JP4884739B2 - 水素製造用鉄粒子の製造方法及び水素ガス製造方法 - Google Patents
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Description
鉄還元反応: Fe3O4+4H2 → 3Fe+4H2O
この方法では、爆発しない材料である金属鉄粒子と水を原料として水素を製造することができることから、安全性の高い水素源である利点がある。この利点から、水素供給ステーションで採用するなどのアイディアがある。つまり、水素供給ステーションに金属鉄の微細な粒子を貯蔵して、水素の需要がある際に、この金属鉄粒子と水を反応させる。このように水素供給ステーションでありながら、水素ガスや液体水素を貯蔵しないことから、防爆上の安全性が高い。
(1)炭素を含む溶融鉄に酸素を吹付けることにより、一酸化炭素雰囲気のガス中に鉄蒸気を生成して、当該鉄蒸気を冷却凝集させて、平均粒子径が0.21〜1ミクロンの酸化鉄と金属鉄の少なくともいずれか一方を含有する粒子を生成し、当該粒子を還元することを特徴とする水素製造用鉄粒子の製造方法。
(2)炭素を含む溶融鉄に酸素を吹付けることにより、一酸化炭素雰囲気のガス中に鉄蒸気を生成して、当該鉄蒸気を冷却凝集させて、平均粒子径が0.21〜1ミクロンの酸化鉄と金属鉄の少なくともいずれか一方を含有する粒子を生成し、当該粒子をpH8以上の水中に捕集して、これを脱水および乾燥した後に還元することを特徴とする(1)に記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
(3)炭素を含む溶融鉄に酸素を吹付けることにより、一酸化炭素雰囲気のガスに同伴される粒子を捕集して、平均粒子径が0.21〜1ミクロンの酸化鉄と金属鉄の少なくともいずれか一方を含有する微粒球状粒子と30ミクロン以上の粗粒子を分離し、当該球状微粒を還元することを特徴とする(1)又は(2)に記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
(4)製鋼用転炉内で溶融鉄に酸素を吹き付けることにより、発生した鉄蒸気を一酸化炭素含有ガス中で冷却して、酸化鉄と金属鉄の少なくともいずれか一方を含有する平均粒径が0.21〜1ミクロンの粒子を得て、更に当該粒子を含む水スラリーを得て、当該スラリー中の粗粒子を分離した後に、脱水、乾燥して、更に還元処理することを特徴とする(3)記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
(5)炭素、珪素、マンガン、燐、硫黄の1種類又は組み合わせて、合計で鉄に対して、0.05〜2モル%の比率で微量元素として含んでいることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれか記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
(6)クロムを鉄に対して合計で0.3〜6モル%の比率で微量元素として含んでいることを特徴とする(1)乃至(5)のいずれか記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
(7)鉄中の添加元素としてモリブデンを、鉄に対して合計で0.5〜6モル%の比率で微量元素として含んでいることを特徴とする(1)乃至(6)のいずれか記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
(8)(1)乃至(7)のいずれか記載の水素製造用鉄粒子に水を添加して水を還元することにより水素を得ることを特徴とする水素ガスの製造方法。
(9)水を還元して水素を得る反応温度を200〜700℃とすることを特徴とする(8)記載の水素ガス製造方法。
(10)水を還元した後の水素製造用鉄粒子が酸化された酸化鉄に水素および/または一酸化炭素を主体とするガスを反応させ、再度、鉄粒子を主成分とする水素製造用鉄粒子とし、該水素製造用鉄粒子に水を添加して水を還元する反応を起こすことにより水素を製造することを繰り返すことを特徴とする(8)又は(9)に記載の水素ガス製造方法。
(実施例)
本発明によって製造された鉄粒子を用いた水素製造を行った。反応装置は、図3に記載されるものであり、水蒸気を鉄100g当り0.5g/分の速度で供給した際の成績を評価した。この条件で水蒸気の水素への転嫁率が70%以上と、遅滞なく反応が継続する最低温度を反応活性の評価値とした。なお、低温であるものほど活性が高いと評価する。また、反応の最終的進行度を評価するために、第一回の反応での理論水素発生量に対する実際の水素発生量の比を示した。なお、理論発生量は金属鉄から三四酸化鉄までの反応が起きたと仮定した値である。耐久性の評価としては、反応速度が初期値の70%まで低下するまでの、水素製造と還元処理の繰り返し数で低減される、繰り返し使用可能回数で評価した。
2 酸素ノズル
3 ガス回収ダクト
4 水冷装置
5 濃縮槽
6 溶融鉄
7 製鋼用転炉
8 非燃焼式ガス回収装置
9 湿式集塵装置
10 スラリー回収トラフ
11 粗粒分離装置
12 沈殿槽
13 濃縮スラリーポンプ
14 脱水機
21 密閉容器
22 鉄粒子集合
23 加熱器
24 水蒸気供給管
25 水素排出管
Claims (10)
- 炭素を含む溶融鉄に酸素を吹付けることにより、一酸化炭素雰囲気のガス中に鉄蒸気を生成して、当該鉄蒸気を冷却凝集させて、平均粒子径が0.21〜1ミクロンの酸化鉄と金属鉄の少なくともいずれか一方を含有する粒子を生成し、当該粒子を還元することを特徴とする水素製造用鉄粒子の製造方法。
- 炭素を含む溶融鉄に酸素を吹付けることにより、一酸化炭素雰囲気のガス中に鉄蒸気を生成して、当該鉄蒸気を冷却凝集させて、平均粒子径が0.21〜1ミクロンの酸化鉄と金属鉄の少なくともいずれか一方を含有する粒子を生成し、当該粒子をpH8以上の水中に捕集して、これを脱水および乾燥した後に還元することを特徴とする請求項1に記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
- 炭素を含む溶融鉄に酸素を吹付けることにより、一酸化炭素雰囲気のガスに同伴される粒子を捕集して、平均粒子径が0.21〜1ミクロンの酸化鉄と金属鉄の少なくともいずれか一方を含有する微粒球状粒子と30ミクロン以上の粗粒子を分離し、当該球状微粒を還元することを特徴とする請求項1又は2に記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
- 製鋼用転炉内で溶融鉄に酸素を吹き付けることにより、発生した鉄蒸気を一酸化炭素含有ガス中で冷却して、酸化鉄と金属鉄の少なくともいずれか一方を含有する平均粒径が0.21〜1ミクロンの粒子を得て、更に当該粒子を含む水スラリーを得て、当該スラリー中の粗粒子を分離した後に、脱水、乾燥して、更に還元処理することを特徴とする請求項3記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
- 炭素、珪素、マンガン、燐、硫黄の1種類又は組み合わせて、合計で鉄に対して、0.05〜2モル%の比率で微量元素として含んでいることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
- クロムを鉄に対して合計で0.3〜6モル%の比率で微量元素として含んでいることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
- 鉄中の添加元素としてモリブデンを、鉄に対して合計で0.5〜6モル%の比率で微量元素として含んでいることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか記載の水素製造用鉄粒子の製造方法。
- 請求項1乃至7のいずれか記載の水素製造用鉄粒子に水を添加して水を還元することにより水素を得ることを特徴とする水素ガスの製造方法。
- 水を還元して水素を得る反応温度を200〜700℃とすることを特徴とする請求項8記載の水素ガス製造方法。
- 水を還元した後の水素製造用鉄粒子が酸化された酸化鉄に水素および/または一酸化炭素を主体とするガスを反応させ、再度、鉄粒子を主成分とする水素製造用鉄粒子とし、該水素製造用鉄粒子に水を添加して水を還元する反応を起こすことにより水素を製造することを繰り返すことを特徴とする請求項8又は9に記載の水素ガス製造方法。
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