JP5305661B2 - アンモニアの高密度貯蔵 - Google Patents
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Description
a)アンモニアを、アンモニアを結合することができる固体材料中に提供し結合する段階と、
b)アンモニア含有材料を緻密化して、理論上の骨格密度の50%を超える密度を有する稠密な固体材料にする段階とを含む、アンモニアを固体材料中に貯蔵する方法に関する。
Ma(NH3)nXz
のイオン塩であり、式中、Mは、Li、Na、K、もしくはCsなどのアルカリ金属、Mg、Ca、もしくはSrなどのアルカリ土類金属、アルミニウム、およびV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、もしくはZnなどの金属、またはNaAl、KAl、K2Zn、CsCu、もしくはK2Feなどのそれらの組み合わせから選択された1つまたは複数のカチオンであり、Xは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオン、およびリン酸イオンから選択された1つまたは複数のアニオンであり、aは、塩分子1つ当たりのカチオンの数であり、zは、塩分子1つ当たりのアニオンの数であり、nは、2〜12の配位数である。
a)アンモニアを、アンモニアを結合することができる固体材料中に提供し結合する段階と、
b)アンモニア含有材料を緻密化して、理論上の骨格密度の50%を超える密度を有する稠密な固体材料にする段階とを含む、アンモニアを固体材料中に貯蔵する方法に関する。
1. 直径13mmおよび高さ10mmのタブレット、
2. 52mmの外径、直径27mmの穴、および13mmの高さなどの、cm単位の寸法を有するリング状単位、あるいは
3. 長さ約10cmの、好ましくは丸くされた縁部を有する立方体である。
Ma(NH3)nXz
のイオン塩であり、式中、Mは、Li、Na、K、もしくはCsなどのアルカリ金属、Mg、Ca、もしくはSrなどのアルカリ土類金属、Al、およびV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、もしくはZnなどの遷移金属、またはNaAl、KAl、K2Zn、CsCu、もしくはK2Feなどのそれらの組み合わせから選択された1つまたは複数のカチオン、Xは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオン、およびリン酸イオンから選択された1つまたは複数のアニオンであり、aは、塩分子1つ当たりのカチオンの数であり、zは、塩分子1つ当たりのアニオンの数であり、nは、2〜12の配位数であり、前記方法は、
1)固体塩を提供する段階と、
2)塩をアンモニアで飽和させる段階と、
3)アンモニア塩錯体を圧縮する段階とを含む。
c)緻密化されたアンモニア含有材料を、アンモニアをチャンバから1つまたは複数のアンモニア消費装置まで運ぶ手段を備えた閉チャンバ内に置く段階と、
d)アンモニアを放出するため、チャンバを加熱する段階とをさらに含む。
e)固体材料を再使用するため、アンモニアが除去された固体材料中にアンモニアを提供し結合する段階をさらに含む。
i)容器に緻密化されたアンモニア貯蔵材料を提供する段階と、
ii)容器を加熱することによって、貯蔵容器からアンモニア消費装置にアンモニアを放出する段階と、
iii)貯蔵容器への接続部を介してガス状または液体アンモニアを提供することによって、アンモニアを材料中に再吸着することにより、貯蔵容器をアンモニアで再飽和させる段階とを含む。
多数の区画を含み、各区画が、1つまたは複数の単位の固体アンモニア貯蔵および送達材料を含む供給システムであって、熱脱着によってアンモニアが放出される排出チャンバに単位を順次導入するように構成された供給システムをさらに含む。
緻密化された固体貯蔵材料を収容する容器と、
容器を加熱する手段と、
還元触媒の前に、容器から排気ラインにガス状アンモニアを導入する手段と、
機関の作動条件に応じて、排気ラインに導入されるアンモニアの量を制御する手段とを含む。
1)固体塩を提供する段階と、
2)塩をアンモニアで飽和させる段階と、
3)アンモニア塩錯体を、理論上の骨格密度の50%を超える密度まで圧縮する段階とを含む。
・電気エネルギーを発生させるため、固体酸化物形燃料電池にアンモニアを放出すること、
・触媒分解装置(2NH3→3H2+N2)にアンモニアを放出するとともに、残りのNH3を任意に吸着し、発生した水素を水素ベースの燃料電池、例えば、PEM燃料電池、アルカリ形燃料電池、リン酸形燃料電池、または溶融炭酸塩形燃料電池に供給すること、
・アンモニアを、燃焼機関からの排気ガス中のNOxの選択接触除去において還元剤として使用するため、場合によっては動的なNOx過渡の直後に、アンモニアを制御放出すること、などの用途に特に有用である。
1)
・緻密化された固体貯蔵材料を収容する容器と、
・容器を加熱する手段と、
・アンモニアを電力に変換する電気化学電池と、
・ガス状アンモニアを電気化学電池に導入する手段とを含む発電装置、および、
2)
・緻密化された固体貯蔵材料を収容する容器と、
・容器を加熱する手段と、
・脱着されたアンモニアを水素および窒素に分解する分解触媒と、
・アンモニアを分解触媒に導入する手段と、
・水素を電力に変換する電気化学電池と、
・水素ガスを電気化学電池に導入する手段とを含む発電装置に関する。
Ma(NH3)nXz
のイオン塩であり、式中、Mは、Li、Na、K、もしくはCsなどのアルカリ金属、Mg、Ca、もしくはSrなどのアルカリ土類金属、Al、およびV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、もしくはZnなどの遷移金属、またはNaAl、KAl、K2Zn、CsCu、もしくはK2Feなどのそれらの組み合わせから選択された1つまたは複数のカチオンであり、Xは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオン、およびリン酸イオンから選択された1つまたは複数のアニオンであり、aは、塩分子1つ当たりのカチオンの数であり、zは、塩分子1つ当たりのアニオンの数であり、nは、2から12の配位数である。
SCRの好ましい一実施形態では、MはMgである。
Ma(NH3)nXz
のイオン塩であり、式中、Mは、Li、Na、K、もしくはCsなどのアルカリ金属、Mg、Ca、もしくはSrなどのアルカリ土類金属、アルミニウム、およびV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、もしくはZnなどの遷移金属、またはNaAl、KAl、K2Zn、CsCu、もしくはK2Feなどのそれらの組み合わせから選択された1つまたは複数のカチオンであり、Xは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオン、およびリン酸イオンから選択された1つまたは複数のアニオンであり、aは、塩分子1つ当たりのカチオンの数であり、zは、塩分子1つ当たりのアニオンの数であり、nは、2から12の配位数であり、前記容器は、パイプに接続された1つまたは複数の閉止可能な出口開口部を備えるとともに、燃焼プロセスからの排気ガス中のNOxの選択接触還元におけるアンモニア源として使用されるガス状アンモニアを放出するため、容器およびアンモニア吸着塩を加熱する手段をさらに備える。
アンモニア担体Mg(NH3)6Cl2は、MgCl2粉末のバッチを数日間、大気圧で、アンモニアガスを収容したグローブバッグ内に置くことによって調製された。飽和度は、昇温脱離法(TPD)によって検査され、理論上の量の100%に近いことが確認された。吸着/脱着は完全に可逆的であることが分かった。
図1は、円筒状のタブレット(寸法: 直径13mm; 高さ10mm)を調製するため、1gの固体アンモニア送達材料を圧縮する、本発明の一実施形態による装置を概略的に示す。この実施形態では、固体アンモニア送達材料は、粉末状の飽和貯蔵材料を圧縮するピストンを使用して、2〜4tons/cm2の圧力を加えることにより、チャンバ内で圧縮された。チャンバおよびピストンはステンレス鋼製であった。ピストンが取り除かれたとき、送達材料は、例えばタブレット、円筒、またはロッドの所望の形状であり、理論上の結晶密度の80%を超える密度を有していた。
1. 飽和アンモニア材料の所望の全質量は、単一のブロックには加圧成形されず、多数のより小さな単位に圧縮される。
2. 各単位は、脱気法として熱を使用する脱気装置(例えば、電気または熱交換器)に、一度に1つずつ供給することができる。
3. 1つの貯蔵材料単位が脱気されると、新しい単位が脱気チャンバに供給されて、アンモニア減損単位と交換される。
本発明の別の実施形態では、より複雑な形状の貯蔵材料のリングまたはより大きなブロックが作成されてもよい。この実施例では、52mmの外径と、直径27mmの中心穴とを有するリングが、ステンレス鋼製の対応する型を使用して、実施例1に記載した手順を使用して作られた。20gの固体アンモニア送達材料が圧縮されて、リング(寸法:外径52mm、直径27mmの中心穴、および厚さ(高さ)13mm)が調製された。この実施形態では、固体アンモニア送達材料は、約6.3の圧縮比で粉末状の飽和貯蔵材料を圧縮するピストンを使用して、25トン(約1.57 tons/cm2)の圧力を加えることにより、チャンバ内で圧縮された。ピストンが取り除かれたとき、送達材料は、所望の形状のリングであり、理論上の結晶密度の80%を超える密度を有していた。
2 容器
3 加熱装置
4 ノズル
5 タブレット
6 容器
7 触媒反応器
8 精製装置
9 パイプ
10 燃料電池
11 燃料電池
Claims (17)
- 可逆的なアンモニアの吸着/脱着が可能な固体アンモニア貯蔵および送達材料からなる圧縮されたタブレットであって、
一般式、
Ma(NH3)nXz
のイオン塩の形態の化学的複合体またはそれらの混合物であり、式中、Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、遷移金属、および前記金属の組み合わせから選択された1つ以上のカチオンであり、Xは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオン、およびリン酸イオンから選択された1つ以上のアニオンであり、aは、塩分子1つ当たりのカチオンの数であり、zは、塩分子1つ当たりのアニオンの数であり、nは2から12の配位数であり、
前記固体アンモニア貯蔵および送達材料のアンモニア含有量は30〜60重量%の範囲であり、
前記固体アンモニア貯蔵および送達材料が、固相密度の75%を超える密度まで機械圧力を使用して型の中で緻密化されている、圧縮されたタブレット。 - 前記アルカリ金属がLi、Na、K、またはCsから選択される、請求項1に記載の圧縮されたタブレット。
- 前記アルカリ土類金属がMg、Ca、またはSrから選択される、請求項1または2に記載の圧縮されたタブレット。
- 前記遷移金属がV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、またはZnから選択される、請求項1から3のいずれか一項に記載の圧縮されたタブレット。
- 前記金属の組み合わせがNaAl、KAl、K2Zn、CsCu、またはK2Feから選択される、請求項1から4のいずれか一項に記載の圧縮されたタブレット。
- 前記貯蔵および送達材料が、固相密度の85%を超える密度まで緻密化されている、請求項1から5のいずれか一項に記載の圧縮されたタブレット。
- 前記固体材料が、アンモニアで完全にまたは不完全に飽和された少なくとも1つのアルカリ土類金属の少なくとも1つの塩化物または硫酸塩の形態の少なくとも1つの塩を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の圧縮されたタブレット。
- 前記固体材料が、アンモニアで完全にまたは不完全に飽和されたMgCl2、CaCl2、もしくはSrCl2、またはそれらの混合物である、請求項7に記載の圧縮されたタブレット。
- 前記配位数が、前記化学的複合体のアンモニア含量が40から60質量%であるように選択される、請求項1から8のいずれか一項に記載の圧縮されたタブレット。
- a)乾燥アンモニア吸収塩中にアンモニアを結合する段階であって、アンモニアを吸収した後の前記塩が、請求項1から9のいずれか一項に記載されるイオン塩の形態の化学的複合体である固体アンモニア貯蔵および送達材料からなる段階と、
b)そのように得られた固体アンモニア含有材料を機械圧力を使用して型の中で緻密化し形作って圧縮されたタブレットを得る段階とを含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の圧縮されたタブレットを提供する方法。 - c)前記緻密化されたタブレットを、アンモニアをチャンバから1つまたは複数のアンモニア消費装置まで運ぶ手段と、チャンバを加熱してアンモニアが放出されるように前記タブレットをチャンバ内で加熱する手段とを備えた閉チャンバ内に置く段階をさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記アンモニアが、接続チューブを介して標準圧力で駆動されるフローによって前記アンモニア消費装置まで運ばれ、前記緻密化されたタブレットを収容している前記チャンバを加熱することによって、供給圧力が制御される、請求項11に記載の方法。
- d)アンモニアが除去された後の前記固体材料中にアンモニアを提供し結合する段階をさらに含む、請求項11または12に記載の方法。
- i)1つ以上の圧縮されたタブレットを含む容器を提供する段階と、
ii)前記容器を加熱することによって、前記容器からアンモニア消費装置にアンモニアを放出する段階と、
iii)前記容器への接続部を介してガス状または液体アンモニアを提供することによって、アンモニアを前記固体材料中に再吸着することにより、前記容器をアンモニアで再飽和させる段階とを含む、請求項13に記載の方法。 - 1つ以上のアンモニア消費装置におけるアンモニア源としての、請求項1から9の何れか一項に記載の圧縮されたタブレットの使用。
- アンモニア消費装置が燃焼プロセスからの排気ガス中のNOxの選択接触還元(SCR)における触媒であり、アンモニアが還元剤として使用される、請求項15に記載の使用。
- アンモニアがPEM燃料電池に関連してアンモニア消費装置内で使用され、前記塩の形態の前記化学的複合体からなる前記固体アンモニア貯蔵および送達材料が室温と燃料電池の動作温度との間で0.1から15barの範囲のアンモニア圧力を有する、請求項15に記載の使用。
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