JP2022184230A - 硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 - Google Patents
硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022184230A JP2022184230A JP2021091947A JP2021091947A JP2022184230A JP 2022184230 A JP2022184230 A JP 2022184230A JP 2021091947 A JP2021091947 A JP 2021091947A JP 2021091947 A JP2021091947 A JP 2021091947A JP 2022184230 A JP2022184230 A JP 2022184230A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- sulfide
- lithium sulfide
- lithium hydroxide
- reactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N lithium sulfide Chemical compound [Li+].[Li+].[S-2] GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 150
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 21
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 72
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 72
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 23
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 337
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 53
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 50
- 230000019086 sulfide ion homeostasis Effects 0.000 claims description 49
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 3
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001216 Li2S Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-M hydrosulfide Chemical compound [SH-] RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
【課題】硫化リチウムを高い効率で安定的に生産できる硫化リチウム製造装置を提供すること。【解決手段】内部に水酸化リチウム充填部２を有する反応器３と、水酸化リチウムを加熱する加熱手段であるジャケットヒーター４と、反応器３に接続された硫化水素供給部材である硫化水素供給管５と、を備え、反応器３の内部には、水酸化リチウム充填部２の上方に逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が設けられている。【選択図】図１
Description
本発明は、硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法に関する。
硫化リチウムの製造方法として、硫化水素ガスと水酸化リチウムとを反応させる方法が知られている。このような硫化リチウムの製造方法に関する技術としては、例えば、特許文献１（特開２０１６－１５０８６０号公報）に記載のものが挙げられる。
しかしながら、上記特許文献１等の硫化リチウムの製造技術では、充分に高い製造効率を実現することが困難であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、硫化リチウムを高い効率で生産できる硫化リチウム製造装置を提供するものである。
本発明によれば、
硫化水素と水酸化リチウムとを反応させて硫化リチウムを製造する硫化リチウム製造装置であって、
内部に水酸化リチウム充填部を有する反応器と、
水酸化リチウムを加熱する加熱手段と、
上記反応器に接続された硫化水素供給部と、
を備え、
上記反応器の内部には、上記水酸化リチウム充填部の上方に逆漏斗状硫化リチウム回収部材が設けられている、硫化リチウム製造装置が提供される。
硫化水素と水酸化リチウムとを反応させて硫化リチウムを製造する硫化リチウム製造装置であって、
内部に水酸化リチウム充填部を有する反応器と、
水酸化リチウムを加熱する加熱手段と、
上記反応器に接続された硫化水素供給部と、
を備え、
上記反応器の内部には、上記水酸化リチウム充填部の上方に逆漏斗状硫化リチウム回収部材が設けられている、硫化リチウム製造装置が提供される。
また、本発明によれば、上記に記載の硫化リチウム製造装置を用いて硫化水素ガスと水酸化リチウムとを反応させることを特徴とする硫化リチウムの製造方法が提供される。
本発明によれば、製造効率に優れた硫化リチウム製造装置を提供することができる。
以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。
［第１実施形態］
本実施形態の硫化リチウム製造装置の一例を図１～図３を参照して説明する。
本実施形態の硫化リチウム製造装置の一例を図１～図３を参照して説明する。
図１は、硫化リチウム製造装置１の縦断図である。図２ａは、本実施形態の硫化リチウム製造装置１が備える逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の縦断面図である。図２ｂは、本実施形態の硫化リチウム製造装置１が備える逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の斜視図である。図３は、硫化リチウム製造装置１が備える水酸化リチウム支持部材７の上面図である。
硫化リチウム製造装置１は、内部に水酸化リチウム充填部２を有する反応器３と、水酸化リチウムを加熱する加熱手段であるジャケットヒーター４と、反応器３に接続された硫化水素供給部材である硫化水素供給管５と、を備える。反応器３の内部には、水酸化リチウム充填部２の上方には逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が設けられている。
本実施形態の硫化リチウム製造装置１においては、反応器３の上方に逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が設けられているため、反応器３内で生成された硫化リチウムを、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の脚部から吸引することにより回収可能である。このため、硫化リチウム製造装置１を解体することなく硫化リチウムを回収することができるようになり、硫化リチウムの回収効率が上がり、硫化リチウムを高い生産効率で生産することができる。
以下、本実施形態の硫化リチウム製造装置の各部の構成について説明する。
（反応器３）
反応器３の内部では、水酸化リチウム（固体）と硫化水素ガスとの反応により、硫化リチウム（固体）が生成される。
反応器３の内部では、水酸化リチウム（固体）と硫化水素ガスとの反応により、硫化リチウム（固体）が生成される。
反応器３には硫化水素供給管５が接続されており、硫化水素供給管５から硫化水素が供給される。
また、反応器３には、水酸化リチウム支持部材７が備えられており、水酸化リチウム支持部材７および反応器３の内壁によって囲まれた空間を水酸化リチウム充填部２と呼ぶ。
水酸化リチウム支持部材７上には水酸化リチウム（図示せず）が載置される。
硫化水素供給管５は、水酸化リチウム支持部材７に対して下方に位置することが好ましい。硫化水素ガスを水酸化リチウム支持部材７に対して下方から供給されることにより、反応器３の上方に向かって通気し、水酸化リチウム充填部２に充填された水酸化リチウムと接触することで硫化水素ガスより比重の小さい副生成物である水（水蒸気）が効率よく排出されるためである。また、硫化水素ガスが反応器３の上方に向かって通気し続けることにより、フレッシュな硫化水素ガスが絶えず供給される。
水酸化リチウム支持部材７には、図３に示すように、複数の連通孔１７１が設けられていることが好ましい。このようにすることにより、硫化水素供給管５から供給された硫化水素ガスが、連通孔１７１を介して水酸化リチウム充填部２に効率よく供給されるからである。
硫化水素供給管５から供給された硫化水素ガスは、水酸化リチウム充填部２に充填された水酸化リチウム（固体）の表面に接触する。
水酸化リチウム（固体）の表面では、下記（１）式のような反応が起きていると考えられる。
２ＬｉＯＨ＋Ｈ２Ｓ→Ｌｉ２Ｓ＋２Ｈ２Ｏ（１）
２ＬｉＯＨ＋Ｈ２Ｓ→Ｌｉ２Ｓ＋２Ｈ２Ｏ（１）
反応器３内部の水酸化リチウム充填部２において、水酸化リチウムは層状に充填され、層状に充填された水酸化リチウムが反応器３の内壁面に接するようにされていることが好ましい。このようにすると、水酸化リチウム充填部２の内壁面からの熱伝達により加熱できるため、加熱効率を高くすることができるためである。
水酸化リチウム充填部２の温度は、上記の反応を促進する観点、また水酸化リチウムの溶融を防止する観点から、通常１００～４４５℃、好適には１３０～４１０℃に調整される。尚、水酸化リチウム充填部２の温度は、通常、水酸化リチウム充填部２の水平方向中心部において測定される。
反応器３の材質としては、金属やセラミックス等を挙げることができるが、耐硫性のある材質でありことが好ましい。耐硫性のある材質としては、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属系の耐硫性素材や、石英、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス系の耐硫性素材等を挙げることができる。
反応器３は、内表面が耐硫処理されていることが好ましい。
耐硫処理の手段としては、スズめっき、クロムめっき、金めっき、溶融アルミニウムめっきまたはこれらの金属を含有する合金めっき等、耐硫化性能の高い金属または合金によるめっき処理を挙げることができる。
また、耐硫処理の手段として金属拡散滲透処理を用いてもよい。被処理物を金属拡散滲透処理することにより、被処理物表面に金属拡散滲透層が形成されると、耐硫化性能が向上することが知られている。
たとえば、アルミニウムを拡散滲透処理するカロライジング処理を用いることができる。カロライジング処理では被処理物をＦｅ－Ａｌ合金粉及びＮＨ４Ｃｌ粉よりなる調合剤と共に鋼製ケース内に埋め込み、ケースを密閉し、それを炉内にて加熱することにより、被処理物表面にアルミニウムが拡散滲透されたアルミニウム拡散滲透層を形成して被処理物の耐硫化性能を向上することが可能である。
たとえば、アルミニウムを拡散滲透処理するカロライジング処理を用いることができる。カロライジング処理では被処理物をＦｅ－Ａｌ合金粉及びＮＨ４Ｃｌ粉よりなる調合剤と共に鋼製ケース内に埋め込み、ケースを密閉し、それを炉内にて加熱することにより、被処理物表面にアルミニウムが拡散滲透されたアルミニウム拡散滲透層を形成して被処理物の耐硫化性能を向上することが可能である。
（ジャケットヒーター４）
本実施形態では、水酸化リチウムを加熱する加熱手段としてジャケットヒーター４を用いている。
本実施形態では、水酸化リチウムを加熱する加熱手段としてジャケットヒーター４を用いている。
すなわち、ジャケットヒーター４は、水酸化リチウム支持部材７および水酸化リチウム支持部材７の上部の空間を加熱する。これにより、水酸化リチウム充填部２に充填された水酸化リチウムを加熱して硫化リチウム生成反応を促進させることができる。
ジャケットヒーター４の温度は、水酸化リチウム充填部２の温度を上述の温度域に調整可能なように構成されている。必要な加熱温度は液体水酸化リチウム充填部２の径や触媒の充填量に伴い変化するため、ジャケットヒーター４の温度域は特に限定されないが、好適には１００～４４５℃であり、より好適には１３０～４１０℃である。
また、本実施形態においては、加熱手段としてジャケットヒーター４を用いたが、これに限らず、水酸化リチウムを加熱することが可能であればどのような加熱手段であってもよい。たとえば、加熱した硫化水素ガスを導入する方法、高周波誘導加熱装置等を用いることもできる。
（硫化水素供給管５）
硫化水素供給管５は、反応器３に硫化水素ガスを供給するための部材である。
硫化水素供給管５は、反応器３に硫化水素ガスを供給するための部材である。
硫化水素供給管５は、水酸化リチウム支持部材７に対して下方に位置することが好ましい。硫化水素ガスを水酸化リチウム支持部材７に対して下方から供給されることにより、反応器３の上方に向かって通気し、水酸化リチウム充填部２に充填された水酸化リチウムと接触することで硫化水素ガスより比重の小さい副生成物である水（水蒸気）が効率よく排出されるためである。また、硫化水素ガスが反応器３の上方に向かって通気し続けることにより、フレッシュな硫化水素ガスが絶えず供給される。
硫化水素供給管５は、図１に示したように、硫化水素ガスの供給量を調節する硫化水素供給調節弁８を有していてもよい。硫化水素供給調節弁８の開閉を調節することにより硫化水素の供給量を制御することが可能であり、このことは、反応器３で行われる硫化リチウム生成反応を制御するという観点から好適である。
硫化水素供給管５の材質としては、反応器３の材質として上述したものを用いることが可能である。
硫化水素供給管５は、内表面が耐硫処理されていることが好ましい。耐硫処理の手段としては、反応器３内表面の耐硫処理に用いる方法として上述した方法を用いることができる。
また、本実施形態においては、硫化水素供給部材として硫化水素供給管５を用いたが、これに限らず、反応器３に硫化水素ガスを供給することが可能であればどのような硫化水素供給部材であってもよい。
（逆漏斗状硫化リチウム回収部材６）
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６は、水酸化リチウム充填部の上方に設けられた逆漏斗状部材であり、脚部６１と本体部６２とを備える。また、本体部６２には開口部６３が設けられている。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６は、水酸化リチウム充填部の上方に設けられた逆漏斗状部材であり、脚部６１と本体部６２とを備える。また、本体部６２には開口部６３が設けられている。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６では、逆漏斗状部材６の脚部６１が、硫化リチウムの回収部として機能する。すなわち、硫化リチウムの回収部である脚部６１に回収装置を接続して硫化リチウムを回収する。逆漏斗状硫化リチウム回収部材６があることにより、硫化リチウム製造装置１を解体することなく硫化リチウムを回収することができるようになり、硫化リチウムの回収効率が上がる。
回収装置としては任意のものを用いることができる。たとえば、吸引式回収装置を用いる場合、脚部６１に吸引管等の吸引部材を接続し、吸引部材を介して吸引式回収装置に硫化リチウムを吸引することで回収を行う。この場合、吸引部材にフィルタが設けられていてもよい。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６は、逆漏斗状であるため、脚部６１の内径に比して開口部６３の内径が大きくなっている。したがって、内径が大きな開口部６３によって広い面積を吸引可能であるため、反応器３内の硫化リチウムをより効率的に回収することができる。
本実施形態の硫化リチウム製造装置１は。逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の脚部６１によって、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の上部空間と下部空間を連通させることが可能になっている。このようにされていることで、硫化リチウム生成反応の副生成物の水（水蒸気）および未反応の硫化水素ガスが、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の上部空間に移動し、ガス回収管１０から回収されるようになる。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６は、水酸化リチウムの導入部としても機能することが好ましい。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が水酸化リチウムの導入部としても機能する場合、水酸化リチウムが逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の脚部６１から充填される。この場合、水酸化リチウム充填時に発生する粉塵が本体部６２の内壁によりガードされるため、水酸化リチウムの充填をより効率的に行うことができる。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６は、上下方向に進退可能に設けられていることが好ましい。このようにされていることで、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が反応器３の底部付近まで進行でき、硫化リチウムの回収を効率的に行える。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６は、反応器３内壁との間に間隙（クリアランス）が設けられるように配置されることが好ましい。反応器３内壁との間に間隙が設けられていると、回収により反応器３に充填された硫化リチウムの嵩が減少すれば、それに応じて逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が下に移動できるためである。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の形状は逆漏斗状であれば特に限定されないが、硫化リチウム回収効率向上の観点から、脚部６１の内径Ｒ１と脚部６１の長さＬ１との比（Ｌ１／Ｒ１）が、好適には１．０～１０であり、より好適には１．６～２．５である。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の形状は逆漏斗状であれば特に限定されないが、硫化リチウム回収効率向上の観点から、脚部６１の内径Ｒ１と開口部６３の内径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）が、好適には２．０～２０であり、より好適には４．０～１２である。
逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の材質としては、反応器３の材質として上述したものを用いることが可能である。
また、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の内壁には、溝や凹凸が設けられていてもよい。溝や凹凸が設けられていることにより、硫化リチウム回収時に硫化リチウムが逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の内壁に付着しづらくなるため、回収をより効率的に行うことが可能になる。また、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の内壁を帯電防止処理することにより硫化リチウムを付着しづらくすることもできる。
また、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の本体部は、図５ａに示すような円錐状本体部６３ａに脚部６１ａを組み合わせたものであってもよいし、図５ｂに示すような半球状本体部６３ｂに脚部６１ｂを組み合わせたものであってもよいし、図５ｃに示すような円柱状本体部６３ｃに脚部６１ｃを組み合わせたものであってもよい。
本実施形態の硫化リチウム製造装置１が温度センサ９を備える場合、温度センサ９を逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の脚部６１に挿入し、水酸化リチウム充填部２に接続させることができる。この場合、温度センサ９と逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の脚部６１の内壁の間には隙間が形成されるようにすることで、その隙間によって逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の上部空間と下部空間を連通させることが可能である。
（水酸化リチウム支持部材７）
水酸化リチウム支持部材７は、水酸化リチウム支持部材を載置するための部材である。
水酸化リチウム支持部材７は、水酸化リチウム支持部材を載置するための部材である。
上述の通り、反応器３の内壁面からの熱伝達による加熱を可能にするため、水酸化リチウムは、水酸化リチウム充填部２の内壁に接するように層状に充填されていることが好ましいため、水酸化リチウム支持部材７は、水酸化リチウムをこのように載置することができるようにするため、水酸化リチウム充填部２の内壁に接するように配置されることが好ましい。
水酸化リチウム支持部材７には、図３に示すように、複数の連通孔１７１が設けられていることが好ましい。断熱部材に複数の連通孔１７１が設けられていることにより、複数の連通孔１７１を通して、硫化水素供給管５から供給された硫化水素が効率よく水酸化リチウム充填部２に供給されるようになるためである。
水酸化リチウム支持部材７の材質としては、反応器３の材質として上述したものを用いることが可能である。
水酸化リチウム支持部材７の形状は、水酸化リチウムを載置することができれば特に制限されないが、上述の通り複数の連通孔１７１が設けられたものであることが好ましい。たとえば、ステンレスメッシュ、アルミニウムメッシュなどの金属メッシュ；ステンレスパンチング、アルミニウムパンチングなどのパンチングメタル；ステンレスエキスパンド、アルミニウムエキスパンドなどのエキスパンドメタル等から選択される一種または二種以上の多孔材等を用いることができる。
必要に応じて、水酸化リチウム支持部材７として、上述した多孔材を二枚以上重ねて用いてもよい。
水酸化リチウム支持部材７に設けられた連通孔１７１の径は、載置する水酸化リチウムの径にもよるが、通常は２６μｍ以上３００μｍ以下であり、好適には４５μｍ以上１５４μｍ以下である。
（ガス排出管１０）
ガス排出管１０は、未反応の硫化水素や、硫化水素ガスと水酸化リチウムとの反応で生成する水を含む排ガスを反応器３の外部に排出するための部材である。
ガス排出管１０は、未反応の硫化水素や、硫化水素ガスと水酸化リチウムとの反応で生成する水を含む排ガスを反応器３の外部に排出するための部材である。
ガス排出管１０は、水酸化リチウム支持部材７に対して上方に位置することが好ましい。副生成物の水（水蒸気）および未反応の硫化水素ガスは反応器の上方に向かって通気していくため、ガス排出管１０は上方に設けられているほうが、ガス排出の効率がよいためである。ガス排出の効率が良くなることで、フレッシュな硫化水素ガスが絶えず供給されようになる。
ガス排出管１０は、硫化水素ガスと水酸化リチウムとの反応で生成する水を捕捉する冷却部を設けておくことが好ましい。硫化水素ガスと水酸化リチウムとの反応が終了すれば、硫化リチウムが生成する際に発生する水が上記冷却部へ凝縮しなくなる。すなわち、凝縮する水の量により硫化リチウム生成反応の進行をモニタリングできるのである。
（温度センサ９）
温度センサ９は、反応器３内部の温度を計測するための部材である。たとえば、温度センサ９で反応器３内部の温度を計測し、計測結果に基づき加熱を調整することで、硫化リチウムの製造をより高度に制御することが可能になる。
温度センサ９は、反応器３内部の温度を計測するための部材である。たとえば、温度センサ９で反応器３内部の温度を計測し、計測結果に基づき加熱を調整することで、硫化リチウムの製造をより高度に制御することが可能になる。
［第２実施形態］
本実施形態の硫化リチウム製造装置は、水酸化リチウム充填部２の底面に接してまたは近接して配置された、伝熱部材２２をさらに備えてもよい。図４はこのようにした硫化リチウム製造装置２１の縦断面を示す模式図である。
水酸化リチウム充填部２の下部に伝熱部材２２を設けることで、反応器３の外側を覆っているジャケットヒーター４からの熱が水酸化リチウム充填部２の横断面水平方向へ伝わりやすくなり、水酸化リチウム充填部２の水平方向における均熱性が改善されるためである。
本実施形態の硫化リチウム製造装置は、水酸化リチウム充填部２の底面に接してまたは近接して配置された、伝熱部材２２をさらに備えてもよい。図４はこのようにした硫化リチウム製造装置２１の縦断面を示す模式図である。
水酸化リチウム充填部２の下部に伝熱部材２２を設けることで、反応器３の外側を覆っているジャケットヒーター４からの熱が水酸化リチウム充填部２の横断面水平方向へ伝わりやすくなり、水酸化リチウム充填部２の水平方向における均熱性が改善されるためである。
伝熱部材２２は、水酸化リチウム充填部の内壁に接するように配置されていることが好ましい。反応器３の外側を覆っているジャケットヒーター４からの熱をより効率的に伝搬させるためである。
伝熱部材２２には、複数の連通孔が設けられていることが好ましい。伝熱部材に複数の連通孔が設けられていることにより、複数の連通孔を通して、硫化水素供給管５から供給された硫化水素が水酸化リチウム充填部２に効率よく供給されるようになるためである。
伝熱部材２２の材質は特に限定されず、反応器３の材質として上述したものを用いることができるが、耐硫化性および熱伝導性に優れた材料を用いることが好適であり、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等を用いることが好ましい。
また、伝熱部材２２の形状は特に制限されないが、たとえば、ステンレス板またはアルミニウム板に連通孔を設けた厚みが２０ｍｍ以上の板等から選択される一種または二種以上の多孔性板等を用いることができる。
必要に応じて、伝熱部材２２として、上述した多孔材を二枚以上重ねて用いてもよい。
伝熱部材２２に設けられた連通孔の面積比は、伝熱効率の向上と硫黄蒸気と触媒との接触効率向上とのバランスの観点から、通常は０．２％以上５０％以下であり、好適には０．５％以上４０％以下である。
伝熱部材２２に設けられた連通孔の径は、通常は２６μｍ以上１００００μｍ以下であり、好適には４５μｍ以上５０００μｍ以下である。
［変形例］
本実施形態の硫化リチウム製造装置は、上記で説明した部材以外の部材を備えていてもよい。
本実施形態の硫化リチウム製造装置は、上記で説明した部材以外の部材を備えていてもよい。
また、本実施形態の硫化リチウム製造装置は、各部が一体に形成されていてもよい。
［硫化リチウムの製造プロセス］
本実施形態の硫化リチウム製造装置１を用いた硫化リチウムの製造プロセスについて説明する。
本実施形態の硫化リチウム製造装置１を用いた硫化リチウムの製造プロセスについて説明する。
まず、水酸化リチウム充填部２に水酸化リチウムを充填し、加熱手段であるジャケットヒーター４によって水酸化リチウムが充填された水酸化リチウム充填部２を加熱する。
本実施形態の硫化リチウム製造装置１では、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が水酸化リチウムの導入部としても機能することが好ましいが、この場合、水酸化リチウムが逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の脚部６１から充填される。この場合、水酸化リチウム充填時に発生する粉塵が開口部６３の内壁によりガードされるため、水酸化リチウムの充填をより効率的に行うことができる。
次いで、水酸化リチウム充填部２に硫化水素ガスを供給し、水酸化リチウムに硫化水素ガスを接触させ、水酸化リチウムと硫化水素ガスの反応により硫化リチウムを生成させる。
硫化リチウム製造装置１を用いた硫化リチウムの製造プロセスにおいて、水酸化リチウム充填部２の温度は、全領域において、好適には１５０℃以上であり、より好適には１７０℃以上であり、さらに好適には２００℃以上である。触媒充填部の温度が全ての領域において上記下限値以上であると、硫化水素ガスと水酸化リチウムとの反応速度をより向上させることができる。
硫化リチウム製造装置１を用いた硫化リチウムの製造プロセスにおいて、水酸化リチウム充填部２の温度は、全領域において、好適には４４５℃以下であり、より好適には４３０℃以下であり、さらに好適には４１０℃以下である。触媒充填部の温度が全ての領域において上記上限値以下であると、水酸化リチウムが溶融するのを抑制できるため、水酸化リチウムの相互間で融着が起こって塊状になることを抑制できる。これにより、反応ガスと水酸化リチウムとの反応をより効果的に進めることができる。
水酸化リチウムのレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布におけるｄ５０は、好ましくは１．５ｍｍ以下であり、より好ましくは１．０ｍｍ以下である。ｄ５０が上記上限値以下であると、水酸化リチウムと反応ガスとの接触面積が大きくなり反応が促進されるため、得られる硫化リチウム中の未反応原料をより低減させることができる。その結果、より高純度の硫化リチウムを得ることができる。
また、水酸化リチウムのレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布におけるｄ５０は、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、より好ましくは０．２ｍｍ以上である。平均粒子径が上記下限値以上であると、反応系で発生した水が硫化リチウム粒子に付着して粒子が固着するのを防ぐことができる。また反応ガスとともに水酸化リチウムや得られた硫化リチウムが排出されてしまうことを抑制することができるため、排ガス処理をより単純なものにすることができる。また、水酸化リチウムや得られた硫化リチウムが反応ガスによって飛散することを抑制することができるため、硫化リチウムの収率を向上させることができる。
また、水酸化リチウムのレーザー回折散乱式粒度分布測定法による重量基準粒度分布におけるｄ５０は、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、より好ましくは０．２ｍｍ以上である。平均粒子径が上記下限値以上であると、反応系で発生した水が硫化リチウム粒子に付着して粒子が固着するのを防ぐことができる。また反応ガスとともに水酸化リチウムや得られた硫化リチウムが排出されてしまうことを抑制することができるため、排ガス処理をより単純なものにすることができる。また、水酸化リチウムや得られた硫化リチウムが反応ガスによって飛散することを抑制することができるため、硫化リチウムの収率を向上させることができる。
水酸化リチウムは、あらかじめ結晶水の脱水および付着水の乾燥を行っておくことが好ましい。これにより、水酸化リチウムが塊状化することを抑制できたり、水硫化物の生成を抑制できたりするため、硫化水素ガスと水酸化リチウムとの反応をより効果的に進めることができる。水酸化リチウムの脱水や乾燥の方法としては、例えば、大気中で加熱する方法、水素、窒素、アルゴンガスなどのガスを流しながら加熱する方法、減圧下で加熱する方法等が挙げられる。
硫化水素ガスは、ガスボンベ等に充填された市販品であってもよいし、硫化リチウム製造装置１の上流に接続された硫化水素製造装置で製造されたものであってもよい。
硫化リチウム製造装置１の上流に硫化水素製造装置が接続されている場合、硫化リチウムの製造に必要な分だけ硫化水素ガスを生成させることが可能であり、硫化水素ガスを別途保管する必要がなくなる。また必要に応じて硫化水素ガスを生成させることが可能であるため、経時劣化していない、純度の高い硫化水素ガスを反応に使用することができる。
硫化リチウム製造装置１の上流に硫化水素製造装置が接続されている場合、硫化リチウムの製造に必要な分だけ硫化水素ガスを生成させることが可能であり、硫化水素ガスを別途保管する必要がなくなる。また必要に応じて硫化水素ガスを生成させることが可能であるため、経時劣化していない、純度の高い硫化水素ガスを反応に使用することができる。
本実施形態の硫化リチウム製造装置１においては、反応器３の上方に逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が設けられているため、反応器３内で生成された硫化リチウムを、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６の脚部６１から吸引することにより回収可能である。このため、硫化リチウム製造装置１を解体することなく硫化リチウムを回収することができるようになり、硫化リチウムの回収効率が上がり、硫化リチウムを高い生産効率で生産することができる。
本実施形態の硫化リチウム製造装置１では、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が上下方向に進退可能に設けられていることが好ましく、このようにされていることで、逆漏斗状硫化リチウム回収部材６が反応器３の底部付近まで進行でき、硫化リチウムの回収を効率的に行える。
硫化リチウム製造装置１を用いた製造プロセスにより得られる硫化リチウムは、例えば、電池用の正極活物質、負極活物質、固体電解質材料、化学薬品の中間原料として好適に用いることができる。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
１ 硫化リチウム製造装置
２ 水酸化リチウム充填部
３ 反応器
４ ジャケットヒーター
５ 硫化水素供給管
６ 逆漏斗状硫化リチウム回収部材
７ 水酸化リチウム支持部材
８ 硫化水素供給調節弁
９ 温度センサ
１０ ガス排出管
２１ 硫化リチウム製造装置
２２ 伝熱部材
６１ 脚部
６２ 本体部
６３ 開口部
６１ａ 脚部
６２ａ 円錐状本体部
６１ｂ 脚部
６２ｂ 半球状本体部
６１ｃ 脚部
６２ｃ 円柱状本体部
１７１ 連通孔
２ 水酸化リチウム充填部
３ 反応器
４ ジャケットヒーター
５ 硫化水素供給管
６ 逆漏斗状硫化リチウム回収部材
７ 水酸化リチウム支持部材
８ 硫化水素供給調節弁
９ 温度センサ
１０ ガス排出管
２１ 硫化リチウム製造装置
２２ 伝熱部材
６１ 脚部
６２ 本体部
６３ 開口部
６１ａ 脚部
６２ａ 円錐状本体部
６１ｂ 脚部
６２ｂ 半球状本体部
６１ｃ 脚部
６２ｃ 円柱状本体部
１７１ 連通孔
Claims (6)
- 硫化水素と水酸化リチウムとを反応させて硫化リチウムを製造する硫化リチウム製造装置であって、
内部に水酸化リチウム充填部を有する反応器と、
水酸化リチウムを加熱する加熱手段と、
前記反応器に接続された硫化水素供給部と、
を備え、
前記反応器の内部には、前記水酸化リチウム充填部の上方に逆漏斗状硫化リチウム回収部材が設けられている、硫化リチウム製造装置。 - 請求項１に記載の硫化リチウム製造装置であって、
前記逆漏斗状硫化リチウム回収部材が水酸化リチウムの供給部材を兼ねる、硫化リチウム製造装置。 - 請求項１または２に記載の硫化リチウム製造装置であって、
前記逆漏斗状硫化リチウム回収部材が上下方向に進退可能に設けられた、硫化リチウム製造装置。 - 請求項１～３のいずれか一項に記載の硫化リチウム製造装置であって、
前記水酸化リチウム充填部の底面に接してまたは近接して配置された伝熱部材をさらに備える、硫化リチウム製造装置。 - 請求項１～４のいずれか一項に記載の硫化リチウム製造装置であって、
内表面が耐硫処理されている、硫化リチウム製造装置。 - 請求項１～５のいずれか一項に記載の硫化リチウム製造装置を用いて硫化水素ガスと水酸化リチウムとを反応させることを特徴とする硫化リチウムの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021091947A JP2022184230A (ja) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 |
| US18/561,885 US20240239659A1 (en) | 2021-05-31 | 2022-05-25 | Lithium sulfide producing device and method for producing lithium sulfide |
| PCT/JP2022/021350 WO2022255181A1 (ja) | 2021-05-31 | 2022-05-25 | 硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 |
| CN202280038819.XA CN117396427A (zh) | 2021-05-31 | 2022-05-25 | 硫化锂制造装置以及硫化锂的制造方法 |
| KR1020237042279A KR20240005077A (ko) | 2021-05-31 | 2022-05-25 | 황화리튬 제조장치 및 황화리튬의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021091947A JP2022184230A (ja) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022184230A true JP2022184230A (ja) | 2022-12-13 |
Family
ID=84437470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021091947A Pending JP2022184230A (ja) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022184230A (ja) |
| CN (1) | CN117396427A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024196217A1 (ko) * | 2023-03-22 | 2024-09-26 | 주식회사 레이크테크놀로지 | 황화리튬 제조 장치 |
| WO2024196080A1 (ko) * | 2023-03-22 | 2024-09-26 | 주식회사 레이크테크놀로지 | 황화리튬 제조 장치 |
-
2021
- 2021-05-31 JP JP2021091947A patent/JP2022184230A/ja active Pending
-
2022
- 2022-05-25 CN CN202280038819.XA patent/CN117396427A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024196217A1 (ko) * | 2023-03-22 | 2024-09-26 | 주식회사 레이크테크놀로지 | 황화리튬 제조 장치 |
| WO2024196080A1 (ko) * | 2023-03-22 | 2024-09-26 | 주식회사 레이크테크놀로지 | 황화리튬 제조 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117396427A (zh) | 2024-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2022184230A (ja) | 硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 | |
| US20020159941A1 (en) | Silicon oxide powder and making method | |
| CN103436904B (zh) | 一种熔盐电解法制备碳化物衍生碳的方法 | |
| KR101081864B1 (ko) | 휘발성이 우수한 고순도 ＳＩＯｘ나노 분말 제조 방법 및 그 제조 장치 | |
| CN102120258B (zh) | 钽粉的热处理方法 | |
| JP6065007B2 (ja) | 金属ケイ素及び多孔質炭素の製造方法 | |
| KR102010992B1 (ko) | 나노 분말의 제조 장치 및 이 제조 장치를 이용한 제조 방법 | |
| JP2020534228A (ja) | 水素化マグネシウムの製造装置及び水素化マグネシウムの製造方法 | |
| TW201009136A (en) | Skull reactor | |
| TWI429792B (zh) | 製造固體產物的方法和設備 | |
| WO2022255181A1 (ja) | 硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 | |
| JP2022184229A (ja) | 硫化リチウム製造装置および硫化リチウムの製造方法 | |
| JP2005225690A (ja) | ＳｉＯの製造方法及び製造装置 | |
| JP2022184226A (ja) | 硫化水素製造装置および硫化水素の製造方法 | |
| KR100651269B1 (ko) | 금속 산화물의 수소환원 장치 및 이를 이용한 몰리브덴산화물의 수소환원 방법 | |
| KR20060059272A (ko) | 금속산화물의 수소환원 장치 및 이를 이용한 수소환원 방법 | |
| JP4128305B2 (ja) | 金属粉末の製造装置 | |
| EP2726646A1 (en) | Cartridge reactor for production of materials via the chemical vapor deposition process | |
| KR101525859B1 (ko) | 고순도 실리콘 미세분말의 제조 장치 | |
| CN207501654U (zh) | 一种热处理炉 | |
| JP2022184227A (ja) | 硫化水素製造装置および硫化水素の製造方法 | |
| WO2022255180A1 (ja) | 硫化水素製造装置および硫化水素の製造方法 | |
| JP2022184228A (ja) | 硫化水素製造装置および硫化水素の製造方法 | |
| KR20130016740A (ko) | 폴리실리콘 제조장치 | |
| JP6806517B2 (ja) | アルカリ土類金属の製造装置及び製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240403 |