御する。混合液208の温度が50℃より低い場合は反応速度が遅くなる(水素ガスの発生が少なくなる)。混合液208の温度が90℃より高い場合、反応速度は速くなるが(水素ガスの発生が多くなる)、反応が熱暴走するおそれが高くなる。また熱暴走したとき対処する時間的余裕が少なくなる。そのため混合液208の温度は50℃〜90℃が適当である。   Since the reaction in which the hydrogen gas of the above formula is generated has a slow reaction rate at room temperature, the temperature of the mixed liquid 208 in the reaction tank 201 is raised by the heater 207 before the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas is charged. The heater 207 is controlled while measuring the temperature of the mixed liquid 208 with a thermometer 209. The temperature of the mixed liquid 208 is controlled by the heater 207 so as to be 50 ° C. to 90 ° C. (preferably 60 ° C. to 80 ° C.). When the temperature of the mixed liquid 208 is lower than 50 ° C., the reaction rate becomes slow (hydrogen gas generation is reduced). When the temperature of the mixed liquid 208 is higher than 90 ° C., the reaction rate increases (hydrogen gas generation increases), but there is a high possibility that the reaction will run out of heat. In addition, there is less time to deal with when a thermal runaway occurs. Therefore, the temperature of the mixed liquid 208 is suitably 50 ° C to 90 ° C.

水素ガス製造用シリコン原料202とアルカリ水溶液204の反応熱が発生するようになったら、ヒーター207の加熱を弱くする、あるいは中止する。さらに反応熱の発生が多くなって、ヒーター207を切っても混合液208の温度が上限より高くなるようであれば、冷却器210で混合液208を冷却する。同時に水素ガス製造用シリコン原料202の注入を少なくするか中止する。   When the reaction heat between the silicon raw material 202 for hydrogen gas production and the alkaline aqueous solution 204 is generated, the heating of the heater 207 is weakened or stopped. If the generation of reaction heat further increases and the temperature of the mixed solution 208 becomes higher than the upper limit even when the heater 207 is turned off, the mixed solution 208 is cooled by the cooler 210. At the same time, the injection of the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas is reduced or stopped.

アルカリ水溶液204としてNaOH水溶液を用いる場合、NaOH水溶液の濃度は1mol/L〜8mol/Lが好ましく、3mol/L〜4mol/Lがより好ましい。NaOH水溶液の濃度が8mol/Lを超えると、NaOH水溶液の粘度が高くなりすぎて、水素ガス製造用シリコン原料202と均一に混合しにくくなる。水素ガス製造用シリコン原料202を注入すると、メタケイ酸ナトリウムが形成されるため、さらに混合液208の粘度が高くなり、均一混合しにくくなる。NaOH水溶液と水素ガス製造用シリコン原料202が均一に混合されていないと、反応が不均一になるおそれがある。NaOH水溶液の濃度が1mol/L未満であると、水素ガス発生反応が十分に進行しないおそれがある。そのため、NaOH水溶液の濃度は1mol/L〜8mol/Lが好ましい。   When an aqueous NaOH solution is used as the alkaline aqueous solution 204, the concentration of the aqueous NaOH solution is preferably 1 mol / L to 8 mol / L, and more preferably 3 mol / L to 4 mol / L. When the concentration of the NaOH aqueous solution exceeds 8 mol / L, the viscosity of the NaOH aqueous solution becomes too high and it becomes difficult to uniformly mix with the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas. When the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas is injected, sodium metasilicate is formed, so that the viscosity of the mixed solution 208 is further increased and uniform mixing is difficult. If the NaOH aqueous solution and the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas are not uniformly mixed, the reaction may be non-uniform. When the concentration of the NaOH aqueous solution is less than 1 mol / L, the hydrogen gas generation reaction may not sufficiently proceed. Therefore, the concentration of the NaOH aqueous solution is preferably 1 mol / L to 8 mol / L.

本発明の水素ガス製造装置200では、第二の課題(シリコン粒子とアルカリ水溶液の反応を適度に抑制)を解決するため、図1のフローチャートにより製造された水素ガス製造用シリコン原料Aまたは水素ガス製造用シリコン原料Bを使用する。本発明で用いる水素ガス製造用シリコン原料Aまたは水素ガス製造用シリコン原料Bは、一定量の油分または反応抑制物質を含むため、シリコン粒子とアルカリ水溶液が急激に反応することが抑制される。しかし、油分または反応抑制物質は反応を阻害するほど多くはないので、理論通りの量の水素ガスを発生する。本発明の水素ガス製造装置200では、シリコン粒子とアルカリ水溶液204が緩やかに反応するため、シリコン粒子とアルカリ水溶液204が長時間にわたって反応を続け、水素ガスをコンスタントに発生することができる。   In the hydrogen gas production apparatus 200 of the present invention, the silicon raw material A or hydrogen gas for producing hydrogen gas produced according to the flowchart of FIG. 1 is used to solve the second problem (moderately suppressing the reaction between the silicon particles and the aqueous alkali solution). A silicon raw material B for production is used. Since the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production used in the present invention contains a certain amount of oil or a reaction suppressing substance, the silicon particles and the aqueous alkali solution are suppressed from reacting rapidly. However, since the oil or reaction inhibitor is not so much as to inhibit the reaction, it generates a theoretical amount of hydrogen gas. In the hydrogen gas production apparatus 200 of the present invention, since the silicon particles and the aqueous alkaline solution 204 react slowly, the silicon particles and the aqueous alkaline solution 204 can continue to react for a long time, and hydrogen gas can be generated constantly.

特許文献2の水素ガス製造装置(図6)で反応槽の圧力変動が見られる理由は、シリコンスラッジとアルカリ水溶液を間欠的に注入するためと考えられる。特許文献2の水素ガス製造装置では、シリコンスラッジとアルカリ水溶液が急激に反応する。そのためシリコンスラッジとアルカリ水溶液を連続的に注入することが不可能となり間欠的に注入すると思われる。   The reason why the pressure fluctuation of the reaction tank is observed in the hydrogen gas production apparatus (see FIG. 6) of Patent Document 2 is considered to be that silicon sludge and an aqueous alkali solution are injected intermittently. In the hydrogen gas production apparatus of Patent Document 2, silicon sludge and an aqueous alkaline solution react rapidly. Therefore, it becomes impossible to inject silicon sludge and aqueous alkali solution continuously, and it seems to inject intermittently.

本発明の水素ガス製造装置200では、第三の課題(反応槽の圧力変動)を解決するため、アルカリ水溶液204と水素ガス製造用シリコン原料202を原則として連続的に注入する。(本発明の水素ガス製造装置200で用いる水素ガス製造用シリコン原料202は急激に反応しないため、アルカリ水溶液204と水素ガス製造用シリコン原料202を連続的に注入することが可能である。)アルカリ水溶液204と水素ガス製造用シリコン原料202を連続的に注入することにより、水素ガスを安定して連続的に得ることができるようになる。但しアルカリ水溶液204と水素ガス製造用シリコン原料202の注入速度は一定とは限らない。アルカリ水溶液204と水素ガス製造用シリコン原料202を一定速度で注入しても、水素ガスの発生速度は一定にならない場合があるからである。   In order to solve the third problem (reaction tank pressure fluctuation), the hydrogen gas production apparatus 200 of the present invention continuously injects the alkaline aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas in principle. (Since the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas used in the hydrogen gas producing apparatus 200 of the present invention does not react rapidly, the alkaline aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas can be injected continuously.) Alkali By continuously injecting the aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas, the hydrogen gas can be obtained stably and continuously. However, the injection rates of the alkaline aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas are not always constant. This is because even if the alkaline aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas are injected at a constant rate, the hydrogen gas generation rate may not be constant.

本発明の水素ガス製造装置200では、アルカリ水溶液204の注入速度は、反応槽201内の混合液208のアルカリ濃度が所定の値(NaOH水溶液を用いる場合、1mol/L〜8mol/L、好ましくは3mol/L〜4mol/L)になるように制御される。混合液208のアルカリ濃度が所定の値になるようにするために、アルカリ濃度を測定すると共にアルカリ濃度の変化率(時間微分)を計算して、アルカリ水溶液204の注入速度をフィードバック制御する。混合液208のアルカリ濃度は、中和滴定用サンプリング端子211からサンプリングした液を中和滴定装置(図示しない)で滴定して測定する。制御結果によりアルカリ水溶液204の注入を中断することがある。   In the hydrogen gas production apparatus 200 of the present invention, the injection rate of the alkaline aqueous solution 204 is such that the alkali concentration of the mixed solution 208 in the reaction vessel 201 is a predetermined value (1 mol / L to 8 mol / L when using an aqueous NaOH solution, preferably 3 mol / L to 4 mol / L). In order to adjust the alkali concentration of the mixed solution 208 to a predetermined value, the alkali concentration is measured and the change rate (time differentiation) of the alkali concentration is calculated, and the injection rate of the alkaline aqueous solution 204 is feedback-controlled. The alkali concentration of the mixed liquid 208 is measured by titrating the liquid sampled from the neutralization titration sampling terminal 211 with a neutralization titration apparatus (not shown). Depending on the control result, the injection of the alkaline aqueous solution 204 may be interrupted.

反応槽201には反応式(4)のSiO(OH) 2−が蓄積される。この水和物(SiO(OH) 2−)はいわゆる水ガラスでありpHの緩衝作用がある。そのため混合液208のpHを測定しても、アルカリ濃度を正確に知ることができない。従って混合液208のpHの代わりに、混合液208のサンプルを滴定してアルカリ濃度を測定する。 In the reaction tank 201, SiO 2 (OH) 2 2− of the reaction formula (4) is accumulated. This hydrate (SiO 2 (OH) 2 2− ) is so-called water glass and has a pH buffering action. Therefore, even if the pH of the mixed solution 208 is measured, the alkali concentration cannot be accurately known. Therefore, instead of the pH of the liquid mixture 208, the sample of the liquid mixture 208 is titrated to measure the alkali concentration.

また、水素ガス製造用シリコン原料202の注入速度は、反応槽201内の混合液208の温度が所定の値(50℃〜90℃、好ましくは60℃〜80℃)になるように制御される。混合液208の温度が所定の値になるようにするため、温度を温度計209で測定すると共に、温度の変化率(時間微分)を計算して、水素ガス製造用シリコン原料202の注入速度をフィードバック制御する。制御結果によりアルカリ水溶液204と水素ガス製造用シリコン原料202の注入を中断することがある。さらに冷却器210で混合液208を冷却することもある。   Further, the injection rate of the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas is controlled so that the temperature of the mixed solution 208 in the reaction vessel 201 becomes a predetermined value (50 ° C. to 90 ° C., preferably 60 ° C. to 80 ° C.). . In order to set the temperature of the mixed liquid 208 to a predetermined value, the temperature is measured with a thermometer 209 and the rate of change (time differentiation) of the temperature is calculated to determine the injection rate of the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas. Feedback control. Depending on the control result, the injection of the alkaline aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas may be interrupted. Furthermore, the liquid mixture 208 may be cooled by the cooler 210.

混合液208の温度は反応熱により上昇する。一方混合液208の温度は、アルカリ水溶液204の注入および水素ガス製造用シリコン原料202の注入により下降する(混合液208より、アルカリ水溶液204および水素ガス製造用シリコン原料202の方が温度が低いためである)。反応熱による混合液208の温度上昇を、アルカリ水溶液204の注入および水素ガス製造用シリコン原料202の注入により抑制するため、注入前のアルカリ水溶液204および水素ガス製造用シリコン原料202を、20℃程度に保持しておくことが望ましい。   The temperature of the mixed liquid 208 rises due to the heat of reaction. On the other hand, the temperature of the mixed solution 208 is lowered by the injection of the alkaline aqueous solution 204 and the injection of the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas (because the temperature of the alkaline aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas is lower than the mixed solution 208. Is). In order to suppress the temperature rise of the mixed solution 208 due to reaction heat by the injection of the alkaline aqueous solution 204 and the injection of the silicon raw material 202 for hydrogen gas production, the alkaline aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for hydrogen gas production before the injection are kept at about 20 ° C. It is desirable to keep it in

このように混合液208のアルカリ濃度と温度を基準としてアルカリ水溶液204と水素ガス製造用シリコン原料202の注入速度を制御することにより、水素ガスの発生速度を一定にすることができる。制御結果により水素ガス製造用シリコン原料202の注入を中断することがある。   Thus, by controlling the injection rate of the alkaline aqueous solution 204 and the silicon raw material 202 for hydrogen gas production based on the alkali concentration and temperature of the mixed solution 208, the hydrogen gas generation rate can be made constant. Depending on the control result, the injection of the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas may be interrupted.

従来の水素ガス製造装置では、反応槽内で発生した水素ガスは凝縮器に導かれた。本発明の水素ガス製造装置200では、第四の課題(アルカリ水溶液ミストとシリコン粒子による詰まり)を解決するため、反応槽201と凝縮器213の間にスクラバ214を設けた。反応槽201内で発生した水素ガスはスクラバ214に導かれる。スクラバ214により、反応槽201から飛散するアルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物、シリコン粒子を、凝縮器213に入る前に除去することができる。   In the conventional hydrogen gas production apparatus, the hydrogen gas generated in the reaction tank is led to a condenser. In the hydrogen gas production apparatus 200 of the present invention, a scrubber 214 is provided between the reaction vessel 201 and the condenser 213 in order to solve the fourth problem (clogging with alkaline aqueous solution mist and silicon particles). Hydrogen gas generated in the reaction vessel 201 is guided to the scrubber 214. The scrubber 214 can remove the alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate, and silicon particles scattered from the reaction vessel 201 before entering the condenser 213.

スクラバ214では、図示しないが、耐薬品性(例えば塩化ビニル製)の処理容器内に、隙間率の高い耐薬品性の充填物(例えばポリエチレン製の小さな籠)を多数充填する。処理容器の上部から処理液(本発明の場合は水または酸水溶液、好ましくは希硫酸)を充填物全体に散水し、処理容器の下部から被処理ガスを流入させる。本発明の水素ガス製造装置200では、被処理ガス(気体P)は、水素ガス、水蒸気、アルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子を含む。気体Pは充填物の隙間を通過しながら、処理液と反応する。アルカリ水溶液ミストは処理液により中和あるいは溶解される。メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子は処理液により洗い流される。その結果、スクラバ214を通過した気体Qは水素ガスと水蒸気を含むが、アルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子は含まない。これにより気体Q(水素ガスと水蒸気)が得られるので、凝縮器213の詰まりをなくすことができる。   In the scrubber 214, although not shown, a chemical-resistant (for example, vinyl chloride) processing container is filled with a large number of chemical-resistant fillers (for example, small ridges made of polyethylene) having a high clearance ratio. A treatment liquid (in the case of the present invention, water or an acid aqueous solution, preferably dilute sulfuric acid) is sprinkled from the upper part of the treatment container to the entire packing, and a gas to be treated is caused to flow from the lower part of the treatment container. In the hydrogen gas production apparatus 200 of the present invention, the gas to be treated (gas P) includes hydrogen gas, water vapor, alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, and silicon particles. The gas P reacts with the processing liquid while passing through the gaps in the packing. The alkaline aqueous solution mist is neutralized or dissolved by the treatment liquid. The metasilicate hydrate mist and silicon particles are washed away by the treatment liquid. As a result, the gas Q that has passed through the scrubber 214 contains hydrogen gas and water vapor, but does not contain alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, or silicon particles. Thereby, since the gas Q (hydrogen gas and water vapor) is obtained, the clogging of the condenser 213 can be eliminated.

スクラバ214を通過した気体Qは水素ガスと水蒸気が混合しているので凝縮器213を通して、水蒸気を除く。凝縮器213では、例えば冷却水により、気体Qを冷却し、水蒸気を凝縮させて水分を取り除く。凝縮器213で処理された水素ガスは水分をほとんど含まない。凝縮器213の露点の温度は水素ガスの供給先の仕様に従い決める。   Since the gas Q that has passed through the scrubber 214 is a mixture of hydrogen gas and water vapor, the water Q is removed through the condenser 213. In the condenser 213, the gas Q is cooled by, for example, cooling water, and water vapor is condensed to remove moisture. The hydrogen gas processed by the condenser 213 contains almost no moisture. The dew point temperature of the condenser 213 is determined according to the specifications of the hydrogen gas supply destination.

凝縮器の出口側にバックプレッシャーレギュレータ215を設置して、反応槽201から凝縮器213までの圧力を規制する。反応槽201内の圧力は圧力計212で測定する。この規制圧力は0.05MPa〜0.5MPaが好ましく、0.05MPa〜0.15MPaがより好ましい。この規制圧力以上に水素ガスが発生すると、その水素ガスは圧縮機216に送られ、圧縮加圧されてボンベ217に貯蔵される。圧縮機216での加圧はボンベ217の規格によるが、燃料電池車(FCV)の水素ステーションの場合、35MPaあるいは70MPaである。   A back pressure regulator 215 is installed on the outlet side of the condenser to regulate the pressure from the reaction tank 201 to the condenser 213. The pressure in the reaction vessel 201 is measured with a pressure gauge 212. This regulation pressure is preferably 0.05 MPa to 0.5 MPa, more preferably 0.05 MPa to 0.15 MPa. When hydrogen gas is generated above the regulation pressure, the hydrogen gas is sent to the compressor 216, compressed and pressurized, and stored in the cylinder 217. The pressurization by the compressor 216 depends on the standard of the cylinder 217, but is 35 MPa or 70 MPa in the case of a hydrogen station of a fuel cell vehicle (FCV).

本発明の水素ガス製造装置200では、凝縮器213で処理された水素ガスの純度が高いため(例えば、99.9%)、用途によってはそのまま使用できる。そのような用途に用いる場合は、凝縮器213で処理された水素ガスは、圧縮機216を通してボンベ217に詰められ、商品としての水素ガスとなる。   In the hydrogen gas production apparatus 200 of the present invention, since the purity of the hydrogen gas processed in the condenser 213 is high (for example, 99.9%), it can be used as it is depending on the application. When used for such an application, the hydrogen gas processed in the condenser 213 is packed in the cylinder 217 through the compressor 216, and becomes hydrogen gas as a product.

より高純度の水素ガスが必要な場合は、水素ガスを水素ガス精製装置218に通して処理する。水素ガス精製装置218は、例えばパラジウム合金膜である。パラジウム合金膜は、水素ガス以外のガス(例えば、窒素ガス、酸素ガス、希ガス)を通さないので、パラジウム合金膜を通過した水素ガスは、高純度水素ガスとなる。高純度水素ガスは圧縮機216で高圧高純度水素ガスとされてボンベ217に詰められ、商品としての高純度水素ガスとなる。   When higher purity hydrogen gas is required, the hydrogen gas is passed through a hydrogen gas purifier 218 for processing. The hydrogen gas purification device 218 is, for example, a palladium alloy film. Since the palladium alloy film does not pass a gas other than hydrogen gas (for example, nitrogen gas, oxygen gas, or rare gas), the hydrogen gas that has passed through the palladium alloy film becomes a high-purity hydrogen gas. The high-purity hydrogen gas is converted into high-pressure high-purity hydrogen gas by the compressor 216 and packed in the cylinder 217, and becomes high-purity hydrogen gas as a product.

反応槽201には反応式(4)のSiO(OH) 2−が蓄積される。これからHOを差し引くとSiO 2−となり、これはメタケイ酸イオンである。この水和物(SiO(OH) 2−)はいわゆる水ガラスである。水ガラスは加水分解により、強アルカリ性を示し、また、pHの緩衝作用がある。反応槽201に水和物(SiO(OH) 2−)がある程度蓄積したら、水和物(SiO(OH) 2−)を除去する必要がある。水和物(SiO(OH) 2−)の濃度は前述の中和滴定の際、同時に測定できる。水和物(SiO(OH) 2−)の濃度がどの程度になるまで水素ガス製造を続けるべきか、水素ガス製造のコスト等を総合的に考慮して判断する。 In the reaction tank 201, SiO 2 (OH) 2 2− of the reaction formula (4) is accumulated. When H 2 O is subtracted from this, it becomes SiO 3 2− , which is a metasilicate ion. This hydrate (SiO 2 (OH) 2 2− ) is so-called water glass. Water glass exhibits strong alkalinity by hydrolysis and has a pH buffering action. When hydrate (SiO 2 (OH) 2 2− ) accumulates to some extent in the reaction tank 201, it is necessary to remove the hydrate (SiO 2 (OH) 2 2− ). The concentration of hydrate (SiO 2 (OH) 2 2− ) can be measured simultaneously with the neutralization titration described above. To what extent the concentration of the hydrate (SiO 2 (OH) 2 2− ) should be continued is determined by comprehensively considering the cost of hydrogen gas production and the like.

水素ガス製造用シリコン原料202の累積注入量と水素ガスの累積発生量から考えて、水和物(SiO(OH) 2−)の蓄積により水素ガス発生量が少なくなったと判断したら、水素ガス製造用シリコン原料202の注入を停止する。反応槽201内の水素ガス製造用シリコン原料202がすべて反応したことを確認した後、水和物(SiO(OH) 2−)を含む混合液208を反応槽201から取り出して、反応槽201を清掃する。 If it is determined that the hydrogen gas generation amount is reduced due to accumulation of hydrate (SiO 2 (OH) 2 2− ) in view of the cumulative injection amount of the silicon raw material 202 for hydrogen gas production and the cumulative generation amount of hydrogen gas, The injection of the silicon raw material 202 for gas production is stopped. After confirming that all of the silicon raw material 202 for producing hydrogen gas in the reaction vessel 201 has reacted, the mixed solution 208 containing the hydrate (SiO 2 (OH) 2 2− ) is taken out from the reaction vessel 201 and then the reaction vessel. 201 is cleaned.

[水素ガス製造用シリコン原料Aの製造]
クーラントとして、水90重量%、プロピレングリコール10重量%の混合液を用いた。このクーラントを用いてシリコンインゴットをマルチワイヤーソーで切断してシリコンウエハを製造した。廃クーラントに含まれる切り屑は、平均粒径1μmのシリコン粒子であった。廃クーラントを遠心分離器A(2500rpm)で遠心分離した。
[Production of silicon raw material A for hydrogen gas production]
As a coolant, a mixed solution of 90% by weight of water and 10% by weight of propylene glycol was used. Using this coolant, a silicon ingot was cut with a multi-wire saw to produce a silicon wafer. Chips contained in the waste coolant were silicon particles having an average particle diameter of 1 μm. The waste coolant was centrifuged with a centrifuge A (2500 rpm).

次にシリコン屑を遠心分離器B(3000rpm)で遠心分離して固形物Aを得て、さらに固形物Aを105℃の乾燥炉で乾燥して固形物Bを得た。固形物Bの組成は、シリコン粒子97重量%、プロピレングリコール3重量%であった。このように出発材料であるクーラント103に含まれる油分の量と、遠心分離器Bの回転数の調整により、固形物Bに含まれる油分の量を所望の値(シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の範囲の任意の値)とすることができる。   Next, the silicon waste was centrifuged with a centrifugal separator B (3000 rpm) to obtain a solid A, and the solid A was further dried in a drying furnace at 105 ° C. to obtain a solid B. The composition of the solid B was 97% by weight of silicon particles and 3% by weight of propylene glycol. Thus, by adjusting the amount of oil contained in the coolant 103 as the starting material and the rotation speed of the centrifugal separator B, the amount of oil contained in the solid B is set to a desired value (0.1% by weight of silicon particles). Any value in the range of 10 wt% to 10 wt%.

図3に水素ガス製造実験における油分または反応抑制物質の効果を示す。図3の上のグラフは、横軸が時間、縦軸が水素ガス発生量(累積)である。図3の下のグラフは、横軸が時間、縦軸がシリコン粒子とアルカリ水溶液の混合液の温度である。図3の上下のグラフにおいて、曲線Aは純粋な(油分または反応抑制物質を含まない)シリコン粒子(1.2g)と純水17gを混合したスラッジを、3.4mol/LのNaOH水溶液(1.2リットル)の入った反応槽(2リットル)に、注射器で5秒間かけて注入した場合のグラフである。油分または反応抑制物質を含まないシリコン粒子としては、図1のフローチャートに示す、高温炉118を通して油分を除去した固形物C120(シリコン粒子の集合体)を砕いて用いた。   FIG. 3 shows the effect of the oil or reaction inhibitor in the hydrogen gas production experiment. In the upper graph of FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents hydrogen gas generation amount (cumulative). In the lower graph of FIG. 3, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the temperature of the mixture of silicon particles and an aqueous alkali solution. In the upper and lower graphs of FIG. 3, the curve A shows sludge obtained by mixing pure (not containing oil or reaction inhibitor) silicon particles (1.2 g) and 17 g of pure water with a 3.4 mol / L NaOH aqueous solution (1 .2 liters) is a graph in the case of injecting into a reaction tank (2 liters) containing 5 liters with a syringe for 5 seconds. As the silicon particles that do not contain an oil or a reaction inhibitor, a solid C120 (aggregate of silicon particles) from which oil has been removed through a high-temperature furnace 118 shown in the flowchart of FIG.

また図3の上下のグラフにおいて、曲線Bは油分を3重量%含む、シリコン粒子(1.2g)と純水17gを混合した水素ガス製造用シリコン原料を、3.4mol/LのNaOH水溶液(1.2リットル)の入った反応槽(2リットル)に、注射器で5秒間かけて注入した場合のグラフである。油分を3重量%含む水素ガス製造用シリコン原料は図1のフローチャートのスラッジA117に該当する。油分はプロピレングリコールである。   In the upper and lower graphs of FIG. 3, curve B shows a silicon raw material for producing hydrogen gas containing 3% by weight of oil and silicon particles (1.2 g) and 17 g of pure water mixed with a 3.4 mol / L NaOH aqueous solution ( It is a graph at the time of inject | pouring into a reaction tank (2 liter) containing 1.2 liters) over 5 seconds with the syringe. The silicon raw material for producing hydrogen gas containing 3% by weight of oil corresponds to sludge A117 in the flowchart of FIG. The oil is propylene glycol.

純粋なシリコン粒子と水を混合したスラッジの場合(曲線A)、シリコン粒子とNaOH水溶液の反応は混合直後に爆発的に起こり、43秒間で終了した。43秒以後に水素ガスの発生は見られない。水素ガスの最大発生速度(曲線Aの傾き)は11リットル/分であった。このような爆発的に水素ガスを発生する反応は制御不可能で、コンスタントに水素ガスを得ることは困難である。従って油分または反応抑制物質を混合していないシリコン粒子は、水と混合してスラッジにしても、水素ガス製造に用いることができない。   In the case of sludge in which pure silicon particles and water were mixed (curve A), the reaction between the silicon particles and the NaOH aqueous solution occurred explosively immediately after mixing and was completed in 43 seconds. Generation of hydrogen gas is not observed after 43 seconds. The maximum generation rate of hydrogen gas (slope of curve A) was 11 liters / minute. Such a reaction that explosively generates hydrogen gas cannot be controlled, and it is difficult to obtain hydrogen gas constantly. Therefore, silicon particles that are not mixed with oil or a reaction inhibitor cannot be used for hydrogen gas production even if they are mixed with water to form sludge.

油分を3重量%含む水素ガス製造用シリコン原料(曲線B)の場合、純粋なシリコン粒子と水のスラッジ(曲線A)よりも、シリコン粒子とNaOH水溶液の反応がずっと緩やかである。図3の上のグラフから分かるように、純粋なシリコン粒子と水のスラッジ(曲線A)から得られる累積水素ガス量と、油分を3重量%含む水素ガス製造用シリコン原料(曲線B)から得られる累積水素ガス量は同量である。すなわち油分を3重量%含む水素ガス製造用シリコン原料(曲線B)は反応は遅いが理論値通りの水素ガスを発生する。しかし、純粋なシリコン粒子と水のスラッジ(曲線A)の反応時間が約30秒であるのに対し、油分を3重量%含む水素ガス製造用シリコン原料(曲線B)の反応時間は約800秒である。従って油分を3重量%含むことにより、反応速度は約1/27になる。このような緩やかな反応であれば、制御可能である。   In the case of a silicon raw material for producing hydrogen gas containing 3% by weight of oil (curve B), the reaction between the silicon particles and the aqueous NaOH solution is much slower than that of pure silicon particles and water sludge (curve A). As can be seen from the upper graph in FIG. 3, the amount of accumulated hydrogen gas obtained from sludge of pure silicon particles and water (curve A) and the silicon raw material for producing hydrogen gas (curve B) containing 3% by weight of oil are obtained. The amount of accumulated hydrogen gas is the same. That is, the silicon raw material for producing hydrogen gas containing 3% by weight of oil (curve B) generates hydrogen gas as the theoretical value although reaction is slow. However, the reaction time of pure silicon particles and water sludge (curve A) is about 30 seconds, whereas the reaction time of silicon raw material for hydrogen gas production (curve B) containing 3% by weight of oil is about 800 seconds. It is. Therefore, by including 3% by weight of oil, the reaction rate becomes about 1/27. Such a mild reaction can be controlled.

図3の下のグラフで、シリコン粒子とアルカリ水溶液の混合液の温度変化を見ると、純粋なシリコン粒子の場合(曲線A)、混合液の温度は、シリコン粒子注入直後に0.7℃低下したが、すぐに2.7℃上昇した。最初に0.7℃低下した理由はスラッジが室温であったためである。2.7℃上昇した理由は反応熱により混合液が加熱されたためである。油分を3重量%混合したシリコン粒子(曲線B)の場合、反応の全期間を通して、混合液の温度変化は1℃以内である。これは反応が緩やかなので反応熱の時間当たりの発生量が少ないためである。   In the lower graph of FIG. 3, the temperature change of the mixed solution of silicon particles and alkaline aqueous solution shows that in the case of pure silicon particles (curve A), the temperature of the mixed solution decreases by 0.7 ° C. immediately after silicon particle injection. However, it rose 2.7 ° C immediately. The reason why the temperature decreased by 0.7 ° C first is that the sludge was at room temperature. The reason why the temperature rose by 2.7 ° C. is that the mixed solution was heated by the reaction heat. In the case of silicon particles mixed with 3% by weight of oil (curve B), the temperature change of the mixed solution is within 1 ° C. throughout the reaction. This is because the reaction is slow and the amount of heat of reaction generated per hour is small.

図4(実施例1)は、シリコン粒子と、シリコン粒子の3重量%の油分(プロピレングリコール)と、シリコン粒子の3倍の重量の純水を混合した水素ガス製造用シリコン原料Aを、3.4mol/LのNaOH水溶液(1.2リットル)の入った反応槽(2リットル)に、モーノポンプで連続的に221秒間注入したときの水素ガス発生量と、混合液の温度を示すグラフである。グラフの横軸は時間、左縦軸は水素ガス量(累積)、右縦軸は温度である。シリコン粒子の注入量は4.8g/分である。   FIG. 4 (Example 1) shows a silicon raw material A for hydrogen gas production in which silicon particles, 3% by weight of oil (propylene glycol) of silicon particles, and pure water having a weight three times that of silicon particles are mixed. It is a graph which shows the amount of hydrogen gas generation | occurrence | production when it inject | pours continuously for 221 seconds with a Mono pump to the reaction tank (2 liter) containing NaOH solution (1.2 liter) of .4 mol / L, and the temperature of a liquid mixture. . The horizontal axis of the graph is time, the left vertical axis is hydrogen gas amount (cumulative), and the right vertical axis is temperature. The injection amount of silicon particles is 4.8 g / min.

水素ガス製造用シリコン原料Aの注入中は、時間にほぼ比例して累積水素ガス量は増加し、最大水素ガス発生速度は3リットル/分であった。水素ガス製造用シリコン原料Aの注入は221秒で中止したが、その後も水素ガスは発生し続けて、1500秒を超えてもまだ発生は終了していない。水素ガス製造用シリコン原料Aの注入後に発生した水素ガス量は、水素ガス製造用シリコン原料Aの注入中に発生した水素ガス量の3倍以上になった。   During the injection of the silicon raw material A for producing hydrogen gas, the amount of accumulated hydrogen gas increased almost in proportion to the time, and the maximum hydrogen gas generation rate was 3 liters / minute. The injection of the silicon raw material A for producing hydrogen gas was stopped in 221 seconds, but the hydrogen gas continued to be generated after that, and the generation has not been completed even after 1500 seconds. The amount of hydrogen gas generated after the injection of the silicon raw material A for producing hydrogen gas was more than three times the amount of hydrogen gas generated during the injection of the silicon raw material A for producing hydrogen gas.

水素ガス製造用シリコン原料Aの注入中は、混合液の温度も時間にほぼ比例して上昇した。水素ガス製造用シリコン原料Aの注入は221秒で中止したが、その後も温度は同様の傾斜で上昇し、8.6℃上昇した後、ゆっくりと下降した。しかし、1500秒ではまだ反応前の温度に戻っていない。これらの理由は、水素ガス製造用シリコン原料Aの注入量が反応槽の容量に比べ多すぎるためであると考えられる。このように油分を含んでいても、水素ガス製造用シリコン原料Aの注入量が反応槽の容量に比べ多すぎると、水素ガスを連続的に安定して製造することは難しい。しかし、油分を含んでいるため、爆発的な反応は抑えられている。   During the injection of the silicon raw material A for producing hydrogen gas, the temperature of the mixed liquid also increased in proportion to the time. The injection of the silicon raw material A for producing hydrogen gas was stopped in 221 seconds, but after that, the temperature rose with the same slope, rose 8.6 ° C., and then slowly dropped. However, the temperature has not yet returned to the pre-reaction temperature in 1500 seconds. These reasons are considered to be because the injection amount of the silicon raw material A for producing hydrogen gas is too much as compared with the capacity of the reaction vessel. Even if oil is contained in this way, it is difficult to produce hydrogen gas continuously and stably if the injection amount of silicon raw material A for hydrogen gas production is too large compared to the capacity of the reaction vessel. However, because it contains oil, explosive reactions are suppressed.

図5(実施例2)は、シリコン粒子と、シリコン粒子の3重量%の油分(プロピレングリコール)と、シリコン粒子の重量の3倍の純水を混合した水素ガス製造用シリコン原料Aを、3.4mol/LのNaOH水溶液(1.2リットル)の入った反応槽(2リットル)に、モーノポンプで連続的に857秒間注入したときの水素ガス発生量と、混合液の温度変化を示すグラフである。グラフの横軸は時間、左縦軸は水素ガス量(累積)、右縦軸は温度である。シリコン粒子の注入量は1.3g/分である。   FIG. 5 (Example 2) shows a silicon raw material A for hydrogen gas production in which silicon particles, 3% by weight of oil (propylene glycol) of silicon particles, and pure water 3 times the weight of silicon particles are mixed. A graph showing the amount of hydrogen gas generated and the temperature change of the mixture when continuously injected into a reaction tank (2 liters) containing a 4 mol / L NaOH aqueous solution (1.2 liters) with a Mono pump for 857 seconds. is there. The horizontal axis of the graph is time, the left vertical axis is hydrogen gas amount (cumulative), and the right vertical axis is temperature. The injection amount of silicon particles is 1.3 g / min.

水素ガスの発生量(累積)は、水素ガス製造用シリコン原料Aの注入中は時間にほぼ比例して増加し、水素ガス製造用シリコン原料Aの注入停止後は発生速度(グラフの傾き)が緩やかになる。水素ガス製造用シリコン原料Aの注入中の最大水素ガス発生速度は1.2リットル/分であった。水素ガス製造用シリコン原料Aの注入後に発生した水素ガス量は、スラッジの注入中に発生した水素ガス量の約1/2であった。   The amount of hydrogen gas generated (cumulative) increases in proportion to the time during the injection of the silicon raw material A for hydrogen gas production, and the generation rate (gradient of the graph) after the injection of the silicon raw material A for hydrogen gas production is stopped. Be gentle. The maximum hydrogen gas generation rate during the injection of the silicon raw material A for hydrogen gas production was 1.2 liters / minute. The amount of hydrogen gas generated after the injection of the silicon raw material A for producing hydrogen gas was about ½ of the amount of hydrogen gas generated during the injection of sludge.

水素ガス製造用シリコン原料Aの注入中は、混合液の温度は時間にほぼ比例して上昇し、水素ガス製造用シリコン原料Aの注入を停止すると、混合液の温度は徐々に低下して、1400秒付近で反応前の温度に戻った。温度上昇は最大で2.2℃にとどまった。混合液の温度上昇の原因は反応熱であり、ヒーターによる加熱ではなかった。温度変化のグラフから、水素ガス製造用シリコン原料Aの注入量が反応槽の容量にほぼ適合していることが推定される。このように水素ガス製造用シリコン原料Aの注入量が反応槽の容量に対して適切ならば、水素ガスを連続的に安定して製造することができる。   During the injection of the silicon raw material A for hydrogen gas production, the temperature of the mixed liquid rises almost in proportion to time, and when the injection of the silicon raw material A for hydrogen gas production is stopped, the temperature of the mixed liquid gradually decreases, The temperature returned to the pre-reaction temperature around 1400 seconds. The maximum temperature increase was only 2.2 ° C. The cause of the temperature rise of the liquid mixture was reaction heat, not heating by a heater. From the graph of temperature change, it is estimated that the injection amount of the silicon raw material A for producing hydrogen gas is almost matched to the capacity of the reaction vessel. Thus, if the injection amount of the silicon raw material A for hydrogen gas production is appropriate for the capacity of the reaction vessel, the hydrogen gas can be produced continuously and stably.

以上の説明は、マルチワイヤーソーで発生するシリコン屑から製造した水素ガス製造用シリコン原料に関するものであった。しかし、ダイサー切断、ラッピング加工などで発生するシリコン屑も、図1のフローチャートを適宜変更することにより、水素ガス製造用シリコン原料とすることができる。ダイサー切断ではクーラントの代わりに純水が使用されるから油分が含まれていない。そのため、ダイサー切断で発生したシリコン屑は、遠心分離し、乾燥させた後、適当な反応抑制物質を混合して水素ガス製造用シリコン原料とすることができる。ラッピング加工ではクーラント(油分を含む)と砥粒がシリコン屑に混ざっているので、砥粒を除いた後、マルチワイヤーソーで発生するシリコン屑と同様の処理で水素ガス製造用シリコン原料とすることができる。   The above description relates to a silicon raw material for producing hydrogen gas produced from silicon scrap generated in a multi-wire saw. However, silicon scrap generated by dicer cutting, lapping, etc. can be used as a silicon raw material for hydrogen gas production by appropriately changing the flowchart of FIG. Dicer cutting does not contain oil because pure water is used instead of coolant. Therefore, silicon scrap generated by dicer cutting can be centrifuged and dried, and then mixed with an appropriate reaction-suppressing substance to obtain a silicon raw material for producing hydrogen gas. In lapping, coolant (including oil) and abrasive grains are mixed with silicon scraps. After removing the abrasive grains, silicon raw materials for hydrogen gas production are processed in the same way as silicon scraps generated by a multi-wire saw. Can do.

シリコン粒子の平均粒径の測定には、Mie散乱理論の測定原理による、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製)を用いた。   For the measurement of the average particle size of the silicon particles, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Horiba, Ltd.) based on the measurement principle of Mie scattering theory was used.

シリコンウエハの製造過程において、多量のシリコン屑が発生する。従来シリコン屑は廃棄されていたが、廃棄によるコスト負荷および環境負荷は無視できない。本発明により、シリコン屑から水素ガスがコンスタントに得られるようになり、廃棄されていたシリコン屑が利用できるようになる。   A large amount of silicon waste is generated during the manufacturing process of the silicon wafer. Conventionally, silicon scrap has been discarded, but the cost burden and environmental burden due to disposal cannot be ignored. According to the present invention, hydrogen gas can be obtained constantly from silicon waste, and silicon waste that has been discarded can be used.

101 マルチワイヤーソー
102 シリコンインゴット
103 クーラント
104 シリコンウエハ
105 廃クーラント
106 遠心分離器A
107 再生クーラント
108 シリコン屑
109 遠心分離器B
110 濾過器
111 上澄み
112 固形物A
113 濾液
114 乾燥炉
115 固形物B
116 水
117 スラッジA
118 高温炉
119 油分
120 固形物C
121 反応抑制物質
122 スラッジB
123 水
200 水素ガス製造装置
201 反応槽
202 水素ガス製造用シリコン原料
203 スラッジポンプ
204 アルカリ水溶液
205 アルカリ水溶液ポンプ
206 超音波振動子
207 ヒーター
208 混合液
209 温度計
210 冷却器
211 中和滴定用サンプリング端子
212 圧力計
213 凝縮器
214 スクラバ
215 バックプレッシャーレギュレータ
216 圧縮機
217 ボンベ
218 水素ガス精製装置
101 Multi-wire saw 102 Silicon ingot 103 Coolant 104 Silicon wafer 105 Waste coolant 106 Centrifuge A
107 Regenerated coolant 108 Silicon waste 109 Centrifuge B
110 Filter 111 Supernatant 112 Solid A
113 Filtrate 114 Drying furnace 115 Solid matter B
116 Water 117 Sludge A
118 High Temperature Furnace 119 Oil 120 Solid C
121 Reaction inhibitor 122 Sludge B
123 Water 200 Hydrogen gas production apparatus 201 Reaction tank 202 Silicon raw material 203 for hydrogen gas production Sludge pump 204 Alkaline aqueous solution 205 Alkaline aqueous solution pump 206 Ultrasonic vibrator 207 Heater 208 Liquid mixture 209 Thermometer 210 Cooler 211 Sampling terminal for neutralization titration 212 Pressure gauge 213 Condenser 214 Scrubber 215 Back pressure regulator 216 Compressor 217 Cylinder 218 Hydrogen gas purification device

Claims (23)

シリコン粒子と、前記シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の油分と、水を含む水素ガス製造用シリコン原料A。   Silicon raw material A for hydrogen gas production containing silicon particles, 0.1 wt% to 10 wt% oil of the silicon particles, and water. 前記油分は、
イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルー1−プロパノール、2−メチルー2−プロパノール、2−エチルー1−ヘキサノール、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、1、2−プロパンジオール、1、4−ブタンジオール、1、2−ブタンジオール、1、3−ブタンジオール、1、5−ペンタンジオール、
の何れか、あるいは、これらの混合物である請求項1に記載の水素ガス製造用シリコン原料A。
The oil content is
Isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 2-ethyl-1-hexanol,
Ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol,
The silicon raw material A for hydrogen gas production according to claim 1, which is any one of these or a mixture thereof.
前記シリコン粒子の平均粒径は0.1μm〜30μmである請求項1または2に記載の水素ガス製造用シリコン原料A。   The silicon raw material A for hydrogen gas production according to claim 1 or 2, wherein an average particle size of the silicon particles is 0.1 µm to 30 µm. 前記水の重量は、前記シリコン粒子の重量の1倍〜10倍である請求項1〜3の何れかに記載の水素ガス製造用シリコン原料A。   The silicon raw material A for hydrogen gas production according to any one of claims 1 to 3, wherein the weight of the water is 1 to 10 times the weight of the silicon particles. シリコン粒子と、前記シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の反応抑制物質と、水を含む水素ガス製造用シリコン原料B。   A silicon raw material B for producing hydrogen gas containing silicon particles, 0.1 wt% to 10 wt% of a reaction suppressing substance of the silicon particles, and water. 前記反応抑制物質は、
ギ酸、乳酸、酢酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、アクリル酸、オレイン酸、リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、マレイン酸、フマル酸、
ビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、
の何れか、あるいは、これらの混合物である請求項5に記載の水素ガス製造用シリコン原料B。
The reaction inhibitor is
Formic acid, lactic acid, acetic acid, propanoic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, acrylic acid, oleic acid , Malic acid, citric acid, oxalic acid, maleic acid, fumaric acid,
Vinyl pyrrolidone, polyvinyl pyrrolidone, sodium polyacrylate, polyethylene oxide, polyethylene imide, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyethylene glycol,
The silicon raw material B for hydrogen gas production according to claim 5, which is any one of these or a mixture thereof.
前記シリコン粒子の平均粒径は0.1μm〜30μmである請求項5または6に記載の水素ガス製造用シリコン原料B。   The silicon raw material B for hydrogen gas production according to claim 5 or 6, wherein the silicon particles have an average particle size of 0.1 to 30 µm. 前記水の重量は、前記シリコン粒子の重量の1倍〜10倍である請求項5〜7の何れかに記載の水素ガス製造用シリコン原料B。   The silicon raw material B for hydrogen gas production according to any one of claims 5 to 7, wherein the weight of the water is 1 to 10 times the weight of the silicon particles. シリコン粒子とクーラントに由来する油分と水を含むシリコン屑を準備する工程、
前記シリコン屑を遠心分離または濾過して、前記シリコン粒子と、前記シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の前記油分と、少量の前記水を含む固形物Aを製造する工程、
前記固形物Aを乾燥して、前記シリコン粒子と、前記シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の前記油分を含む固形物Bを製造する工程、
前記固形物Bに水を加えてスラッジAを製造する工程を含む水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法。
Preparing silicon scraps containing oil and water derived from silicon particles and coolant,
Centrifuge or filter the silicon debris to produce a solid A containing the silicon particles, the oil content of 0.1 wt% to 10 wt% of the silicon particles, and a small amount of the water;
Drying the solid A to produce the solid B containing the silicon particles and 0.1 wt% to 10 wt% of the oil content of the silicon particles;
The manufacturing method of the silicon raw material A for hydrogen gas manufacture including the process of adding water to the said solid substance B and manufacturing the sludge A.
前記油分は、
イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルー1−プロパノール、2−メチルー2−プロパノール、2−エチルー1−ヘキサノール、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、1、2−プロパンジオール、1、4−ブタンジオール、1、2−ブタンジオール、1、3−ブタンジオール、1、5−ペンタンジオール、
の何れか、あるいは、これらの混合物である請求項9に記載の水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法。
The oil content is
Isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 2-ethyl-1-hexanol,
Ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol,
The method for producing a silicon raw material A for producing hydrogen gas according to claim 9, which is any one of these or a mixture thereof.
前記固形物Aの乾燥温度は100℃〜120℃である請求項9または10に記載の水素ガス製造用シリコン原料Aの製造方法。   The method for producing a silicon raw material A for hydrogen gas production according to claim 9 or 10, wherein the drying temperature of the solid A is 100 ° C to 120 ° C. シリコン粒子とクーラントに由来する油分と水を含むシリコン屑を準備する工程、
前記シリコン屑を遠心分離または濾過して、前記シリコン粒子と前記油分と少量の前記水を含む固形物Aを製造する工程、
前記固形物Aを乾燥して、前記シリコン粒子と前記油分を含む固形物Bを製造する工程、
前記固形物Bを高温乾燥して前記油分を蒸発させ、シリコン粒子からなる固形物Cを製造する工程、
前記固形物Cに、前記シリコン粒子の0.1重量%〜10重量%の反応抑制物質と、水を加えてスラッジBを製造する工程を含む水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法。
Preparing silicon scraps containing oil and water derived from silicon particles and coolant,
Centrifuge or filter the silicon waste to produce a solid A containing the silicon particles, the oil and a small amount of the water,
Drying the solid A to produce a solid B containing the silicon particles and the oil;
A step of producing a solid C comprising silicon particles by drying the solid B at a high temperature to evaporate the oil;
A method for producing a silicon raw material B for producing hydrogen gas, comprising the step of producing sludge B by adding 0.1 wt% to 10 wt% of a reaction inhibiting substance of the silicon particles and water to the solid C.
前記反応抑制物質は、
イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルー1−プロパノール、2−メチルー2−プロパノール、2−エチルー1−ヘキサノール、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、1、2−プロパンジオール、1、4−ブタンジオール、1、2−ブタンジオール、1、3−ブタンジオール、1、5−ペンタンジオール、
ギ酸、乳酸、酢酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ウンデカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、アクリル酸、オレイン酸、リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、マレイン酸、フマル酸、
ビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、
の何れか、あるいは、これらの混合物である請求項12に記載の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法。
The reaction inhibitor is
Isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 2-ethyl-1-hexanol,
Ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, 1,2-propanediol, 1,4-butanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol,
Formic acid, lactic acid, acetic acid, propanoic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, acrylic acid, oleic acid , Malic acid, citric acid, oxalic acid, maleic acid, fumaric acid,
Vinyl pyrrolidone, polyvinyl pyrrolidone, sodium polyacrylate, polyethylene oxide, polyethylene imide, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyethylene glycol,
The method for producing a silicon raw material B for producing hydrogen gas according to claim 12, which is any one of these or a mixture thereof.
前記固形物Aの乾燥温度は100℃〜120℃である請求項12または13に記載の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法。   The method for producing a silicon raw material B for producing hydrogen gas according to claim 12 or 13, wherein the drying temperature of the solid A is 100 ° C to 120 ° C. 前記固形物Bの高温乾燥温度は500℃〜700℃である請求項12〜14の何れかに記載の水素ガス製造用シリコン原料Bの製造方法。   The method for producing a silicon raw material B for producing hydrogen gas according to any one of claims 12 to 14, wherein the high temperature drying temperature of the solid B is 500C to 700C. 請求項1〜4の何れかに記載の水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは請求項5〜8の何れかに記載の水素ガス製造用シリコン原料Bを準備する工程、
アルカリ水溶液を準備する工程、
前記水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは前記水素ガス製造用シリコン原料Bを、注入速度を反応槽内の混合液の温度に基づいてフィードバック制御しながら、前記反応槽に注入する工程、
前記アルカリ水溶液を、注入速度を前記反応槽内のアルカリ濃度に基づいてフィードバック制御しながら、前記反応槽に注入する工程、
前記反応槽内の、前記水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは前記水素ガス製造用シリコン原料B、および前記アルカリ水溶液の混合液を、所定温度に維持する工程、
前記反応槽から取り出された、水素ガス、水蒸気、アルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子を含む気体Pを、スクラバで処理して、前記気体Pから前記アルカリ水溶液ミスト、前記メタケイ酸塩水和物ミスト、前記シリコン粒子を除去する工程、
前記スクラバで処理した、前記水素ガスおよび前記水蒸気を含む気体Qを凝縮器で処理して、前記気体Qから前記水蒸気を除去する工程を含む水素ガス製造方法。
Preparing a silicon raw material A for hydrogen gas production according to any one of claims 1 to 4 or a silicon raw material B for hydrogen gas production according to any one of claims 5 to 8,
Preparing an alkaline aqueous solution,
Injecting the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production into the reaction vessel while feedback controlling the injection rate based on the temperature of the mixed liquid in the reaction vessel;
Injecting the alkaline aqueous solution into the reaction vessel while feedback controlling the injection rate based on the alkali concentration in the reaction vessel;
Maintaining a mixture of the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production and the alkaline aqueous solution in the reaction vessel at a predetermined temperature;
The gas P containing hydrogen gas, water vapor, alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, and silicon particles taken out from the reaction vessel is treated with a scrubber, and the alkaline aqueous solution mist and the metasilicate are obtained from the gas P. Salt hydrate mist, removing the silicon particles,
A method for producing hydrogen gas, comprising: treating the gas Q containing the hydrogen gas and the water vapor treated with the scrubber with a condenser to remove the water vapor from the gas Q.
前記アルカリ水溶液がNaOH水溶液またはKOH水溶液である請求項16に記載の水素ガス製造方法。   The method for producing hydrogen gas according to claim 16, wherein the alkaline aqueous solution is an aqueous NaOH solution or an aqueous KOH solution. 前記NaOH水溶液またはKOH水溶液の濃度が1mol/L〜8mol/Lである請求項17に記載の水素ガス製造方法。   The method for producing hydrogen gas according to claim 17, wherein the concentration of the NaOH aqueous solution or the KOH aqueous solution is 1 mol / L to 8 mol / L. 前記所定温度が50℃〜90℃である請求項16〜18の何れかに記載の水素ガス製造方法。   The method for producing hydrogen gas according to any one of claims 16 to 18, wherein the predetermined temperature is 50C to 90C. 密閉可能な反応槽と、
前記反応槽に、請求項1〜4の何れかに記載の水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは請求項5〜8の何れかに記載の水素ガス製造用シリコン原料Bを供給する手段と、
前記反応槽にアルカリ水溶液を供給する手段と、
前記反応槽に設けられた温度計、ヒーターおよび冷却器と、
前記反応槽の水素ガス取り出し側に、スクラバ、凝縮器、レギュレーターをこの順に備えた水素ガス製造装置。
A sealable reaction vessel;
Means for supplying the silicon raw material A for producing hydrogen gas according to any one of claims 1 to 4 or the silicon raw material B for producing hydrogen gas according to any one of claims 5 to 8 to the reaction vessel;
Means for supplying an alkaline aqueous solution to the reaction vessel;
A thermometer, a heater and a cooler provided in the reaction vessel;
A hydrogen gas production apparatus comprising a scrubber, a condenser, and a regulator in this order on the hydrogen gas extraction side of the reaction tank.
前記スクラバが前記反応槽から発生するアルカリ水溶液ミスト、メタケイ酸塩水和物ミスト、シリコン粒子を除去する請求項20に記載の水素ガス製造装置。   21. The hydrogen gas production apparatus according to claim 20, wherein the scrubber removes alkaline aqueous solution mist, metasilicate hydrate mist, and silicon particles generated from the reaction vessel. 前記水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは前記水素ガス製造用シリコン原料Bを供給する手段がモーノポンプまたはギヤーポンプである請求項20または21に記載の水素ガス製造装置。   The hydrogen gas production apparatus according to claim 20 or 21, wherein the means for supplying the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production is a Mono pump or a gear pump. 前記反応槽が、前記水素ガス製造用シリコン原料Aあるいは前記水素ガス製造用シリコン原料Bと,前記アルカリ水溶液を混合する手段を備えた請求項20〜22の何れかに記載の水素ガス製造装置。   The hydrogen gas production apparatus according to any one of claims 20 to 22, wherein the reaction vessel includes means for mixing the silicon raw material A for hydrogen gas production or the silicon raw material B for hydrogen gas production and the alkaline aqueous solution.
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