JP5387561B2 - 水素生成方法 - Google Patents
水素生成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5387561B2 JP5387561B2 JP2010294085A JP2010294085A JP5387561B2 JP 5387561 B2 JP5387561 B2 JP 5387561B2 JP 2010294085 A JP2010294085 A JP 2010294085A JP 2010294085 A JP2010294085 A JP 2010294085A JP 5387561 B2 JP5387561 B2 JP 5387561B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- hydrogen
- thermal energy
- reaction vessel
- formula
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 97
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 96
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 86
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 41
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 202
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 100
- AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide Chemical compound O=S(=O)=O AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 94
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 57
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 20
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 56
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 42
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 24
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 23
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 23
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 21
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 16
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 13
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 13
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 9
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 150000003681 vanadium Chemical class 0.000 description 6
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 5
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GOIGHUHRYZUEOM-UHFFFAOYSA-N [S].[I] Chemical compound [S].[I] GOIGHUHRYZUEOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M cetyltrimethylammonium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C WOWHHFRSBJGXCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 3
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- FJLUATLTXUNBOT-UHFFFAOYSA-N 1-Hexadecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCN FJLUATLTXUNBOT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 229910017135 Fe—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical compound [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000006757 chemical reactions by type Methods 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000043 hydrogen iodide Inorganic materials 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
- C01B3/068—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents the hydrogen being generated from the water as a result of a cyclus of reactions, not covered by groups C01B3/063 or C01B3/105
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
- C01B17/48—Sulfur dioxide; Sulfurous acid
- C01B17/50—Preparation of sulfur dioxide
- C01B17/501—Preparation of sulfur dioxide by reduction of sulfur compounds
- C01B17/502—Preparation of sulfur dioxide by reduction of sulfur compounds of sulfur trioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
- C01B17/48—Sulfur dioxide; Sulfurous acid
- C01B17/50—Preparation of sulfur dioxide
- C01B17/501—Preparation of sulfur dioxide by reduction of sulfur compounds
- C01B17/503—Preparation of sulfur dioxide by reduction of sulfur compounds of sulfuric acid
-
- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
(A1)CnHm + nH2O → nCO + (n+m/2)H2
(A2)CO + H2O → CO2 + H2
全反応:CnHm + 2nH2O → nCO2 + (2n+m/2)H2
(B1)H2SO4(液体)
→ H2O(気体) + SO2(気体) + 1/2O2(気体)
(反応温度=約950℃、ΔH=188.8kJ/mol−H2)
(B2)I2(液体) + SO2(気体) + 2H2O(液体)
→ 2HI(液体) + H2SO4(液体)
(反応温度=約130℃、ΔH=−31.8kJ/mol−H2)
(B3)2HI(液体) → H2(気体) + I2(気体)
(反応温度=約400℃、ΔH=146.3kJ/mol−H2)
H2O → H2 + 1/2O2
(ΔH=286.5kJ/mol−H2(高位発熱量基準))
(ΔH=241.5kJ/mol−H2(低位発熱量基準))
(B1−1)H2SO4(液体) → H2O(気体) + SO3(気体)
(反応温度=約300℃、ΔH=90.9kJ/mol−H2)
(B1−2)SO3(気体) → SO2(気体) + 1/2O2(気体)
(反応温度=約950℃、ΔH=97.9kJ/mol−H2)
太陽熱エネルギーを用いて、下記式(X1)で示される反応で、硫酸を、水、二酸化硫黄、及び酸素に分解することを含み、
下記式(X1)で示される反応が、下記式(X1−1)及び(X1−2)で示される素反応を含み、
下記式(X1−1)の素反応の少なくとも一部を、太陽熱エネルギーを用いて行わせ、
下記式(X1−2)の素反応の少なくとも一部を、太陽熱エネルギー以外の追加の熱エネルギーを用いて行わせ、
上記追加の熱エネルギーによる加熱温度が、太陽熱エネルギーによる加熱温度よりも10℃以上高く、かつ
上記追加の熱エネルギーの少なくとも一部を、式(X1−1)及び/又は式(X1−2)の素反応を行わせる反応容器内で発生させる、
水素生成方法:
(X1)H2SO4 → H2O + SO2 + 1/2O2
(X1−1)H2SO4 → H2O + SO3
(X1−2)SO3 → SO2 + 1/2O2
〈2〉上記追加の熱エネルギーを、上記反応容器内での水素の燃焼及び/又は電気ヒーター加熱によって提供する、上記〈1〉項に記載の方法。
〈3〉上記追加の熱エネルギーを、上記反応容器内での水素の燃焼によって提供する、上記〈2〉項に記載の方法。
〈4〉上記水素が、太陽熱エネルギー及び/又は太陽光エネルギーを用いて水を水素及び酸素に分解して得られた水素である、上記〈3〉項に記載の方法。
〈5〉上記追加の熱エネルギーを、上記反応容器内での電気ヒーター加熱によって提供する、上記〈2〉項に記載の方法。
〈6〉上記電気ヒーターのための電力が、太陽熱エネルギー及び/又は太陽光エネルギーから得られた電力である、上記〈5〉項に記載の方法。
〈7〉上記反応容器が流通式反応容器であり、かつ上記太陽熱エネルギーを、熱媒体を介して、上記反応容器に供給される硫酸と向流で、上記反応容器に供給する、上記〈1〉〜〈6〉項のいずれか1項に記載の水素生成方法。
〈8〉上記反応容器が流通式反応容器であり、かつ上記追加の熱エネルギーの少なくとも一部を、上記式(X1−2)の素反応が開始される箇所よりも下流で発生させる、上記〈1〉〜〈7〉項のいずれか1項に記載の水素生成方法。
〈9〉上記反応容器が流通式反応容器であり、かつ上記追加の熱エネルギーの少なくとも一部を、上記反応容器の400℃以上の箇所で発生させる、上記〈1〉〜〈8〉項のいずれか1項に記載の水素生成方法。
〈10〉I−Sサイクル法、ウエスティングハウス・サイクル法(ハイブリッド・サイクル法ともいう)、又はIspra−Mark 13サイクル法である、上記〈1〉〜〈9〉項のいずれか1項に記載の水素生成方法。
〈11〉上記太陽熱エネルギーを、パラボリックディッシュ型集光装置、ソーラータワー型集光装置、パラボリックトラフ型集光装置、又はそれらの組合せによって得る、上記〈1〉〜〈10〉項のいずれか1項に記載の法。
〈12〉上記反応容器内に、遷移金属、典型金属、及びそれらの酸化物、並びにそれらの組合せからなる群より選択される三酸化硫黄分解触媒が配置されている、上記〈1〉〜〈11〉項のいずれか1項に記載の水素生成方法。
〈13〉上記三酸化硫黄分解触媒が、遷移金属及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも1つの金属とバナジウムとの複合酸化物を含む、上記〈12〉項に記載の方法。
(X1)H2SO4 → H2O + SO2 + 1/2O2
(X1−1)H2SO4 → H2O + SO3
(X1−2)SO3 → SO2 + 1/2O2
太陽熱熱エネルギーは、任意の様式で反応容器に供給できる。
追加の熱エネルギーは、太陽熱エネルギーによる加熱温度よりも高温の任意の熱源によって供給できる。
追加の熱エネルギーを、反応容器内における水素の燃焼によって提供する場合、式(X1−1)及び/又は式(X1−2)の素反応を行わせる反応容器内に水素を供給し、反応容器内容においてこの水素を燃焼させることによって、燃焼熱を供給することができる。
(X1−2’)H2O + SO3 + nH2
←→ (1+n)H2O + SO2 + (1−n)/2O2
追加の熱エネルギーを、反応容器内における電気ヒーター加熱によって提供する場合、反応容器内での加熱に使用できる任意の電気ヒーターを用いることができる。すなわち、熱源として電気ヒーターによる加熱を用いる場合、式(X1−1)及び/又は式(X1−2)の素反応を行わせる反応容器内に電気ヒーターを配置し、電気ヒーターに通電することによって、反応容器内において加熱を行うことができる。
太陽熱エネルギーを用いて水を水素及び酸素に分解することを含む本発明の水素生成方法は、下記式(X1)で示される反応で、硫酸を、水、二酸化硫黄、及び酸素に分解することを含む:
(X1)H2SO4 → H2O + SO2 + 1/2O2
(X1)H2SO4 → H2O + SO2 + 1/2O2
(X2)I2 + SO2 + 2H2O → 2HI + H2SO4
(X3)2HI → H2 + I2
全反応:H2O → H2 + 1/2O2
(X1)H2SO4 → H2O + SO2 + 1/2O2
(X4)SO2 + 2H2O → H2SO3
(X5)H2SO3 + H2O + → H2 + H2SO4(電気分解)
全反応:H2O → H2 + 1/2O2
(X1)H2SO4 → H2O + SO2 + 1/2O2
(X6)2HBr → Br2 + H2
(X7)Br2 + SO2 + 2H2O+ → 2HBr + H2SO4
全反応:H2O → H2 + 1/2O2
本発明の水素生成方法では、式(B1−2)の三酸化硫黄分解反応に必要とされる温度を低下させ、例えば700℃以下程度の温度において、実質的な速度で三酸化硫黄分解反応を進行させるために、反応容器において、三酸化硫黄分解触媒を用いることができる。
三酸化硫黄分解触媒は、例えば、遷移金属及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも1つの金属とバナジウムとの複合酸化物を含む。この複合酸化物を構成する遷移金属及び希土類元素としては、任意の遷移金属及び希土類元素、例えば銅(Cu)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、及びそれらの組合せからなる群より選択される金属を用いることができる。
三酸化硫黄分解触媒の複合酸化物は、担体に担持し、それによって複合酸化物の表面積を大きくし、また使用の間の複合酸化物の表面積の減少を抑制することができる。これに関して使用可能な担体としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア及びそれらの組合せからなる群より選択される担体を挙げることができる。
この実施例では、触媒として銅(Cu)とバナジウム(V)との複合金属酸化物(Cu−V−O)を用いた。
触媒として使用した単身触媒は、それぞれの金属の原子比が1:1である酸化銅及び酸化バナジウムを、乳鉢で粉砕し、良く混合し、アルミナ性るつぼに入れ、そして750℃で12時間にわたって焼成して得た。得られた単身触媒についてのX線回折分析(XRD)結果を図5(a)に示す。
下記のようにして、細孔構造を有する多孔質シリカ担体に複合金属酸化物が担持されている担持触媒を製造した。
担持触媒のための多孔質シリカ担体は、特開2008−12382号公報に記載の方法と類似の方法によって製造した。すなわち、多孔質シリカ担体は、下記のようにして製造した。
複合酸化物は、吸水担持法によって、多孔質シリカ担体に担持した。具体的には、初めに、銅の硝酸塩を水に溶解した水溶液を作り、この水溶液を担体に吸水させ、150℃で乾燥し、350℃で1時間にわたって仮焼成した。次に、メタバナジン酸アンモニウムを水に溶解し、この水溶液を担体に吸水させ、150℃で乾燥し、350℃で1時間にわたって仮焼成した。最後に、得られた担体を600℃で2時間にわたって焼成して、複合酸化物を担持している多孔質シリカ担体を得た。
実施例2では、クロム(Cr)とバナジウム(V)との複合金属酸化物(Cr−V−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において焼成温度を700℃にしたことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒を製造した。
実施例3では、セリウム(Ce)とバナジウム(V)との複合金属酸化物(Ce−V−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において焼成温度を700℃にしたことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒及び担持触媒を製造した。
実施例4では、ジルコニウム(Zr)とバナジウム(V)との複合金属酸化物(Zr−V−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において焼成温度を700℃にしたことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒を製造した。
実施例5では、チタン(Ti)とバナジウム(V)との複合金属酸化物(Ti−V−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において焼成温度を600℃にしたことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒を製造した。
実施例5では、ランタン(La)とバナジウム(V)との複合金属酸化物(La−V−O)を触媒として用いた。ここでは、実施例1と同様にして担持触媒を製造した。
実施例5では、ネオジム(Nd)とバナジウム(V)との複合金属酸化物(Nd−V−O)を触媒として用いた。ここでは、実施例1と同様にして担持触媒を製造した。
比較例1では、亜鉛(Zn)とバナジウム(V)との複合金属酸化物(Zn−V−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において焼成温度を700℃にしたことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒を製造した。
比較例2では、クロム(Cr)の酸化物(Cr−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において複合酸化物の形成のための焼成を行わなかったこと、及び担持触媒の製造において、クロムの担持量を0.24mol/100g−担体としたことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒及び担持触媒を製造した。
比較例3では、鉄(Fe)の酸化物(Fe−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において複合酸化物の形成のための焼成を行わなかったこと、及び担持触媒の製造において、鉄の担持量を0.24mol/100g−担体としたことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒及び担持触媒を製造した。
比較例4では、銅(Cu)の酸化物(Cu−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において複合酸化物の形成のための焼成を行わなかったことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒を製造した。
比較例5では、バナジウム(V)の酸化物(V−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において複合酸化物の形成のための焼成を行わなかったことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒を製造した。
比較例6では、ニッケル(Ni)の酸化物(Ni−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において複合酸化物の形成のための焼成を行わなかったことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒を製造した。
比較例7では、コバルト(Co)の酸化物(Co−O)を触媒として用いた。ここでは、単身触媒の製造において複合酸化物の形成のための焼成を行わなかったことを除いて、実施例1と同様にして単身触媒を製造した。
比較例8で触媒を用いなかった。
参考例では、γ−アルミナ担体に白金を担持して、担持触媒を製造した。ここでは、担持量をPt0.5g/100g−担体とした。
図5に示す固定床流通反応装置を用いて、実施例、比較例及び参考例の単身触媒及び担持触媒について、下記式(X1−2)の三酸化硫黄分解反応の転化率を評価した:
(X1−2)SO3 → SO2 + 1/2O2
(C−1)S(固体) + O2(気体) → SO2(気体)
(C−2)2SO2(気体) + O2(気体) → 2SO3(気体)
(C−3)SO3(気体) + H2O(液体) → H2SO4(液体)
3 硫酸供給部
4 石英製反応管
4a、4b、4c ヒーター
10 触媒床
22 水素添加装置
24 水素
32、34、36 流通式反応容器
52 電気ヒーター
Claims (10)
- 水を水素及び酸素に分解することを含む、水素生成方法であって、
太陽熱エネルギーを用いて、下記式(X1)で示される反応で、硫酸を、水、二酸化硫黄、及び酸素に分解することを含み、
下記式(X1)で示される反応が、下記式(X1−1)及び(X1−2)で示される素反応を含み、
下記式(X1−1)の素反応の少なくとも一部を、太陽熱エネルギーを用いて行わせ、
下記式(X1−2)の素反応の少なくとも一部を、式(X1−1)及び/又は式(X1−2)の素反応を行わせる反応容器内に添加された水素の燃焼により提供される追加の熱エネルギーを用いて行わせ、且つSO 3 のSO 2 への転化で生成される酸素と、前記燃焼後の前記添加された水素の残りとの反応によって、式(X1−2)で示される反応の平衡を二酸化硫黄の生成側に移動させ、
前記追加の熱エネルギーによる加熱温度が、太陽熱エネルギーによる加熱温度よりも10℃以上高く、かつ
前記追加の熱エネルギーの少なくとも一部を、式(X1−1)及び/又は式(X1−2)の素反応を行わせる前記反応容器内で発生させ、且つ前記SO 3 のSO 2 への転化で生成される酸素と、前記添加された水素のうち前記燃焼に用いられなかった残りの水素との反応を、式(X1−2)の素反応を行わせる前記反応容器内で起こす、
水素生成方法:
(X1)H2SO4 → H2O + SO2 + 1/2O2
(X1−1)H2SO4 → H2O + SO3
(X1−2)SO3 → SO2 + 1/2O2 - 前記追加の熱エネルギーを、前記反応容器内での電気ヒーター加熱によってさらに提供する、請求項1に記載の方法。
- 前記添加された水素が、太陽熱エネルギー及び/又は太陽光エネルギーを用いて水を水素及び酸素に分解して得られた水素である、請求項1に記載の方法。
- 前記電気ヒーターのための電力が、太陽熱エネルギー及び/又は太陽光エネルギーから得られた電力である、請求項2に記載の方法。
- 前記反応容器が流通式反応容器であり、かつ前記太陽熱エネルギーを、熱媒体を介して、前記反応容器に供給される硫酸と向流で、前記反応容器に供給する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水素生成方法。
- 前記反応容器が流通式反応容器であり、かつ前記追加の熱エネルギーの少なくとも一部を、前記式(X1−2)の素反応が開始される箇所よりも下流で発生させる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の水素生成方法。
- 前記反応容器が流通式反応容器であり、かつ前記追加の熱エネルギーの少なくとも一部を、前記反応容器の400℃以上の箇所で発生させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の水素生成方法。
- I−Sサイクル法、ウエスティングハウス・サイクル法、又はIspra−Mark 13サイクル法である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の水素生成方法。
- 前記太陽熱エネルギーを、パラボリックディッシュ型集光装置、ソーラータワー型集光装置、パラボリックトラフ型集光装置、又はそれらの組合せによって得る、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反応容器内に、Cu、Cr、Ce、Zr、Ti、La、及びNdからなる群より選択される少なくとも1つの金属とバナジウムとの複合酸化物を含む三酸化硫黄分解触媒が配置されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の水素生成方法。
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010294085A JP5387561B2 (ja) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | 水素生成方法 |
ES11811168.1T ES2555866T3 (es) | 2010-12-28 | 2011-12-07 | Procedimiento de producción de hidrógeno |
PCT/JP2011/078845 WO2012090704A1 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-07 | Hydrogen production process |
US13/996,147 US8961922B2 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-07 | Hydrogen production process |
AU2011351135A AU2011351135B2 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-07 | Hydrogen production process |
MA36109A MA34826B1 (fr) | 2010-12-28 | 2011-12-07 | Procédé de fabrication d'hydrogène |
BR112013016353-4A BR112013016353B1 (pt) | 2010-12-28 | 2011-12-07 | Processo de produqao de hidrogenio |
CN201180063295.1A CN103298734B (zh) | 2010-12-28 | 2011-12-07 | 制氢方法 |
EP11811168.1A EP2643263B1 (en) | 2010-12-28 | 2011-12-07 | Hydrogen production process |
IL227043A IL227043A (en) | 2010-12-28 | 2013-06-19 | Hydrogen production process |
ZA2013/05540A ZA201305540B (en) | 2010-12-28 | 2013-07-22 | Hydrogen production process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010294085A JP5387561B2 (ja) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | 水素生成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012140290A JP2012140290A (ja) | 2012-07-26 |
JP5387561B2 true JP5387561B2 (ja) | 2014-01-15 |
Family
ID=45509598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010294085A Expired - Fee Related JP5387561B2 (ja) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | 水素生成方法 |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8961922B2 (ja) |
EP (1) | EP2643263B1 (ja) |
JP (1) | JP5387561B2 (ja) |
CN (1) | CN103298734B (ja) |
AU (1) | AU2011351135B2 (ja) |
BR (1) | BR112013016353B1 (ja) |
ES (1) | ES2555866T3 (ja) |
IL (1) | IL227043A (ja) |
MA (1) | MA34826B1 (ja) |
WO (1) | WO2012090704A1 (ja) |
ZA (1) | ZA201305540B (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5387561B2 (ja) * | 2010-12-28 | 2014-01-15 | トヨタ自動車株式会社 | 水素生成方法 |
JP5767093B2 (ja) * | 2011-11-29 | 2015-08-19 | トヨタ自動車株式会社 | 三酸化硫黄分解用触媒、及び水素生成方法 |
WO2015019473A1 (ja) * | 2013-08-08 | 2015-02-12 | トヨタ自動車株式会社 | アンモニア合成方法 |
JP2015120116A (ja) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | トヨタ自動車株式会社 | 三酸化硫黄分解触媒及びその製造方法並びにそれを用いた水素生成方法 |
JP7468859B2 (ja) * | 2020-03-13 | 2024-04-16 | 三菱重工業株式会社 | 水素製造プラント |
CN112142001A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-29 | 山东大学 | 一种基于高效光能利用的碘硫循环制氢方法及系统 |
CN112827432B (zh) * | 2021-01-06 | 2021-12-10 | 清华大学 | 一种不均匀分布催化剂床加回流多管和螺纹外壁面的硫酸分解管 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4330523A (en) * | 1976-02-25 | 1982-05-18 | Westinghouse Electric Corp. | Decomposition of water |
US4440733A (en) * | 1980-11-06 | 1984-04-03 | California Institute Of Technology | Thermochemical generation of hydrogen and carbon dioxide |
US5851265A (en) * | 1996-09-03 | 1998-12-22 | Monsanto Company | Selective removal and recovery of sulfur dioxide from effluent gases using organic phosphorous solvents |
JP3708924B2 (ja) * | 2003-01-30 | 2005-10-19 | 核燃料サイクル開発機構 | 熱・電気併用による化学的水素製造方法 |
JP2005041764A (ja) | 2003-07-04 | 2005-02-17 | Japan Atom Energy Res Inst | ヨウ素と二酸化イオウを用いた水の熱化学分解により効率的に水素を製造する方法 |
US20050000825A1 (en) | 2003-07-04 | 2005-01-06 | Japan Atomic Energy Research Institute | Process for efficient hydrogen production by thermochemical water splitting using iodine and sulfur dioxide |
WO2006093441A1 (en) * | 2005-03-02 | 2006-09-08 | St. Jude Medical Ab | Metal-vanadium-oxide-product and producing process |
JP4840900B2 (ja) * | 2005-06-02 | 2011-12-21 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 | 熱化学水素製造方法及び熱化学水素製造装置 |
JP4635205B2 (ja) | 2006-02-14 | 2011-02-23 | 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 | 負荷変動に対応可能な原子力発電システム |
US7543456B2 (en) * | 2006-06-30 | 2009-06-09 | Airgenerate Llc | Heat pump liquid heater |
JP5076377B2 (ja) | 2006-07-03 | 2012-11-21 | トヨタ自動車株式会社 | 排ガス浄化触媒 |
US8272216B2 (en) * | 2008-02-22 | 2012-09-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for converting solar thermal energy |
JP5387561B2 (ja) * | 2010-12-28 | 2014-01-15 | トヨタ自動車株式会社 | 水素生成方法 |
-
2010
- 2010-12-28 JP JP2010294085A patent/JP5387561B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-12-07 AU AU2011351135A patent/AU2011351135B2/en not_active Ceased
- 2011-12-07 CN CN201180063295.1A patent/CN103298734B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-12-07 WO PCT/JP2011/078845 patent/WO2012090704A1/en active Application Filing
- 2011-12-07 US US13/996,147 patent/US8961922B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2011-12-07 EP EP11811168.1A patent/EP2643263B1/en not_active Not-in-force
- 2011-12-07 MA MA36109A patent/MA34826B1/fr unknown
- 2011-12-07 BR BR112013016353-4A patent/BR112013016353B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2011-12-07 ES ES11811168.1T patent/ES2555866T3/es active Active
-
2013
- 2013-06-19 IL IL227043A patent/IL227043A/en active IP Right Grant
- 2013-07-22 ZA ZA2013/05540A patent/ZA201305540B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BR112013016353A2 (pt) | 2018-09-18 |
AU2011351135B2 (en) | 2015-07-16 |
US8961922B2 (en) | 2015-02-24 |
US20130330269A1 (en) | 2013-12-12 |
CN103298734B (zh) | 2016-02-03 |
EP2643263A1 (en) | 2013-10-02 |
JP2012140290A (ja) | 2012-07-26 |
ES2555866T3 (es) | 2016-01-11 |
WO2012090704A1 (en) | 2012-07-05 |
ZA201305540B (en) | 2015-01-28 |
CN103298734A (zh) | 2013-09-11 |
AU2011351135A1 (en) | 2013-08-01 |
EP2643263B1 (en) | 2015-10-28 |
MA34826B1 (fr) | 2014-01-02 |
IL227043A (en) | 2017-03-30 |
BR112013016353B1 (pt) | 2020-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5387561B2 (ja) | 水素生成方法 | |
JP5497688B2 (ja) | 三酸化硫黄分解用触媒、及び水素生成方法 | |
JP5490074B2 (ja) | 三酸化硫黄分解用触媒、及び水素生成方法 | |
Yousefi Rizi et al. | Green hydrogen production technologies from ammonia cracking | |
WO2015019473A1 (ja) | アンモニア合成方法 | |
CN108144621B (zh) | 适用于页岩气与二氧化碳催化重整制备合成气的催化剂及其制备方法 | |
JP5821777B2 (ja) | アンモニア合成方法 | |
JP5767093B2 (ja) | 三酸化硫黄分解用触媒、及び水素生成方法 | |
JP2019034277A (ja) | 担持触媒、二酸化硫黄の生成方法、及び水素生成方法 | |
Yousefi Rizi et al. | Green Hydrogen Production Technologies from Ammonia Cracking. Energies 2022, 15, 8246 | |
Hossein Ali et al. | Green Hydrogen Production Technologies from Ammonia Cracking. | |
Leba | CO2 reforming of CH4 over structured ni-based catalysts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130611 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130808 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130910 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130923 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5387561 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |