JP2020083716A - 水素化マグネシウムの生成反応の向上を図った水素化マグネシウムを含む水素発生材料を製造する材料製造方法、及び、その材料製造方法で製造された水素化マグネシウムを含む水素発生材料を用いた水素製造方法 - Google Patents
水素化マグネシウムの生成反応の向上を図った水素化マグネシウムを含む水素発生材料を製造する材料製造方法、及び、その材料製造方法で製造された水素化マグネシウムを含む水素発生材料を用いた水素製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
(1)本発明の材料製造方法は、水素化マグネシウムを含む水素発生材料を製造する材料製造方法であって、前記材料製造方法は、原料にプラズマを照射する処理室を減圧に保つ減圧ステップと、前記原料を加熱して気体の状態で前記プラズマ中に供給する供給ステップと、前記原料と前記プラズマの反応で生成した前記水素化マグネシウムを含む前記水素発生材料を回収する回収ステップと、を含み、前記原料がヨウ化マグネシウムであり、前記プラズマが還元雰囲気を形成する水素を含む反応性ガスのプラズマである。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
図1は本発明に係る第1実施形態の水素化マグネシウムを含む水素発生材料を製造する材料製造方法に用いる製造装置10を説明するための断面図である。
なお、ポンプPは排気される気体へのオイルの混入を避けるため、ドライポンプであることが好ましい。
なお、ポンプPよりも下流側(処理室11から離れる側)の排気管12は溶液(水溶液13A)を貯蔵した処理タンク13内の溶液中に挿入され、その溶液中に位置する排気管12に設けられた貫通孔12Aから処理室11から排出された気体が溶液中にバブリング状態で放出されることで溶液に曝されるようになっており、溶液に曝された後の気体が処理タンク13に設けられた図示しない放出口から処理タンク13外部に放出されるようになっている。
なお、回収部14は、後ほど説明するように、水素化マグネシウムを含む水素発生材料を付着させる部材である。
具体的には、原料供給部15は、処理室11の上側の外に配置され、貯蔵した原料を気体の状態に加熱する加熱部15Aと、気体の状態を保つように加熱され、処理室11に原料を導く原料供給路15Bと、加熱部15Aの上部に設けられ、加熱部15Aに原料を投入する時に開閉される上蓋15AAと、を備えている。
なお、反応性ガスとは原料との反応で生成される水素化マグネシウム(MgH2)を構成する原子である水素を含むガス(例えば、水素ガスやメタン、プロパン等の炭化水素ガス)であり、したがって、希ガスは反応性ガスにはならない。
なお、マイクロ波電力の最小値は0キロワットであり、マイクロ波電力の最大値間の時間周期が30マイクロ秒である。
まず、材料製造方法では、先に説明したポンプPを駆動させて、処理室11内の気体を排出し、処理室11内を減圧する。
なお、処理室11内は、材料製造処理が終了するまで所定の圧力に減圧された状態とされるため、ポンプPの駆動開始は、処理室11を減圧に保つ減圧ステップの開始であり、本実施形態では、この処理室11から気体を排出する排気管12に接続されたポンプPによって、減圧ステップが行われている。
なお、先に触れたように、この点燈開始時には、処理室11に希ガスも供給しているがプラズマが点燈したら希ガスの供給を停止している。
なお、この調整は、ポンプPより上流側(処理室11側)の排気管12上に設けられた図示しないバルブの開度を調整することで行っている。
なお、プラズマによる分解反応で塩化マグネシウムが分解する時には、塩素(Cl)は、分子、イオン、ラジカルといった様々な状態になる。
なお、水素発生量については、発泡状態だけでなく、水素検知管での測定も行っている。
なお、以下では、材料を無駄に廃棄しないために、水素発生材料に含まれるマグネシウム(Mg)を、再び、材料製造方法で利用する原料(ヨウ化マグネシウム)として再生できる水素製造方法について説明する。
まず、水素製造方法では、水素発生材料を溶液(水溶液)に投入して水素を発生させる水素発生ステップが行われる。
具体的には、水素発生ステップは、十分な溶液(水溶液)を貯蔵した密閉タンクと、密閉タンク内に水素発生材料を供給する水素発生材料供給部と、を備えた水素発生装置を用いて実施され、具体的には、水素発生材料供給部が、密閉タンクに必要な水素を発生させることができるだけの水素発生材料を投入することで行われる。
MgH2 + 2H2O → Mg(OH)2 + 2H2・・・(1)
MgH2 + H2O → MgO + 2H2 ・・・(2)
Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2 ・・・(3)
Mg + H2O → MgO + H2 ・・・(4)
Mg(OH)2 + 2HI → MgI2 + 2H2O ・・・(5)
MgO + 2HI → MgI2 + H2O ・・・(6)
MgI2・8H2O + 8NH4I
→ MgI2 + 8NH3 + 8HI + 8H2O・・・(7)
図2は本発明に係る第2実施形態の水素化マグネシウムを含む水素発生材料を製造する材料製造方法に用いる製造装置10を説明するための断面図である。
つまり、特に断りがない点については、本実施形態も第1実施形態と同じである。
ヨウ化水素(HI)は、例えば、圧力1atmの雰囲気で約−35℃が沸点であるため、排気管12内の圧力が低圧であることから、もう少し、沸点が低くなるものの、冷却器20による冷却で十分に液化させることができる。
上述したように、本実施形態の製造装置10では、ポンプPに至るまでに気体の体積を減少させるものとなっているため、本実施形態の製造装置10を用いた材料製造方法は、処理室11からポンプPに至るまでの間に、処理室11から排出された気体の体積を減少させる体積減少ステップを含むものとなっている。
一方、本実施形態の水素製造方法は、基本的には、第1実施形態と同様であるが、ヨウ化マグネシウム含有溶液取得ステップの点だけが異なる。
図3は本発明に係る第3実施形態の水素化マグネシウムを含む水素発生材料を製造する材料製造方法に用いる製造装置10を説明するための断面図である。
つまり、特に断りがない点については、本実施形態も第1実施形態と同じである。
なお、集塵装置23は、ポンプPの下流側(処理室11から離れた側)の排気管12上に設けられていてもよい。
上述したように、本実施形態の製造装置10でも、第2実施形態と同様に、ポンプPに至るまでに気体の体積を減少させるものとなっているため、本実施形態の製造装置10を用いた材料製造方法も、処理室11からポンプPに至るまでの間に、処理室11から排出された気体の体積を減少させる体積減少ステップを含むものとなっている。
一方、本実施形態の水素製造方法では、水素発生ステップについては、第1実施形態と同様であるが、それ以降のステップが異なっており、以下、水素発生ステップ以降のステップについて説明する。
Mg(OH)2 + 2NH4I
→ MgI2 + 2NH3 + 2H2O ・・・(8)
MgO + 2NH4I → MgI2 + 2NH3 + H2O・・・(9)
つまり、酸素含有マグネシウム化合物(Mg(OH)2、MgO)とヨウ化アンモニウム(NH4I)を混合した材料を収容し、その混合した材料を加熱する生成室と、その反応で発生する気体(NH3、H2O(水蒸気))を排出する気体排出機構と、を有するヨウ化マグネシウム生成装置で行われる。
なお、アンモニア貯蔵部には、昇圧装置を経由してアンモニアガスが充填される。
11 処理室
11A 開閉扉
12 排気管
12A 貫通孔
13 処理タンク
13A 水溶液
14 回収部
15 原料供給部
15A 加熱部
15AA 上蓋
15B 原料供給路
16 ガス供給部
17 マイクロ波供給部
17A マイクロ波発生部
17B 導波部
18 窓
19 温度制御部
19A ヒータ
19B 温調部
20 冷却器
21 回収容器
21A 逆止機構
22 アンモニアガス供給部
23 集塵装置
P ポンプ
SF 表面
Claims (8)
- 水素化マグネシウムを含む水素発生材料を製造する材料製造方法であって、
前記材料製造方法は、
原料にプラズマを照射する処理室を減圧に保つ減圧ステップと、
前記原料を加熱して気体の状態で前記プラズマ中に供給する供給ステップと、
前記原料と前記プラズマの反応で生成した前記水素化マグネシウムを含む前記水素発生材料を回収する回収ステップと、を含み、
前記原料がヨウ化マグネシウムであり、
前記プラズマが還元雰囲気を形成する水素を含む反応性ガスのプラズマであることを特徴とする材料製造方法。 - 前記減圧ステップは、前記処理室から気体を排出する排気管に接続されたポンプによって行われ、
前記材料製造方法は、前記処理室から前記ポンプに至るまでの間に、前記処理室から排出された気体の体積を減少させる体積減少ステップを含み、
前記体積減少ステップが、前記処理室から前記ポンプに至るまでの間の排気管を冷却して、少なくとも排出された前記気体中のヨウ化水素を液体、固体、又は、液体及び固体の混合物の状態にして体積を減少させるステップであることを特徴とする請求項1に記載の材料製造方法。 - 前記減圧ステップは、前記処理室から気体を排出する排気管に接続されたポンプによって行われ、
前記材料製造方法は、前記処理室から前記ポンプに至るまでの間に、前記処理室から排出された気体の体積を減少させる体積減少ステップを含み、
前記体積減少ステップが、前記処理室から前記ポンプに至るまでの間の排気管内にアンモニアガスを供給し、少なくとも排出された前記気体中のヨウ化水素をヨウ化アンモニウムにして固化し、体積を減少させるステップであることを特徴とする請求項1に記載の材料製造方法。 - 請求項1に記載の材料製造方法で製造された水素化マグネシウムを含む水素発生材料を用いた水素製造方法であって、
前記材料製造方法は、前記減圧ステップで前記処理室から排出された気体を溶液に曝して、少なくとも排出された前記気体中のヨウ化水素の溶解したヨウ化水素溶液を取得する溶液取得ステップを含み、
前記水素製造方法は、
前記水素発生材料を溶液に投入して水素を発生させる水素発生ステップと、
前記水素発生ステップで副生成物として生成される酸素含有マグネシウム化合物と前記ヨウ化水素溶液を反応させて、ヨウ化マグネシウムを含むヨウ化マグネシウム含有溶液を取得するヨウ化マグネシウム含有溶液取得ステップと、
前記ヨウ化マグネシウム含有溶液からヨウ化マグネシウム水和物を取得する水和物取得ステップと、
前記ヨウ化マグネシウム水和物とヨウ化アンモニウムを反応させてヨウ化マグネシウム水和物の脱水を行う脱水ステップと、を含み、
前記脱水ステップで脱水された無水のヨウ化マグネシウムが前記原料に利用されることを特徴とする水素製造方法。 - 請求項2に記載の材料製造方法で製造された水素化マグネシウムを含む水素発生材料を用いた水素製造方法であって、
前記材料製造方法は、液体、固体、又は、液体及び固体の混合物の状態の前記ヨウ化水素を取得するヨウ化水素取得ステップを含み、
前記水素製造方法は、
前記水素発生材料を溶液に投入して水素を発生させる水素発生ステップと、
前記水素発生材料を溶液に投入した後の投入後溶液に前記ヨウ化水素を投入し、水素発生ステップで副生成物として生成される酸素含有マグネシウム化合物と前記ヨウ化水素を反応させて、ヨウ化マグネシウムを含むヨウ化マグネシウム含有溶液を取得するヨウ化マグネシウム含有溶液取得ステップと、
前記ヨウ化マグネシウム含有溶液からヨウ化マグネシウム水和物を取得する水和物取得ステップと、
前記ヨウ化マグネシウム水和物とヨウ化アンモニウムを反応させてヨウ化マグネシウム水和物の脱水を行う脱水ステップと、を含み、
前記脱水ステップで脱水された無水のヨウ化マグネシウムが前記原料に利用されることを特徴とする水素製造方法。 - 前記水素製造方法は、前記脱水ステップで発生するアンモニアとヨウ化水素が反応して生成されるヨウ化アンモニウムを取得するヨウ化アンモニウム取得ステップを含み、
前記ヨウ化アンモニウム取得ステップで取得したヨウ化アンモニウムが前記脱水ステップで利用されることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の水素製造方法。 - 請求項3に記載の材料製造方法で製造された水素化マグネシウムを含む水素発生材料を用いた水素製造方法であって、
前記材料製造方法は、前記ヨウ化アンモニウムを取得するヨウ化アンモニウム取得ステップを含み、
前記水素製造方法は、
前記水素発生材料を溶液に投入して水素を発生させる水素発生ステップと、
前記水素発生材料を溶液に投入した後の投入後溶液から水素発生ステップで副生成物として生成される酸素含有マグネシウム化合物を取得する酸素含有マグネシウム化合物取得ステップと、
前記酸素含有マグネシウム化合物と前記ヨウ化アンモニウムを反応させて無水のヨウ化マグネシウムを得るヨウ化マグネシウム取得ステップと、を含み、
前記ヨウ化マグネシウム取得ステップで取得した前記ヨウ化マグネシウムが前記原料に利用されることを特徴とする水素製造方法。 - 前記水素製造方法は、前記ヨウ化マグネシウム取得ステップで発生するアンモニアガスを取得するアンモニアガス取得ステップを含み、
前記アンモニアガス取得ステップで取得された前記アンモニアガスが前記体積減少ステップで前記処理室から前記ポンプに至るまでの間の排気管内に供給される前記アンモニアガスに利用されることを特徴とする請求項7に記載の水素製造方法。
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