JP4945109B2 - ヨウ化水素製造方法および水素製造方法並びにそれらのための製造装置 - Google Patents
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Description
2HI → H2 + I2 (2)
2H2SO4 → 2SO2 + 2H2O + O2 (3)
SO2 +H2O → H2SO3 (4−1)
SO2 +nH2O → SO2・nH2O (4−2)
反応式(1)のヨウ化水素生成反応はブンゼン(Bunsen)反応とも呼ばれており、ヨウ化水素の生成効率が下流の反応に影響して、水素生成の効率を左右すると言ってもよい。ブンゼン反応で生成したヨウ化水素は過剰なヨウ素を用いて抽出され、その後電気透析あるいは蒸留などにより濃縮して、共沸組成を超える高濃度のヨウ化水素水溶液をつくる。共沸組成を超えたヨウ化水素水溶液は蒸留することにより容易にヨウ化水素ガスを取り出すことができる。
2I2 + I− → I5 − (6)
3I2 + I− → I7 − (7)
4I2 + I− → I9 − (8)
ブンゼン反応後の生成液中のヨウ化水素と硫酸は、ヨウ素を添加して、密度の違いから2相として分離する。ヨウ化物イオンとヨウ素は親和性があり、共存すると反応式(5)〜(8)に示したように会合することが知られている。その生成定数は調べられており、25℃におけるヨウ化ナトリウム水溶液中のヨウ化物イオン・ヨウ素錯体の生成定数は以下に示すとおりである。ただしβ3とβ4はデータがないのでβ1とβ2の差から見積もった。
=log([I3 −]/[I−][I2]/mol−1 dm3)
=2.86 (9−1)
log(β2/mol−2 dm6)
=log([I5 −]/[I−][I2]2/mol−2 dm6)
=5.27 (10−1)
log(β3/mol−3 dm9)
=log([I7 −]/[I−][I2]3/mol−3 dm9)
=7.23 (11−1)
log(β4/mol−4 dm12)
=log([I9 −]/[I−][I2]4/mol−4 dm12)
=8.75 (12−1)
溶液中の全ヨウ化物イオン濃度CI-は式(13)で表すことができ、CI-と各全平衡定数から式(14)〜(18)が求まる。
式(9−1)より、
[I3 −]=[I−][I2]β1 (9−2)
式(10−1)より、
[I5 −]=[I−][I2]2β2 (10−2)
式(11−1)より、
[I7 −]=[I−][I2]3β3 (11−2)
式(12−1)より、
[I9 −]=[I−][I2]4β4 (12−2)
したがって
α0=[I−]/CI-
=1/(1+[I2]β1+[I2]2β2
+[I2]3β3+[I2]4β4) (14)
α1=[I3 −]/CI-
=[I2]β1/(1+[I2]β1+[I2]2β2
+[I2]3β3+[I2]4β4) (15)
α2=[I5 −]/CI-
=[I2]2β2/(1+[I2]β1+[I2]2β2
+[I2]3β3+[I2]4β4) (16)
α3=[I7 −]/CI-
=[I2]3β3/(1+[I2]β1+[I2]2β2
+[I2]3β3+[I2]4β4) (17)
α4=[I9 −]/CI-
=[I2]4β4/(1+[I2]β1+[I2]2β2
+[I2]3β3+[I2]4β4) (18)
α0〜α4は各ヨウ化物イオン−ヨウ素錯体の生成分布を表している。生成分布曲線からヨウ化物イオンはヨウ素と相互作用し錯形成しやすいことがわかる。遊離の[I2]が大きいところではヨウ化物イオンはヨウ素と結びついて高次の錯体を形成している。したがって、2相分離したHI/I2の下相側ではヨウ化水素がヨウ素と安定に結びつく。水が少ない条件でヨウ化物イオンの回収率が高くなるのは、相対的にヨウ素濃度が高くなるため、高次の錯体を形成し、下相への移行が増えると考えられる。
図1は本発明の第1の実施形態に係る水素製造方法のフロー図である。この製造方法のフローは次のとおりである。
図2は本発明の第2の実施形態に係る水素製造装置の構成図であり、第2の実施形態を説明するものである。
図3は本発明の第3の実施形態に係る水素製造装置を説明するものであり、第2の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図4は本発明の第4の実施形態に係る水素製造装置を説明するものであり、第2の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
Claims (4)
- 水とヨウ素と二酸化硫黄を大気圧以上の加圧条件下で反応させて、ヨウ化水素および硫酸を生成させるとともに、ヨウ化水素の濃度が比較的高い下相液とヨウ化水素の濃度が比較的低い上相液とに2相分離させる2相分離工程と、
前記2相分離された下相液に、不活性なガスを通気することにより無水のヨウ化水素ガスを生成させるヨウ化水素ガス生成工程と、
を有することを特徴とするヨウ化水素製造方法。 - 水とヨウ素と二酸化硫黄を大気圧以上の加圧条件下で反応させて、ヨウ化水素および硫酸を生成させるとともに、ヨウ化水素の濃度が比較的高い下相液とヨウ化水素の濃度が比較的低い上相液とに2相分離させる2相分離工程と、
前記2相分離された下相液に、不活性なガスを通気することにより無水のヨウ化水素ガスを生成させるヨウ化水素ガス生成工程と、
前記ヨウ化水素ガス生成工程で得られたヨウ化水素ガスを熱分解して水素を生成させる熱分解工程と、
を有することを特徴とする水素製造方法。 - ヨウ素と二酸化硫黄と水とを反応させてヨウ化水素と硫酸を生成させるためのヨウ化水素製造装置において、
前記反応を大気圧以上の加圧下で行なわせるための耐圧容器である反応槽と、
前記反応槽内にヨウ素を含む水溶液を供給する手段と、
前記反応槽内に加圧された二酸化硫黄を供給する手段と、
前記反応槽内の圧力を大気圧よりも高い所定の圧力に保持する圧力調整手段と、
前記反応槽内の下部に生成された下相液を抽出して貯留する下相液貯蔵槽と、
前記下相液貯蔵槽に不活性なガスを通気することにより無水のヨウ化水素ガスを生成させる不活性ガス通気手段と、
を有することを特徴とするヨウ化水素製造装置。
- ヨウ素と二酸化硫黄と水とを反応させてヨウ化水素と硫酸を生成し、これによって生成されたヨウ化水素から水素ガスを生成させるための水素製造装置において、
前記反応を大気圧以上の加圧下で行なわせるための耐圧容器である反応槽と、
前記反応槽内にヨウ素を含む水溶液を供給する手段と、
前記反応槽内に加圧された二酸化硫黄を供給する手段と、
前記反応槽内の圧力を大気圧よりも高い所定の圧力に保持する圧力調整手段と、
前記反応槽内の下部に生成された下相液を抽出して貯留する下相液貯蔵槽と、
前記下相液貯蔵槽に不活性なガスを通気することにより無水のヨウ化水素ガスを生成させる不活性ガス通気手段と、
前記不活性ガス通気手段によって生成された無水のヨウ化水素ガスを熱分解して水素ガスを生成させる熱分解手段と、
を有することを特徴とする水素製造装置。
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