JP4783173B2 - Hydrogen production method - Google Patents
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Description
本発明は、熱化学水素製造プロセスにより水素を製造する水素製造方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen production method for producing hydrogen by a thermochemical hydrogen production process.
未来社会の1つのビジョンとして水素をエネルギー媒体とした水素エネルギー社会の実現が注目されており、いくつかの有力な水素製造方法が知られている。 As one vision of the future society, the realization of a hydrogen energy society using hydrogen as an energy medium is attracting attention, and several promising hydrogen production methods are known.
いくつかの水素製造方法のうち、熱化学水素製造プロセスであるIS法(Iodine-Sulfur法:ヨウ素と硫酸を内部循環しながら水を熱化学的に分解して水素製造する方法、SI法とも言われている。)が知られている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。
Among several hydrogen production methods, the IS method (Iodine-Sulfur method), which is a thermochemical hydrogen production process, is a method for producing hydrogen by thermochemically decomposing water while internally circulating iodine and sulfuric acid. (See, for example,
このIS法は、図14に示すように、水及び発電所等から得られた900℃程度の熱を供給することにより、主に3つの工程(ブンゼン反応工程201、ヨウ化水素分解工程202、硫酸分解工程203)による内部循環を経て水210を水素206と酸素209へと変換するものである。このIS法は、熱源として高温ガス炉等が用いられる。
As shown in FIG. 14, this IS method mainly supplies three processes (
上記のブンゼン反応工程201において、水210、ヨウ素207、二酸化硫黄208は、熱化学プロセスを経由してヨウ化水素(HI)204及び硫酸205に変更される。次に、ヨウ化水素分解工程202において、前工程201で生成されたヨウ化水素204は加熱することにより、水素206及びヨウ素207へ分解される。次に、硫酸分解工程203において、上記のブンゼン反応工程201において生成された一方の硫酸205は、やはり加熱することにより酸素209、水210、二酸化硫黄208に分解される。この分解したヨウ素207、水210、二酸化硫黄208は、上記のブンゼン反応工程201へリサイクルされ、さらに水素206と酸素209を取り出すことができる。
In the Bunsen
この水素エネルギー社会を実現するための、全ての水素製造方法における最も重要な指標は、その水素生成効率若しくは熱効率であり、この熱効率をなるべく高くすることである。ここでの熱効率とは、熱効率=(生成水素の燃焼熱量)/(水素生成のために使用された全熱量)で定義される。 The most important index in all hydrogen production methods for realizing this hydrogen energy society is its hydrogen generation efficiency or thermal efficiency, and is to make this thermal efficiency as high as possible. The thermal efficiency here is defined by thermal efficiency = (combustion heat amount of generated hydrogen) / (total heat amount used for hydrogen generation).
上記IS法において、ヨウ化水素分解工程は水素製造に直接係わる重要な工程である。理論上、ヨウ化水素分解に要するエネルギーは、硫酸分解と比べて小さい。しかし、実際にはブンゼン反応で生成されるヨウ化水素の濃度は、ヨウ化水素と水が共沸組成を持つため、通常、[ヨウ化水素]/([ヨウ化水素]+[水])が57wt%を超えることができず、このために、水とヨウ化水素を分離するために大きなエネルギーを必要とする。 In the IS method, the hydrogen iodide decomposition step is an important step directly related to hydrogen production. Theoretically, the energy required for hydrogen iodide decomposition is smaller than that for sulfuric acid decomposition. In practice, however, the concentration of hydrogen iodide produced by the Bunsen reaction is usually [hydrogen iodide] / ([hydrogen iodide] + [water]) because hydrogen iodide and water have an azeotropic composition. Cannot exceed 57 wt%, which requires a large amount of energy to separate water and hydrogen iodide.
この共沸組成以上の高濃度ヨウ化水素を得るために、電解電気透析法を用いる技術が知られている(非特許文献2参照)。 In order to obtain high-concentration hydrogen iodide having an azeotropic composition or higher, a technique using an electrolytic electrodialysis method is known (see Non-Patent Document 2).
また、ヨウ化水素分解工程では、従来、白金等のヨウ化水素分解触媒を使用して、熱分解するプロセスフローになっている。しかし、ヨウ化水素の平衡分解率は、450℃において約21%と小さいために、高い水素生成率が得られなかった。このために、ヨウ化水素分解装置と水素精製装置を多段にし、未分解ヨウ化水素を再循環する等して最終的な分解率を上昇させる必要があるために、熱効率が悪かった。このヨウ化水素分解率を上げる方法として、ヨウ化水素が分解し生成した水素を、水素透過膜を利用して系外に除去して分解平衡をずらし、ヨウ化水素分解率を上昇する技術が知られている(非特許文献3参照)。
上述した従来のIS法において、ヨウ化水素分解工程は水素製造に直接係わる重要な工程である。理論上、このヨウ化水素分解に要するエネルギーは、上記硫酸分解に要するエネルギーと比較して小さい。 In the conventional IS method described above, the hydrogen iodide decomposition step is an important step directly related to hydrogen production. Theoretically, the energy required for the hydrogen iodide decomposition is smaller than the energy required for the sulfuric acid decomposition.
しかし、実際には、ブンゼン反応で生成されるヨウ化水素の濃度は、ヨウ化水素と水が共沸組成を持つために、通常、[ヨウ化水素]/([ヨウ化水素]+[水])が57wt%を超えることができず、このために、水とヨウ化水素を分離するために大きなエネルギーを必要とする、という課題があった。 However, in practice, the concentration of hydrogen iodide produced by the Bunsen reaction is usually [hydrogen iodide] / ([hydrogen iodide] + [water] because hydrogen iodide and water have an azeotropic composition. )) Cannot exceed 57 wt%, and for this reason, there is a problem that a large amount of energy is required to separate water and hydrogen iodide.
また、従来のIS法において共沸組成以上の高濃度ヨウ化水素を得るために、電解電気透析法を用いることが検討されているが、ヨウ化物イオンと水和水の分離が困難である、という課題があった。 Moreover, in order to obtain high-concentration hydrogen iodide having an azeotropic composition or higher in the conventional IS method, it has been studied to use an electrolytic electrodialysis method, but it is difficult to separate iodide ions and hydrated water. There was a problem.
さらに、従来のヨウ化水素分解工程おいて、白金等のヨウ化水素分解触媒を用いて、熱分解するプロセスフローになっている。このヨウ化水素の平衡分解率は、450℃において約21%と小さいために、高い水素生成率が得られなかった。このために、ヨウ化水素分解装置と水素精製装置を多段にし、未分解ヨウ化水素を再循環させるなどして最終的な分解率を上げる必要があった。 Furthermore, in the conventional hydrogen iodide decomposition step, the process flow is thermally decomposed using a hydrogen iodide decomposition catalyst such as platinum. Since the equilibrium decomposition rate of hydrogen iodide was as small as about 21% at 450 ° C., a high hydrogen production rate could not be obtained. For this reason, it is necessary to increase the final decomposition rate by, for example, recirculating undecomposed hydrogen iodide by using a multistage hydrogen iodide decomposition apparatus and a hydrogen purification apparatus.
しかしながら、ヨウ化水素分解率を上げようとすると、装置規模が大きくなり、熱効率が下がり、または水素製造コストが増大して経済的に成立し難い、という課題があった。 However, when trying to increase the hydrogen iodide decomposition rate, there is a problem that the scale of the apparatus increases, the thermal efficiency decreases, or the hydrogen production cost increases, making it difficult to achieve economically.
また、水素透過膜によるヨウ化水素分解装置では、膜の耐久性や、水素が膜を透過する為に高圧にする必要があるので製品である水素の圧力が低下する等の課題もあった。 In addition, the hydrogen iodide decomposition apparatus using a hydrogen permeable membrane also has problems such as the durability of the membrane and the pressure of hydrogen, which is a product, is lowered because hydrogen needs to be high pressure to permeate the membrane.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ブンゼン工程において高濃度のヨウ化水素を含む液を生成することにより、高効率で水素生成できる水素製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a hydrogen production method capable of generating hydrogen with high efficiency by producing a liquid containing high-concentration hydrogen iodide in the Bunsen process. .
上記目的を達成するため、本発明は、ヨウ素と二酸化硫黄を内部循環しながら水を熱化学的に分解して水素を製造する水素製造方法において、大気圧以上の加圧条件下で前記二酸化硫黄を水に溶解させる二酸化硫黄溶解工程と、この大気圧以上の加圧条件下で二酸化硫黄が溶解した水と前記ヨウ素を反応させてヨウ化水素と硫酸を生成し、このとき化学量論量以上の過剰なヨウ素を供給することによりヨウ化水素を多く含むブンゼン重液と硫酸を多く含むブンゼン軽液とに比重分離する加圧ブンゼン工程と、この加圧ブンゼン工程で生成されたブンゼン重液を大気圧以上の加圧条件下で蒸留してヨウ化水素を分離する蒸留工程と、この蒸留工程で分離されたヨウ化水素を熱エネルギーで分解して水素を生成すると共に生成されたヨウ素を固定化するヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程と、このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で固定化されたヨウ素を分離するヨウ素分離工程と、前記加圧ブンゼン工程で生成されたブンゼン軽液を前記二酸化硫黄、酸素および水に分解する硫酸分解工程と、前記蒸留工程において缶底部に貯溜された缶底液を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルするリサイクル工程と、前記ヨウ素分離工程で分離されたヨウ素を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルするリサイクル工程と、前記硫酸分解工程で生成された二酸化硫黄を前記二酸化硫黄溶解工程にリサイクルするリサイクル工程と、を有し、前記蒸留工程の缶底液を濃縮するための膜分離工程を備え、この膜分離工程で濃縮した缶底液を前記蒸留工程にリサイクルすると共に分離した水を主成分とする希薄液を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルすること、を特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a hydrogen production method for producing hydrogen by thermochemically decomposing water while internally circulating iodine and sulfur dioxide, and the sulfur dioxide under pressure conditions of atmospheric pressure or higher. A sulfur dioxide dissolving step in which water is dissolved, and water in which sulfur dioxide is dissolved under pressure conditions above atmospheric pressure react with iodine to produce hydrogen iodide and sulfuric acid. The Bunsen heavy liquid produced in this pressurized Bunsen process is separated from the Bunsen heavy liquid rich in hydrogen iodide and the Bunsen light liquid rich in sulfuric acid by supplying an excess amount of iodine. A distillation process in which hydrogen iodide is separated by distillation under pressure conditions above atmospheric pressure, and hydrogen iodide separated in this distillation process is decomposed with thermal energy to generate hydrogen and fix the generated iodine The hydrogen iodide decomposition / iodine fixing step, the iodine separation step for separating iodine fixed in the hydrogen iodide decomposition / iodine fixation step, and the Bunsen light liquid produced in the pressure Bunsen step are converted into the sulfur dioxide. A sulfuric acid decomposition step that decomposes into oxygen and water, a recycling step that recycles the bottom solution stored in the bottom of the can in the distillation step into the pressurized Bunsen step, and iodine added in the iodine separation step. A membrane for concentrating the bottom liquid of the distillation step, comprising: a recycling step for recycling to the pressure bunsen step; and a recycling step for recycling the sulfur dioxide generated in the sulfuric acid decomposition step to the sulfur dioxide dissolving step. A dilute process comprising a separation process, wherein the bottom liquid concentrated in the membrane separation process is recycled to the distillation process and the separated water is the main component. That recycled to the pressure Bunsen step, it is characterized in.
また、上記目的を達成するため、本発明は、ヨウ素と二酸化硫黄を内部循環しながら水を熱化学的に分解して水素を製造する水素製造方法において、大気圧以上の加圧条件下で前記二酸化硫黄を水に溶解させる二酸化硫黄溶解工程と、この大気圧以上の加圧条件下で二酸化硫黄が溶解した水と前記ヨウ素を反応させてヨウ化水素と硫酸を生成し、このとき化学量論量以上の過剰なヨウ素を供給することによりヨウ化水素を多く含むブンゼン重液と硫酸を多く含むブンゼン軽液とに比重分離する加圧ブンゼン工程と、この加圧ブンゼン工程で生成されたブンゼン重液を大気圧以上の加圧条件下で蒸発してヨウ化水素を分離する蒸発工程と、この蒸発工程で分離されたヨウ化水素を熱エネルギーで分解して水素を生成すると共に生成されたヨウ素を固定化するヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程と、このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で固定化されたヨウ素を分離するヨウ素分離工程と、前記加圧ブンゼン工程で生成されたブンゼン軽液を前記二酸化硫黄、酸素および水に分解する硫酸分解工程と、前記蒸発工程において缶底部に貯溜された缶底液を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルするリサイクル工程と、前記ヨウ素分離工程で分離されたヨウ素を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルするリサイクル工程と、前記硫酸分解工程で生成された二酸化硫黄を前記二酸化硫黄溶解工程にリサイクルするリサイクル工程と、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a hydrogen production method for producing hydrogen by thermochemically decomposing water while internally circulating iodine and sulfur dioxide, under the pressurizing condition at atmospheric pressure or higher. A sulfur dioxide dissolution process for dissolving sulfur dioxide in water, and reacting the iodine dissolved with water dissolved in sulfur dioxide under pressure conditions higher than atmospheric pressure to produce hydrogen iodide and sulfuric acid. A pressurized Bunsen process that separates specific gravity into a Bunsen heavy liquid containing a large amount of hydrogen iodide and a Bunsen light liquid containing a large amount of sulfuric acid by supplying an excess amount of excess iodine, and the Bunsen heavy produced in this pressurized Bunsen process. The evaporation step of separating the hydrogen iodide by evaporating the liquid under a pressure condition of atmospheric pressure or higher, and the hydrogen iodide separated in the evaporation step with thermal energy to generate hydrogen and the generated iodine The hydrogen iodide decomposition / iodine fixation step to be immobilized, the iodine separation step to separate the iodine fixed in the hydrogen iodide decomposition / iodine fixation step, and the Bunsen light liquid produced in the pressure Bunsen step The sulfuric acid decomposition step that decomposes into sulfur dioxide, oxygen, and water, the recycling step that recycles the bottom liquid stored in the bottom of the can in the evaporation step into the pressurized Bunsen step, and the iodine separated in the iodine separation step It has a recycling process which recycles to the pressurization Bunsen process, and a recycling process which recycles the sulfur dioxide produced | generated by the said sulfuric acid decomposition process to the said sulfur dioxide melt | dissolution process.
本発明の水素製造方法によれば、大気圧以上の加圧条件下で二酸化硫黄が溶解した水とヨウ素を反応させる加圧ブンゼン工程で共沸組成より高濃度のヨウ化水素を含む液を生成することにより、高効率で水素を生成できる。 According to the hydrogen production method of the present invention, a liquid containing hydrogen iodide having a concentration higher than that of the azeotropic composition is generated in a pressurized bunsen process in which water in which sulfur dioxide is dissolved and iodine are reacted under a pressurized condition of atmospheric pressure or higher. By doing so, hydrogen can be generated with high efficiency.
以下、本発明に係る水素製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 Embodiments of a hydrogen production method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施の形態の水素製造方法の概略構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production method according to the first embodiment of the present invention.
本図に示すように、この水素製造方法は、大気圧以上の加圧条件の下で二酸化硫黄111を水101に溶解させる二酸化硫黄溶解工程7を有する。この二酸化硫黄111は、圧縮機24を介して二酸化硫黄溶解工程7に供給される。この水101は、ポンプ25を介して二酸化硫黄溶解工程7に供給される。この大気圧以上の加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111と水101は、加圧ブンゼン工程1に供給される。
As shown in the figure, this hydrogen production method includes a sulfur dioxide dissolving step 7 for dissolving
この加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応させてヨウ化水素105と硫酸115が生成される。このヨウ素108は、ポンプ22、21を介して加圧ブンゼン工程1に供給される。このときに、化学量論量以上の過剰なヨウ素108を供給する。この過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
In this pressurized
この加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104は、蒸留工程2に導入される。この蒸留工程2において、この導入されたブンゼン重液104は大気圧以上の加圧条件下で蒸留されてヨウ化水素105を分離する。
The Bunsen
この蒸留工程2で分離されたヨウ化水素105は、圧力調整弁8により圧力を調整しながらヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で固定化したヨウ素108は、ヨウ素分離工程4に導入される。このヨウ素分離工程4において、この導入された固定化したヨウ素108は分離される。
The
一方、上記加圧ブンゼン工程1で生成された硫酸115を多く含むブンゼン軽液110は、硫酸分解工程6に導入される。この硫酸分解工程6において、導入されたブンゼン軽液110は加熱されて、二酸化硫黄111、酸素103及び水101に分解される。なお、この生成された酸素103は、圧力調整弁9により圧力を調整しながら回収される。
On the other hand, the Bunsen
なお、上記蒸留工程2において缶底部に貯溜された缶底液107は、ポンプ21を介して上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。この缶底液107には、ヨウ化水素105、ヨウ素108及び水101が含入されている。
In addition, the
また、上記ヨウ素分離工程4で分離したヨウ素108は、ポンプ22を介して上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。さらに、上記硫酸分解工程6で分解された二酸化硫黄111、酸素103及び水101は、圧縮機24を介して二酸化硫黄溶解工程7に供給されリサイクルされる。
The
図2は、ブンゼン重液104中のヨウ化水素105の濃度と操作圧力の関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the concentration of
本図に示すように、図1の加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104に含まれるヨウ化水素105濃度を示している。ここでヨウ化水素105濃度は[ヨウ化水素]/([ヨウ化水素]+[水])を重量%で表したものである。
As shown in this figure, the
このヨウ化水素と水は共沸組成を持ち、常圧では57wt%を超えることができない。しかし、このヨウ化水素と水を加圧することにより、常圧における57wt%を超えるヨウ化水素濃度を得られることを知見した。 This hydrogen iodide and water have an azeotropic composition and cannot exceed 57 wt% at normal pressure. However, it has been found that a hydrogen iodide concentration exceeding 57 wt% at normal pressure can be obtained by pressurizing the hydrogen iodide and water.
上記加圧ブンゼン工程1で得られた重液を0.7MPaGの加圧条件下で蒸留すれば、ほぼ100%ヨウ化水素を分離することができることを確認した。この圧力条件を0.7MPaGとしたのは、ヨウ化水素の20℃における蒸気圧が0.756MPaであるので、蒸留塔の塔頂部にある凝縮器で塔頂成分を液相にし、これを還流することで精留効果が得られるようにするためである。この得られたほぼ100%のヨウ化水素105をヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に供給することができる。
It was confirmed that almost 100% hydrogen iodide can be separated by distilling the heavy liquid obtained in the pressure
図3は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程とヨウ素分離工程の基礎試験結果を示すグラフである。 FIG. 3 is a graph showing the basic test results of the hydrogen iodide decomposition / iodine fixing step and the iodine separation step.
本図に示すように、反応管には、ヨウ化水素分解触媒として白金担持アルミナを充填した。また、ヨウ素固定化物質として金属コバルト(発泡状)を順次、層状に充填した。この触媒を充填した状態の下で、図1のヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3とヨウ素分離工程4の基礎試験を行ったときの試験結果を示す。
As shown in this figure, the reaction tube was filled with platinum-supported alumina as a hydrogen iodide decomposition catalyst. Further, metallic cobalt (foamed) was sequentially filled in layers as an iodine fixing substance. The test result when the basic test of the hydrogen iodide decomposition | disassembly and
本試験では、白金担持アルミナと金属コバルトを同質量充填した。図3(a)に示すように、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程では、ヨウ化水素ガス105をGHSV140h−1で供給した。また、図3(b)に示すように、ヨウ素分離工程では、窒素ガス116をGHSV140h−1で供給した。操作温度は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程を400℃、ヨウ素分離工程を650℃とした。図3(c)に示すように、400℃における熱力学平衡値21%を大きく上回る水素生成率が得られることを知見した。
In this test, the same mass was filled with platinum-supported alumina and metallic cobalt. As shown in FIG. 3A, in the hydrogen iodide decomposition / iodine fixing step,
上述のヨウ化水素分解およびヨウ素固定は、下記の式により確認ができる。上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程において、以下の(1)式が示すように、ヨウ化水素を分解してヨウ素が生成される。次に、以下の(2)式が示すように、生成されたヨウ素は固定化される。また、ヨウ素分離工程において、以下の(3)式が示すように、固定化されたヨウ素を分離することにより、反応性が回復できることが分かる。 The above-mentioned hydrogen iodide decomposition and iodine fixation can be confirmed by the following formula. In the hydrogen iodide decomposition / iodine fixing step, iodine is generated by decomposing hydrogen iodide as shown in the following formula (1). Next, as the following formula (2) shows, the generated iodine is immobilized. Moreover, in an iodine separation process, it turns out that the reactivity can be recovered | restored by isolate | separating the fixed iodine as the following (3) Formula shows.
(ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程)
2HI→H2+I2 (1)
Co+I2→CoI2 (2)
(ヨウ素分離工程)
CoI2→Co+I2 (3)
ここで、上述の試験結果を基にして、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程とヨウ素分離工程を交互に繰り返して、連続的に水素製造できるシステムについて説明する。
(Hydrogen iodide decomposition / iodine fixation process)
2HI → H 2 + I 2 (1)
Co + I 2 → CoI 2 (2)
(Iodine separation process)
CoI 2 → Co + I 2 (3)
Here, based on the above test results, a system capable of continuously producing hydrogen by alternately repeating the hydrogen iodide decomposition / iodine fixing step and the iodine separation step will be described.
図4は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定プロセスフロー(固定床バッチ切替)の概略構成を示す構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a hydrogen iodide decomposition / iodine fixation process flow (fixed bed batch switching).
本図に示すように、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定プロセスフロー(固定床バッチ切替)に係る構成は、ヨウ化水素分解触媒充填層31とヨウ素固定化物質充填層32とに区分される。このヨウ化水素分解触媒充填層31を1基設けるのに対して、後段にヨウ素固定化物質充填層32を4基設ける、というように並列設置した。これらの組を3セット直列に設置する。
As shown in the figure, the configuration related to the hydrogen iodide decomposition / iodine fixation process flow (fixed bed batch switching) is divided into a hydrogen iodide decomposition catalyst packed
このヨウ化水素分解触媒充填層31では、上記の(1)式が示すように、ヨウ化水素105が水素102とヨウ素108に分解する。ヨウ素固定化物質充填層32では、上記の(2)式が示すように、(1)式の反応で生成されたヨウ素108が固定化される。
In the hydrogen iodide decomposition catalyst packed
このように構成された本実施の形態において、後段のヨウ化水素分解触媒充填層31に供給されるのは、前段で未分解のヨウ化水素105と水素102のみとなる。このヨウ化水素分解触媒充填層31において、さらにヨウ化水素105が水素102とヨウ素108に分解される。次の後段のヨウ素固定化物質充填層32において、この分解されたヨウ素108が固定化され分離される。
In the present embodiment configured as described above, only
本実施の形態によれば、順次これらの処理を行い、トータルでのヨウ化水素分解効率(水素生成率)を上げることができる。 According to the present embodiment, these treatments are sequentially performed, and the total hydrogen iodide decomposition efficiency (hydrogen generation rate) can be increased.
この操作の途中で、ヨウ素固定化物質充填層32において充填物質がヨウ素固定化容量に近づくと、並列して設置されている別のヨウ素固定化物質充填層32に切り替えられる。この切り換えにより、ヨウ素固定化能力を一定以上に維持することができる。
In the middle of this operation, when the filling substance approaches the iodine immobilization capacity in the iodine immobilization
充填物質がヨウ素108をその容量近くまで固定化したヨウ素固定化物質充填層32は、温度または/および圧力を変えて、上記の(3)式が示すように、固定化したヨウ素108を分離し、ヨウ素固定化物質32を再生する。
The iodine immobilization substance packed
このヨウ素固定化物質充填層32を、一例として、4基並列に設置する。このように各充填層32では、例えば、ヨウ素固定化物質として金属コバルトを用いたときには、「ヨウ素固定化」→「昇温」→「ヨウ素分離・固定化物質再生」→「降温」の4つのモードを位相をずらして操作することにより、連続運転が可能となる。なお、ヨウ素固定化物質充填層32の切り替え装置として、流体素子を用いて、高温部に駆動部分が無いシステムとすることも可能である。
As an example, four iodine-immobilized substance packed
図5は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定プロセスフロー(移動床)の概略構成を示す構成図である。本図は、図4の固定床バッチ切替の代わりに移動床を設けたものであり、図4と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 FIG. 5 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a hydrogen iodide decomposition / iodine fixation process flow (moving bed). In this figure, a moving bed is provided in place of the fixed bed batch switching in FIG. 4, and the same or similar parts as in FIG.
図5(a)に示すように、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定プロセスフロー(移動床)に係る構成は、ヨウ化水素分解触媒充填層31とヨウ素固定化物質充填層32とに区分される。このヨウ化水素分解触媒充填層31を1基設置するのに対して後段にヨウ素固定化物質充填層32を1基設置している。これらの組を3セット直列に設置する。
As shown in FIG. 5A, the configuration related to the hydrogen iodide decomposition / iodine fixation process flow (moving bed) is divided into a hydrogen iodide decomposition catalyst packed
図5(b)に示すように、このヨウ素固定化物質充填層32は回転円筒203を有する。この回転円筒203は、一定速度で回転する。すなわち、ヨウ化水素105、またはヨウ化水素105や水素102が供給されるヨウ素固定エリア204と、不活性ガス(N2、He、Ne,Ar等)201が供給されるヨウ素分離エリア205が存在する。
As shown in FIG. 5 (b), this iodine-immobilized substance packed
このように構成された本実施の形態において、このヨウ素固定エリア204においては、上記の(2)式が示すように、(1)式の反応で生成されたヨウ素108は固定化される。このヨウ素108の固定化により、後段のヨウ化水素分解触媒充填層31に供給されるのは、前段で未分解のヨウ化水素105と水素102のみになる。
In the present embodiment configured as described above, in the
この後段のヨウ化水素分解触媒充填層31ではさらにヨウ化水素105が水素102とヨウ素108に分解される。次の後段のヨウ素固定化物質充填層32では、分解したヨウ素108が固定化され分離される。
In the subsequent hydrogen iodide decomposition catalyst packed
図5(b)に示すように、各ヨウ素固定化物質充填層32は一定速度で回転しており、充填物がヨウ素分離エリア205に達すると、上記の(3)式が示すように、固定化したヨウ素108は分離され、ヨウ素固定化物質32は再生される。この再生されたヨウ素固定化物質32が回転していき、ヨウ素固定エリア205に達すると、再び上記の(2)式が示すように、(1)式の反応で生成されたヨウ素108が固定化される。この操作により、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3およびヨウ素分離工程4において連続運転される。
As shown in FIG. 5B, each iodine-immobilized substance packed
本実施の形態によれば、順次上記の処理を行い、総合的なヨウ化水素分解効率(水素生成率)を上昇することができる。 According to the present embodiment, the above-described treatment can be sequentially performed to increase the overall hydrogen iodide decomposition efficiency (hydrogen generation rate).
図6は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定プロセスフロー(移動床)の変形例の概略構成を示す構成図である。本図は、図5の固定床バッチ切替の代わりに移動床を設けたものであり、図5と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 FIG. 6 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a modified example of the hydrogen iodide decomposition / iodine fixation process flow (moving bed). In this figure, a moving bed is provided in place of the fixed bed batch switching shown in FIG. 5, and the same or similar parts as in FIG.
図6(a)に示すように、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定プロセスフロー(移動床)に係る構成は、ヨウ化水素分解触媒充填層31とヨウ素固定化物質充填層32とに区分される。このヨウ化水素分解触媒充填層31を1基設置するのに対して後段にヨウ素固定化物質充填層32を2基設置している。これらの組を3セット直列に設置する。
As shown in FIG. 6A, the configuration related to the hydrogen iodide decomposition / iodine fixation process flow (moving bed) is divided into a hydrogen iodide decomposition catalyst packed
図6(b)に示すように、このヨウ素固定化物質層32は流動床となっており、一方がヨウ素固定化層32a、他方がヨウ素分離層32bを有する。このヨウ素固定化層32aにはヨウ化水素105、またはヨウ化水素105および水素102が供給される。ヨウ素分離層32bには不活性ガス116が供給される。
As shown in FIG. 6B, the iodine fixed
このヨウ素固定化層32aにおいて、上記の(2)式が示すように、(1)式の反応で生成されたヨウ素108が固定化される。この反応により、後段のヨウ化水素分解触媒充填層31に供給されるのは、前段で未分解のヨウ化水素105と水素102のみになる。この後段のヨウ化水素分解触媒充填層31において、さらにヨウ化水素105を水素102とヨウ素108に分解する。次の後段のヨウ素固定化物質層32おいては、上記ヨウ素固定化層32aでヨウ素108が固定化され、次のヨウ素分離層32bでヨウ素108が分離される。
In the
このように構成された本実施の形態において、ヨウ素固定化物質層32は流動床で、ヨウ素固定化物質の一部が連続的に抜き出され、ヨウ素固定化層32aからヨウ素分離層32bに移送される。このヨウ素分離層32bにおいて、上記の(3)式が示すように、固定化したヨウ素108を分離し、ヨウ素固定化物質を再生する。このヨウ素分離層32bも流動床で、再生されたヨウ素固定化物質の一部が連続的に抜き出され、ヨウ素固定化層32aに移送される。
In the present embodiment configured as described above, the iodine-immobilized
本実施の形態によれば、ヨウ素固定化物質の再生を図りながら、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3とヨウ素分離工程4を繰り返すことにより連続運転が行われる。かくして、順次これらの処理を行い、総合的なヨウ化水素分解効率(水素生成率)を上昇することができる。
According to the present embodiment, the continuous operation is performed by repeating the hydrogen iodide decomposition /
図7は、本発明の第2の実施の形態の水素製造方法の概略構成を示すブロック図である。本図は、図1の工程に未分解ヨウ化水素分離工程5を追加して設けたものであり、図1と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production method according to the second embodiment of the present invention. In this figure, an undecomposed hydrogen
本図に示すように、加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応させてヨウ化水素105と硫酸115が生成される。このときに、化学量論量以上の過剰なヨウ素108を供給する。この過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
As shown in this figure, in the pressurized
この加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104は、蒸留工程2に導入される。この蒸留工程2において、この導入されたブンゼン重液104は大気圧以上の加圧条件下で蒸留されてヨウ化水素105を分離する。
The Bunsen heavy liquid 104 generated in the
この蒸留工程2で分離されたヨウ化水素105は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で固定化したヨウ素108は、ヨウ素分離工程4に導入される。このヨウ素分離工程4において、この導入された固定化したヨウ素108は分離される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段に未分解ヨウ化水素分離工程5が設けられている。この未分解ヨウ化水素分離工程5において、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。また、分解しなかったヨウ化水素105は、水101と共に、ポンプ23を介して、前工程の加圧ブンゼン工程1に戻される。
An undecomposed hydrogen
このように構成された本実施の形態において、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段にヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で生成された水素を精製する未分解ヨウ化水素分離工程5を加えたもので、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。
In this embodiment configured as described above, an undecomposed hydrogen
本実施の形態によれば、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3でのヨウ化水素105の分解率が十分でないときでも、製品水素102の純度を維持することができる。
According to the present embodiment, the purity of the
図8は、本発明の第3の実施の形態の水素製造方法の概略構成を示すブロック図である。本図は、図7の工程に膜分離工程10を追加して設けたものであり、図7と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production method according to the third embodiment of the present invention. This figure is provided by adding a
本図に示すように、加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応させてヨウ化水素105と硫酸115が生成される。このときに、化学量論量以上の過剰なヨウ素108を供給する。この過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
As shown in this figure, in the pressurized
この加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104は、蒸留工程2に導入される。この蒸留工程2において、この導入されたブンゼン重液104は大気圧以上の加圧条件下で蒸留されてヨウ化水素105を分離する。
The Bunsen heavy liquid 104 generated in the
この蒸留工程2で分離されたヨウ化水素105は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で固定化したヨウ素108は、ヨウ素分離工程4に導入される。このヨウ素分離工程4において、この導入された固定化したヨウ素108は分離される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段に未分解ヨウ化水素分離工程5が設けられている。この未分解ヨウ化水素分離工程5において、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。
An undecomposed hydrogen
一方、上記蒸留工程2において缶底部に貯溜された缶底液107は、ポンプ21を介して膜分離工程10に供給される。この缶底液107には、ヨウ化水素105、ヨウ素108及び水101が含入されている。この膜分離工程10において水の一部が除去され、この缶底液107が濃縮される。
On the other hand, the
この蒸留工程2において濃縮された濃縮液120は、上記蒸留工程2の入口にリサイクルされる。この蒸留工程2において、この導入された濃縮液120は大気圧以上の加圧条件下で蒸留されてヨウ化水素105を分離する。
The concentrated liquid 120 concentrated in the
一方、この膜分離工程10において分離した水101を主成分とする希薄液121は、上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。また、上記ヨウ素分離工程4で分離したヨウ素108と未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105も上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。
On the other hand, the
なお、この膜分離工程10に使用する膜は、逆浸透膜で、腐食性の使用条件に耐えられる炭素などの無機材料で作られたものが望ましい。
The membrane used in the
このように構成された本実施の形態において、蒸留工程2の缶底液107を濃縮するための膜分離工程10を設けることによって、蒸留工程2の缶底液107から水分を除去することによって濃縮して、蒸留工程2にリサイクルすることができる。
In this embodiment configured as described above, by providing a
本実施の形態によれば、膜分離工程10を追加し、濃縮液120を大気圧以上の加圧条件下で蒸留して、総合的なヨウ化水素分解効率(水素生成率)を上昇することができる。
According to the present embodiment, the
図9は、本発明の第4の実施の形態の水素製造方法の概略構成を示すブロック図である。本図は、図8の膜分離工程10(濃縮)の代わりに膜分離工程(ヨウ化水素濃縮)11を設けたものであり、図8と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production method according to the fourth embodiment of the present invention. In this figure, a membrane separation step (hydrogen iodide concentration) 11 is provided instead of the membrane separation step 10 (concentration) in FIG. 8, and the same or similar parts as in FIG. Therefore, redundant explanation is omitted.
本図に示すように、加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応させヨウ化水素105と硫酸115が生成される。過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
As shown in this figure, in the pressurized
この加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応してヨウ化水素105と硫酸115が生成される。過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
In this pressurized
この加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104は、蒸留工程2に導入される。この蒸留工程2において、この導入されたブンゼン重液104は大気圧以上の加圧条件下で蒸留されてヨウ化水素105を分離する。
The Bunsen heavy liquid 104 generated in the
この蒸留工程2で分離されたヨウ化水素105は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
この蒸留工程2で分離されたヨウ化水素105は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で固定化したヨウ素108は、ヨウ素分離工程4に導入される。このヨウ素分離工程4において、この導入された固定化したヨウ素108は分離される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段に未分解ヨウ化水素分離工程5が設けられている。この未分解ヨウ化水素分離工程5において、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。
An undecomposed hydrogen
一方、上記蒸留工程2において缶底部に貯溜された缶底液107は、ポンプ21を介して膜分離工程11に供給される。この缶底液107には、ヨウ化水素105、ヨウ素108及び水101が含入されている。また、未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105も、ポンプ23を介して膜分離工程11に供給される。
On the other hand, the
この膜分離工程11において、上記蒸留工程2の缶底液107と未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105とを膜を介して接触させて、蒸留工程2の缶底液107中のヨウ化水素105の濃度を高める。このヨウ化水素105が濃縮された濃宿液120を上記蒸留工程2の入口にリサイクルする。
In this
一方、この膜分離工程10において分離した水101を主成分とする希薄液121は、上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。また、上記ヨウ素分離工程4で分離したヨウ素108と未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105も上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。
On the other hand, the
なお、上記膜分離工程11において使用する膜は、拡散透析膜、モザイク荷電膜等であり、この膜を介して接触する両者の濃度差を駆動力に拡散透析が行われる。
The membrane used in the
上述のように、この蒸留工程2の缶底液107には、ヨウ化水素105の他に水101とヨウ素108が含まれている。一方、未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105のラインには、ヨウ化水素105と水101が含まれている。この蒸留工程2の缶底液107は、大量に含まれるヨウ素108のために、溶液全体の中でのヨウ化水素105濃度が、上記未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105のラインのヨウ化水素105濃度より低い。上記の拡散透析膜を介して、ヨウ化水素105のライン側から蒸留工程2の缶底液107側にヨウ化水素105が移動して濃縮される。
As described above, the
本実施の形態によれば、膜分離工程11を追加することにより、総合的なヨウ化水素分解効率(水素生成率)を上昇することができる。
According to the present embodiment, the total hydrogen iodide decomposition efficiency (hydrogen generation rate) can be increased by adding the
図10は、本発明の第5の実施の形態の水素製造方法の概略構成を示すブロック図である。本図は、図1の蒸留工程2の代わりに蒸発工程12を設けたものであり、図1と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production method according to the fifth embodiment of the present invention. In this figure, an
本図に示すように、この水素製造方法は、大気圧以上の加圧条件の下で二酸化硫黄111を水101に溶解させる二酸化硫黄溶解工程7を有する。この二酸化硫黄111は、圧縮機24を介して二酸化硫黄溶解工程7に供給される。この水101は、ポンプ25を介して二酸化硫黄溶解工程7に供給される。この大気圧以上の加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111と水101は、加圧ブンゼン工程1に供給される。
As shown in the figure, this hydrogen production method includes a sulfur dioxide dissolving step 7 for dissolving
この加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応させヨウ化水素105と硫酸115が生成される。このときに、化学量論量以上の過剰なヨウ素108を供給する。この過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
In this pressurized
この加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104は、蒸発工程12に導入される。この蒸発工程12において、この導入されたブンゼン重液104は大気圧以上の加圧条件下で蒸発されてヨウ化水素105を分離する。
The Bunsen heavy liquid 104 generated in the
この蒸発工程12で分離されたヨウ化水素105は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で固定化したヨウ素108は、ヨウ素分離工程4に導入される。このヨウ素分離工程4において、この導入された固定化したヨウ素108は分離される。
The
一方、上記加圧ブンゼン工程1で生成された硫酸115を多く含むブンゼン軽液110は、硫酸分解工程6に導入される。この硫酸分解工程6において、導入されたブンゼン軽液110は加熱されて、二酸化硫黄111、酸素103及び水101に分解される。なお、この生成された酸素103は、圧力調整弁8により圧力を調整しながら回収される。
On the other hand, the Bunsen
なお、上記蒸発工程12において缶底部に貯溜された缶底液107は、ポンプ21を介して上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。この缶底液107には、ヨウ化水素105、ヨウ素108及び水101が含入されている。
The can
また、上記ヨウ素分離工程4で分離したヨウ素108は、ポンプ22を介して上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。さらに、上記硫酸分解工程6で分解された二酸化硫黄111、酸素103及び水101は、圧縮機24を介して二酸化硫黄溶解工程7に供給されリサイクルされる。
The
このように構成された本実施の形態において、上記加圧ブンゼン工程1で生成された重液104から、蒸発によってヨウ化水素が分離される。加圧ブンゼン工程1で生成された重液104中のヨウ化水素濃度は、図2で説明したように、共沸組成である57wt%を超えている。このため、加圧ブンゼン工程1の出口で圧力を解放すれば、ブンゼン重液104からヨウ化水素105の蒸発が始まる。これを加速するため、少し加熱することは有効である。いずれにしても、この蒸発工程12は簡素なシステムでよい。
In the present embodiment configured as described above, hydrogen iodide is separated from the heavy liquid 104 generated in the
本実施の形態によれば、簡素なシステムである蒸発工程12を設けることにより、トータルでのヨウ化水素分解効率(水素生成率)を上昇することができる。
According to the present embodiment, by providing the
図11は、本発明の第6の実施の形態の水素製造方法の概略構成を示すブロック図である。本図は、図10の工程に未分解ヨウ化水素分離工程5を追加して設けたものであり、図1と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production method according to the sixth embodiment of the present invention. In this figure, an undecomposed hydrogen
本図に示すように、加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応させてヨウ化水素105と硫酸115が生成される。このときに、化学量論量以上の過剰なヨウ素108を供給する。この過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
As shown in this figure, in the pressurized
この加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104は、蒸発工程12に導入される。この蒸発工程12において、この導入されたブンゼン重液104は大気圧以上の加圧条件下で蒸発されてヨウ化水素105を分離する。
The Bunsen heavy liquid 104 generated in the
この蒸発工程12で分離されたヨウ化水素105は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で固定化したヨウ素108は、ヨウ素分離工程4に導入される。このヨウ素分離工程4において、この導入された固定化したヨウ素108は分離される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段に未分解ヨウ化水素分離工程5が設けられている。この未分解ヨウ化水素分離工程5において、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。また、分解しなかったヨウ化水素105は、水101と共に、ポンプ23を介して、前工程の加圧ブンゼン工程1に戻される。
An undecomposed hydrogen
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段に未分解ヨウ化水素分離工程5が設けられている。この未分解ヨウ化水素分離工程5において、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。また、分解しなかったヨウ化水素105は、水101と共に、ポンプ23を介して、前工程の加圧ブンゼン工程1に戻される。
An undecomposed hydrogen
このように構成された本実施の形態において、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段にヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で生成された水素を精製する未分解ヨウ化水素分離工程5を加えたもので、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。
In this embodiment configured as described above, an undecomposed hydrogen
本実施の形態によれば、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3でのヨウ化水素105の分解率が十分でないときでも、製品水素102の純度を維持することができる。
According to the present embodiment, the purity of the
図12は、本発明の第7の実施の形態の水素製造方法の概略構成を示すブロック図である。本図は、図11の工程に膜分離工程10を追加して設けたものであり、図7と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 12 is a block diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production method according to the seventh embodiment of the present invention. In this figure, a
本図に示すように、加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応させてヨウ化水素105と硫酸115が生成される。過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
As shown in this figure, in the pressurized
この加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104は、蒸発工程12に導入される。この蒸発工程12において、この導入されたブンゼン重液104は大気圧以上の加圧条件下で蒸発されてヨウ化水素105を分離する。
The Bunsen heavy liquid 104 generated in the
この蒸発工程12で分離されたヨウ化水素105は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で固定化したヨウ素108は、ヨウ素分離工程4に導入される。このヨウ素分離工程4において、この導入された固定化したヨウ素108は分離される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段に未分解ヨウ化水素分離工程5が設けられている。この未分解ヨウ化水素分離工程5において、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。
An undecomposed hydrogen
一方、上記蒸発工程12において缶底部に貯溜された缶底液107は、ポンプ21を介して膜分離工程10に供給される。この缶底液107には、ヨウ化水素105、ヨウ素108及び水101が含入されている。この膜分離工程10において、この缶底液107が濃縮される。
On the other hand, the
この蒸発工程12において濃縮された濃縮液120は、上記蒸発工程12の入口にリサイクルされる。この蒸発工程12において、この導入された濃縮液120は大気圧以上の加圧条件下で蒸留されてヨウ化水素105を分離する。
The concentrated liquid 120 concentrated in the
一方、この膜分離工程10において分離した水を主成分とする希薄液121は、上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。また、上記ヨウ素分離工程4で分離したヨウ素108と未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105も上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。
On the other hand, the diluted liquid 121 mainly composed of water separated in the
なお、この膜分離工程10に使用する膜は、逆浸透膜で、腐食性の使用条件に耐えられる炭素などの無機材料で作られたものが望ましい。
The membrane used in the
このように構成された本実施の形態において、蒸発工程12の缶底液107を濃縮するための膜分離工程10を設けることによって、蒸発工程12の缶底液107から水分を除去することによって濃縮した状態の缶底液107を蒸発工程12にリサイクルすることができる。
In this embodiment configured as described above, by providing a
本実施の形態によれば、膜分離工程10を追加して濃縮した缶底液107を蒸発することができるので、トータルでのヨウ化水素分解効率(水素生成率)を上昇することができる。
According to the present embodiment, it is possible to evaporate the concentrated can
図13は、本発明の第8の実施の形態の水素製造方法の概略構成を示すブロック図である。本図は、図12の膜分離工程(濃縮)10の代わりに膜分離工程(ヨウ化水素濃縮)11を設けたものであり、図12と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production method according to the eighth embodiment of the present invention. In this figure, a membrane separation step (hydrogen iodide concentration) 11 is provided instead of the membrane separation step (concentration) 10 in FIG. 12, and the same or similar parts as in FIG. Therefore, redundant explanation is omitted.
本図に示すように、加圧ブンゼン工程1において、この加圧条件の下で溶解した二酸化硫黄111、水101及びヨウ素108を反応させてヨウ化水素105と硫酸115が生成される。過剰なヨウ素108を供給することにより、ヨウ化水素105と硫酸115含むブンゼン溶液が生成される。このブンゼン溶液を加熱することにより、ヨウ化水素105を多く含むブンゼン重液104と硫酸115を多く含むブンゼン軽液110とに比重分離される。
As shown in this figure, in the pressurized
この加圧ブンゼン工程1で生成されたブンゼン重液104は、蒸発工程12に導入される。この蒸発工程12において、この導入されたブンゼン重液104は大気圧以上の加圧条件下で蒸発されてヨウ化水素105を分離する。
The Bunsen heavy liquid 104 generated in the
この蒸発工程12で分離されたヨウ化水素105は、ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3に導入される。このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3において、この導入されたヨウ化水素105は、熱エネルギーで分解して水素102が生成される。同時に、水素102と共に生成されたヨウ素108は固定化される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3で固定化したヨウ素108は、ヨウ素分離工程4に導入される。このヨウ素分離工程4において、この導入された固定化したヨウ素108は分離される。
The
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程3の後段に未分解ヨウ化水素分離工程5が設けられている。この未分解ヨウ化水素分離工程5において、上記ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で分解しなかった未分解ヨウ化水素105が導入され再加熱されて水素102が生成される。
An undecomposed hydrogen
一方、上記蒸発工程12において缶底部に貯溜された缶底液107は、ポンプ21を介して膜分離工程11に供給される。この缶底液107には、ヨウ化水素105、ヨウ素108及び水101が含入されている。また、未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105も、ポンプ23を介して膜分離工程11に供給される。
On the other hand, the
この膜分離工程11において、上記蒸発工程12の缶底液107と未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105とを膜を介して接触させて、蒸発工程12の缶底液107中のヨウ化水素105の濃度を高める。このヨウ化水素105が濃縮された濃縮液120を上記蒸発工程12の入口にリサイクルする。
In this
一方、この膜分離工程10において分離した水101を主成分とする希薄液121は、上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。また、上記ヨウ素分離工程4で分離したヨウ素108と未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105も上記加圧ブンゼン工程1にリサイクルされる。
On the other hand, the
なお、上記膜分離工程11において使用する膜は、拡散透析膜、モザイク荷電膜等であり、この膜を介して接触する両者の濃度差を駆動力に拡散透析が行われる。
The membrane used in the
上述のように、この蒸発工程12の缶底液107には、ヨウ化水素105の他に水101とヨウ素108が含まれている。一方、未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105のラインには、ヨウ化水素105と水101が含まれている。この蒸発工程12の缶底液107は、大量に含まれるヨウ素108のために、溶液全体の中でのヨウ化水素105濃度が、上記未分解ヨウ化水素分離工程5で分離したヨウ化水素105のラインのヨウ化水素105濃度より低い。上記の拡散透析膜を介して、ヨウ化水素105のライン側から蒸発工程12の缶底液107側にヨウ化水素105が移動して濃縮される。
As described above, the
本実施の形態によれば、膜分離工程11を追加することにより、上記蒸発工程12において濃縮したヨウ化水素105を蒸発できるので、総合的なヨウ化水素分解効率(水素生成率)を上昇することができる。
According to the present embodiment, by adding the
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の各実施例を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention by combining the embodiments of the present invention. it can.
1…加圧ブンゼン工程、2…蒸留工程、3…ヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程、4…ヨウ素分離工程、5…未分解ヨウ素分離工程、6…硫酸分解工程、7…二酸化硫黄溶解工程、8,9…圧力調整弁、10…膜分離工程(濃縮)、11…膜分離工程(ヨウ化水素分離)、12…蒸発工、21,22,23,25…ポンプ、24…圧縮機、31…ヨウ化水素分解触媒充填層、32…ヨウ素固定化物質充填層、33…ヨウ素固定化物質、101…水、102…水素、103…酸素、104…ブンゼン重液、105…ヨウ化水素、107…缶底液、108…ヨウ素、110…ブンゼン軽液、111…二酸化硫黄、115…硫酸、116…不活性ガス、120…濃縮液、116…希薄液。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
大気圧以上の加圧条件下で前記二酸化硫黄を水に溶解させる二酸化硫黄溶解工程と、
この大気圧以上の加圧条件下で二酸化硫黄が溶解した水と前記ヨウ素を反応させてヨウ化水素と硫酸を生成させ、このとき化学量論量以上の過剰なヨウ素を供給することによりヨウ化水素を多く含むブンゼン重液と硫酸を多く含むブンゼン軽液とに比重分離する加圧ブンゼン工程と、
この加圧ブンゼン工程で生成されたブンゼン重液を大気圧以上の加圧条件下で蒸留してヨウ化水素を分離する蒸留工程と、
この蒸留工程で分離されたヨウ化水素を熱エネルギーで分解して水素を生成すると共に生成されたヨウ素を固定化するヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程と、
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で固定化されたヨウ素を分離するヨウ素分離工程と、
前記加圧ブンゼン工程で生成されたブンゼン軽液を前記二酸化硫黄、酸素および水に分解する硫酸分解工程と、
前記蒸留工程において缶底部に貯溜された缶底液を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルするリサイクル工程と、
前記ヨウ素分離工程で分離されたヨウ素を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルするリサイクル工程と、
前記硫酸分解工程で生成された二酸化硫黄を前記二酸化硫黄溶解工程にリサイクルするリサイクル工程と、を有し、
前記蒸留工程の缶底液を濃縮するための膜分離工程を備え、この膜分離工程で濃縮した缶底液を前記蒸留工程にリサイクルすると共に分離した水を主成分とする希薄液を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルすること、
を特徴とする水素製造方法。 In a hydrogen production method for producing hydrogen by thermochemically decomposing water while internally circulating iodine and sulfur dioxide,
A sulfur dioxide dissolving step for dissolving the sulfur dioxide in water under a pressure condition of atmospheric pressure or higher,
The iodine is reacted with water in which sulfur dioxide is dissolved under pressure conditions above atmospheric pressure to produce hydrogen iodide and sulfuric acid. At this time, the iodine is supplied by supplying excess iodine in a stoichiometric amount or more. A pressurized Bunsen process for specific gravity separation between a Bunsen heavy liquid rich in hydrogen and a Bunsen light liquid rich in sulfuric acid;
A distillation step of separating hydrogen iodide by distilling the bunsen heavy liquid produced in this pressure bunsen step under a pressure condition of atmospheric pressure or higher;
Hydrogen iodide decomposition / iodine fixing step of decomposing hydrogen iodide separated in this distillation step with heat energy to generate hydrogen and fixing the generated iodine,
An iodine separation step for separating iodine fixed in the hydrogen iodide decomposition / iodine fixation step;
A sulfuric acid decomposition step of decomposing the Bunsen light liquid produced in the pressure Bunsen step into the sulfur dioxide, oxygen and water;
A recycling step of recycling the bottom solution stored in the bottom of the can in the distillation step to the pressurized bunsen step;
A recycling step of recycling the iodine separated in the iodine separation step into the pressure bunsen step;
A recycling step of recycling the sulfur dioxide produced in the sulfuric acid decomposition step to the sulfur dioxide dissolution step, and
A membrane separation step for concentrating the bottom solution of the distillation step is provided, and the bottom solution concentrated in the membrane separation step is recycled to the distillation step and the diluted liquid mainly composed of the separated water is pressurized. Recycling to the Bunsen process,
A method for producing hydrogen.
大気圧以上の加圧条件下で前記二酸化硫黄を水に溶解させる二酸化硫黄溶解工程と、 A sulfur dioxide dissolving step for dissolving the sulfur dioxide in water under a pressure condition of atmospheric pressure or higher,
この大気圧以上の加圧条件下で二酸化硫黄が溶解した水と前記ヨウ素を反応させてヨウ化水素と硫酸を生成させ、このとき化学量論量以上の過剰なヨウ素を供給することによりヨウ化水素を多く含むブンゼン重液と硫酸を多く含むブンゼン軽液とに比重分離する加圧ブンゼン工程と、 The iodine is reacted with water in which sulfur dioxide is dissolved under pressure conditions above atmospheric pressure to produce hydrogen iodide and sulfuric acid. At this time, the iodine is supplied by supplying excess iodine in a stoichiometric amount or more. A pressurized Bunsen process for specific gravity separation between a Bunsen heavy liquid rich in hydrogen and a Bunsen light liquid rich in sulfuric acid;
この加圧ブンゼン工程で生成されたブンゼン重液を大気圧以上の加圧条件下で蒸発してヨウ化水素を分離する蒸発工程と、 An evaporation step of separating hydrogen iodide by evaporating the bunsen heavy liquid produced in the pressure bunsen step under a pressure condition of atmospheric pressure or higher;
この蒸発工程で分離されたヨウ化水素を熱エネルギーで分解して水素を生成すると共に生成されたヨウ素を固定化するヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程と、 Hydrogen iodide decomposition / iodine fixing step of decomposing hydrogen iodide separated in this evaporation step with heat energy to generate hydrogen and fixing the generated iodine,
このヨウ化水素分解・ヨウ素固定工程で固定化されたヨウ素を分離するヨウ素分離工程と、 An iodine separation step for separating iodine fixed in the hydrogen iodide decomposition / iodine fixation step;
前記加圧ブンゼン工程で生成されたブンゼン軽液を前記二酸化硫黄、酸素および水に分解する硫酸分解工程と、 A sulfuric acid decomposition step of decomposing the Bunsen light liquid produced in the pressure Bunsen step into the sulfur dioxide, oxygen and water;
前記蒸発工程において缶底部に貯溜された缶底液を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルするリサイクル工程と、 A recycling step of recycling the bottom solution stored in the bottom of the can in the evaporation step to the pressurized bunsen step;
前記ヨウ素分離工程で分離されたヨウ素を前記加圧ブンゼン工程にリサイクルするリサイクル工程と、 A recycling step of recycling the iodine separated in the iodine separation step into the pressure bunsen step;
前記硫酸分解工程で生成された二酸化硫黄を前記二酸化硫黄溶解工程にリサイクルするリサイクル工程と、 A recycling step for recycling the sulfur dioxide produced in the sulfuric acid decomposition step to the sulfur dioxide dissolving step;
を有することを特徴とする水素製造方法。 A method for producing hydrogen, comprising:
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