JP7116397B2 - Dry water electrolysis hydrogen gas production method and absorption liquid - Google Patents
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Description
本発明は、乾燥水電解水素ガスの製造方法及び吸収液に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing dry water electrolyzed hydrogen gas and an absorbent.
水素自動車の燃料、燃料電池車の燃料などの用途で水素ガスの需要が増大している。例えば燃料電池車用の水素ステーションでは高圧水素ガスを燃料電池車に充填する際に断熱膨脹により低温になる部分があるため、水素ガスに水分が多いと、その低温部で水蒸気が凝縮、凝固して、配管が閉塞するなどの問題が生じる恐れがある。そのため、用いる水素ガスの露点は低いほど望ましい。水素ガスの純度や露点に関する規格として、G1グレードでは、純度が99.99999体積%超で、窒素含有量が0.05体積ppm未満、露点が-80℃未満と規定し、G2グレードでは、純度が99.999体積%超で、窒素含有量が5体積ppm未満、露点が-70℃以下と規定する。 Demand for hydrogen gas is increasing for applications such as fuel for hydrogen vehicles and fuel for fuel cell vehicles. For example, in a hydrogen station for a fuel cell vehicle, there is a portion that becomes low temperature due to adiabatic expansion when high pressure hydrogen gas is filled into the fuel cell vehicle. problems such as clogging of pipes may occur. Therefore, it is desirable that the dew point of hydrogen gas to be used is as low as possible. As standards for the purity and dew point of hydrogen gas, the G1 grade specifies that the purity is more than 99.99999% by volume, the nitrogen content is less than 0.05 volume ppm, and the dew point is less than -80 ° C., and the G2 grade specifies that the purity is greater than 99.999% by volume, the nitrogen content is less than 5 ppm by volume, and the dew point is −70° C. or lower.
一方、水素の製造方法としては、アルカリ水電解、固体高分子型水電解などの、水を電解して水素を製造する方法がある。水電解による水素の製造は、太陽光、風力などの再生可能エネルギーによって得られる発電電力を用いることができ有益である。しかし、水電解によって得られる水素には原料の水由来の水分が混入するため、この水分を除去することが必要であり、除湿プロセスの研究がなされている。 On the other hand, as a method for producing hydrogen, there are methods for producing hydrogen by electrolyzing water, such as alkaline water electrolysis and solid polymer water electrolysis. Production of hydrogen by water electrolysis is beneficial because it can use power generated by renewable energy sources such as sunlight and wind power. However, since the hydrogen obtained by water electrolysis contains moisture derived from the raw material water, it is necessary to remove this moisture, and dehumidification processes have been studied.
例えば、特許文献1では、本発明者らは、水を電解して水電解ガスを得る水電解ガス生成工程と、前記水電解ガス生成工程で得られた、原料水由来の水蒸気を含有する水電解ガスと、イオン液体を含有する吸収液とを接触させて、水蒸気を選択的に前記吸収液に吸収させる吸収工程と、前記吸収工程で湿度の減少した乾燥水電解ガスと、水蒸気を吸収した富吸収液を気液分離する分離工程と、を含む乾燥水電解ガスの製造方法を開示した。
For example, in
気体の一般的な除湿プロセスとしては、水蒸気を含む混合気体をチラーで冷却して露点を下げるプロセス、水蒸気を含む混合気体を吸着剤や吸収液に接触させるプロセスなどがある。 General gas dehumidification processes include a process of cooling a mixed gas containing water vapor with a chiller to lower the dew point, a process of contacting a mixed gas containing water vapor with an adsorbent or an absorbent, and the like.
しかしながら、前者の除湿プロセスを水電解水素ガスに適用すると、除去対象の水だけでなく、水電解水素ガスそのものも冷却しなければならず、余分にエネルギーが必要となる。また、水電解水素ガスの水素ガスは、除湿後に圧縮し、貯蔵や運搬することが多いが、冷却による水素ガスの分圧低下は、その後の圧縮工程の圧縮エネルギーの増加に繋がり、エネルギー的に不利となる。 However, if the former dehumidification process is applied to the water-electrolyzed hydrogen gas, not only the water to be removed but also the water-electrolyzed hydrogen gas itself must be cooled, requiring extra energy. In addition, the hydrogen gas of the water electrolysis hydrogen gas is often compressed after dehumidification and stored or transported. disadvantageous.
後者の除湿プロセスには、固体吸着剤と液体の吸収液を用いる方法がある。ゼオライトなどの固体吸着剤を用いて除湿を行う場合、水分を吸収した固体吸着剤の再生には、高温(~200℃)で加熱処理する必要がある。そのため、この除湿プロセスを水分の量が多い水電解水素ガスに適用すると、必要とされるエネルギーが多大となる。また、一般に固体吸着剤による除湿はバッチ処理(2筒あるいは多筒式)が行われている。このバッチ処理は、その都度バッチ処理部の装置全体を加熱し、その後に冷却する必要がある。そしてこの処理においては熱交換が困難であるので、吸着剤のみならず装置そのものを昇温および冷却する必要があり、エネルギーが多大となる。 The latter dehumidification process includes a method using a solid adsorbent and a liquid absorption liquid. When dehumidification is performed using a solid adsorbent such as zeolite, heat treatment at a high temperature (up to 200° C.) is required to regenerate the solid adsorbent that has absorbed moisture. Therefore, if this dehumidification process is applied to water-electrolyzed hydrogen gas with a large amount of water, a large amount of energy is required. In general, dehumidification using a solid adsorbent is performed in a batch process (two-cylinder or multi-cylinder system). This batch processing requires heating of the entire apparatus of the batch processing section each time, followed by cooling. Since heat exchange is difficult in this treatment, it is necessary to heat and cool not only the adsorbent but also the apparatus itself, which consumes a large amount of energy.
液体の吸収液を用いる場合には、水リッチな吸収液を再生塔に送り込み、吸収された水を除去して、再生したリーン吸収液を吸収塔に戻して、再使用することが可能である。この場合には、再生塔は所定の温度に保てば良く、昇温および冷却を繰り返す必要はない。くわえて、低温の水リッチな吸収液と高温のリーン吸収液との間などで熱交換が容易である。吸収液としては、トリエチレングリコール(以下「TEG」と略記することがある。)がガス吸収液や空気調湿液として知られている。しかし、水電解水素ガスの除湿プロセスにTEGを吸収液として用いようとすると、吸収液自体が蒸気圧を有しており、水素の高純度化の妨げになる。また、TEGは、可燃性であり、水素ガスと併用するには不適であるなどの他の課題もある。 When a liquid absorption liquid is used, it is possible to feed the water-rich absorption liquid into the regeneration tower, remove the absorbed water, and return the regenerated lean absorption liquid to the absorption tower for reuse. . In this case, the regeneration tower may be kept at a predetermined temperature, and there is no need to repeat heating and cooling. In addition, heat exchange is facilitated, such as between a cold, water-rich absorbent and a hot, lean absorbent. As the absorbing liquid, triethylene glycol (hereinafter sometimes abbreviated as "TEG") is known as a gas absorbing liquid or an air humidity conditioning liquid. However, if an attempt is made to use TEG as an absorbent for the dehumidification process of water electrolysis hydrogen gas, the absorbent itself has a vapor pressure, which hinders the purification of hydrogen. TEG also has other problems, such as being flammable and unsuitable for use with hydrogen gas.
したがって、本発明の課題は、水電解により製造された、高湿度な水電解水素ガスから、効率良く乾燥水電解水素ガスを製造する方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for efficiently producing dry water-electrolyzed hydrogen gas from high-humidity water-electrolyzed hydrogen gas produced by water electrolysis.
本発明者らは、前記課題を達成すべく鋭意検討を行った結果、水電解によって製造された高湿度の水電解水素ガスの除湿には、イオン液体に無機塩を添加した吸収液が有用であることを見出した。本発明者らは、これらの知見に基づき本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention conducted intensive studies to achieve the above object, and found that an absorption liquid obtained by adding an inorganic salt to an ionic liquid is useful for dehumidifying high-humidity water-electrolyzed hydrogen gas produced by water electrolysis. I found something. The present inventors have completed the present invention based on these findings.
前記課題を解決するため、本発明の乾燥水電解水素ガスの製造方法は、
水を電解して、水素と原料水由来の水蒸気とを含有する湿潤水電解水素ガスを得る水素生成工程と、
前記湿潤水電解水素ガスと、イオン液体と無機塩とを含有する吸収液とを接触させ前記水蒸気を選択的に前記吸収液に吸収させて、湿度の減少した乾燥水電解水素ガスと水蒸気を吸収した富吸収液とを得る吸収工程と、
前記乾燥水電解水素ガスと、前記富吸収液を気液分離する分離工程と、
を含み、
前記無機塩は、炭素を含まない酸、炭酸、酢酸、蟻酸、シアン酸、又はシアン化水素酸のアニオンと、無機化合物のカチオンとからなる塩(前記イオン液体を除く)である。
In order to solve the above problems, the method for producing dry water electrolysis hydrogen gas of the present invention comprises:
a hydrogen generation step of electrolyzing water to obtain wet water electrolysis hydrogen gas containing hydrogen and water vapor derived from raw water;
The wet water electrolyzed hydrogen gas is brought into contact with an absorption liquid containing an ionic liquid and an inorganic salt to selectively absorb the water vapor into the absorption liquid, thereby absorbing the dry water electrolyzed hydrogen gas with reduced humidity and the water vapor. an absorption step for obtaining a rich absorbent solution;
a separation step of gas-liquid separation of the dry water electrolysis hydrogen gas and the rich absorbent;
including
The inorganic salt is a salt (excluding the ionic liquid) composed of an anion of a carbon-free acid, carbonic acid, acetic acid, formic acid, cyanic acid, or hydrocyanic acid and a cation of an inorganic compound .
前記無機塩は、前記イオン液体に均一に溶解しうる無機の塩であり、前記イオン液体に対する前記無機塩の含有量は、前記イオン液体の常温における溶解度以下である、と好ましい。 Preferably, the inorganic salt is an inorganic salt that can be uniformly dissolved in the ionic liquid, and the content of the inorganic salt in the ionic liquid is equal to or less than the solubility of the ionic liquid at room temperature.
前記無機塩は、酢酸リチウム、酢酸カルシウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、硝酸リチウム又は硝酸カルシウムである、と好ましい。 Preferably, the inorganic salt is lithium acetate, calcium acetate, lithium chloride, calcium chloride, lithium nitrate or calcium nitrate.
前記イオン液体は、ホスホニウム類とリン酸エステルイオンとからなる塩である、と好ましい。 Preferably, the ionic liquid is a salt composed of phosphoniums and phosphate ester ions.
前記イオン液体は、式(1)で表される、と好ましい。
前記富吸収液から水分を除去して前記吸収液を再生させる再生工程を更に含み、
前記再生工程は、前記富吸収液と乾燥ガスとを接触させる方法、前記富吸収液を加熱する方法、及び/又は前記富吸収液を減圧する方法、であると好ましい。
further comprising a regeneration step of removing water from the rich absorbent to regenerate the absorbent;
The regeneration step is preferably a method of contacting the rich absorbent with a dry gas, a method of heating the rich absorbent, and/or a method of reducing the pressure of the rich absorbent.
前記再生工程は、前記富吸収液と乾燥ガスとを接触させる方法であり、前記乾燥ガスは、前記分離工程で気液分離された前記乾燥水電解水素ガスの一部である、と好ましい。 Preferably, the regeneration step is a method of contacting the rich absorbent with a dry gas, and the dry gas is a part of the dry water-electrolyzed hydrogen gas separated from gas and liquid in the separation step.
前記再生工程は、100℃以下で行う、と好ましい。 It is preferable that the regeneration step is performed at 100° C. or lower.
また、本発明の吸収液は、式(1)で表されるイオン液体と、無機塩とを含有し、
前記無機塩は、炭素を含まない酸、炭酸、酢酸、蟻酸、シアン酸、又はシアン化水素酸のアニオンと、無機化合物のカチオンとからなる塩(前記イオン液体を除く)である。
The inorganic salt is a salt (excluding the ionic liquid) composed of an anion of a carbon-free acid, carbonic acid, acetic acid, formic acid, cyanic acid, or hydrocyanic acid and a cation of an inorganic compound .
前記無機塩は、酢酸リチウム、酢酸カルシウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、硝酸リチウム又は硝酸カルシウムである、と好ましい。 Preferably, the inorganic salt is lithium acetate, calcium acetate, lithium chloride, calcium chloride, lithium nitrate or calcium nitrate.
本発明により、水電解により製造された、高湿度な水電解水素ガスから、効率良く乾燥水電解水素ガスを製造する方法が提供される。 The present invention provides a method for efficiently producing dry water-electrolyzed hydrogen gas from high-humidity water-electrolyzed hydrogen gas produced by water electrolysis.
本発明の乾燥水電解水素ガスの製造方法は、水を電解して、水素と原料水由来の水蒸気とを含有する湿潤水電解水素ガスを得る水素生成工程と、前記湿潤水電解水素ガスと、有機塩のイオン液体と無機塩とを含有する吸収液とを接触させ前記水蒸気を選択的に前記吸収液に吸収させて、湿度の減少した乾燥水電解水素ガスと水蒸気を吸収した富吸収液とを得る吸収工程と、前記乾燥水電解水素ガスと、前記富吸収液を気液分離する分離工程と、を含む。 The method for producing dry water electrolyzed hydrogen gas of the present invention includes a hydrogen generation step of electrolyzing water to obtain wet water electrolyzed hydrogen gas containing hydrogen and water vapor derived from raw water, the wet water electrolyzed hydrogen gas, The ionic liquid of the organic salt and the absorbing liquid containing the inorganic salt are brought into contact with each other to selectively absorb the water vapor into the absorbing liquid, resulting in a dry water electrolyzed hydrogen gas with reduced humidity and a rich absorbing liquid with the water vapor absorbed. and a separation step of separating gas and liquid from the dry water electrolysis hydrogen gas and the rich absorbent.
(水素生成工程)
本発明に係る水素生成工程では、水を電解して、水素と原料水由来の水蒸気とを含有する湿潤水電解水素ガスを得る。水の電解方法は、水素が発生する方法であれば特に限定されないが、アルカリ水電解、固体高分子型水電解、高温水蒸気電解などが挙げられる。
(Hydrogen generation step)
In the hydrogen generation step according to the present invention, water is electrolyzed to obtain electrolyzed wet water hydrogen gas containing hydrogen and water vapor derived from raw water. The method of electrolyzing water is not particularly limited as long as it generates hydrogen, and examples thereof include alkaline water electrolysis, solid polymer water electrolysis, and high-temperature steam electrolysis.
アルカリ水電解は、通常、電解質として水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液を用いる。アルカリ水電解では、陰極側で、水から水素と水酸化物イオンが得られ、陽極側で、水酸化物イオンから水と酸素が得られる。陽極側(アノード側)で酸素が得られ、陰極側(カソード側)で水素が得られるので、水素は、酸素と別に得ることができるが、蒸気圧分の高湿度で水を含む。アルカリ水電解の電解温度は、通常室温~200℃、好ましくは70℃~90℃である。高温であると電極反応速度が向上する傾向にある。 Alkaline water electrolysis usually uses an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution as an electrolyte. In alkaline water electrolysis, hydrogen and hydroxide ions are obtained from water on the cathode side, and water and oxygen are obtained from the hydroxide ions on the anode side. Since oxygen is obtained on the anode side and hydrogen is obtained on the cathode side, the hydrogen can be obtained separately from the oxygen, but contains water at a high humidity corresponding to the vapor pressure. The electrolysis temperature for alkaline water electrolysis is usually room temperature to 200°C, preferably 70°C to 90°C. If the temperature is high, the electrode reaction rate tends to improve.
固体高分子型水電解は、通常、電解質膜としてフッ素樹脂系カチオン膜などの、プロトン型のカチオン膜を用いる。固体高分子型水電解では、陽極側に水を供給すると酸素と水素イオンが生成する。この水素イオンは膜中を通り陰極側に移動し、電子を得て水素となる。水素イオンの膜中の移動に伴い、水も親和水として陰極側に移動する。陰極側で、発生したガスと移動した水を気液分離して、水素ガスが得られる。水素は、酸素と別に得ることができるが、蒸気圧分の高湿度で水を含む。固体高分子型水電解の電解温度は、通常60℃~100℃である。 Proton-type cation membranes such as fluororesin-based cation membranes are usually used as electrolyte membranes in solid polymer type water electrolysis. In solid polymer type water electrolysis, when water is supplied to the anode side, oxygen and hydrogen ions are generated. These hydrogen ions pass through the film and move to the cathode side, acquire electrons, and become hydrogen. As the hydrogen ions move through the membrane, water also moves to the cathode side as affinity water. Hydrogen gas is obtained by gas-liquid separation of the generated gas and the transferred water on the cathode side. Hydrogen, which can be obtained separately from oxygen, contains water at a high humidity relative to its vapor pressure. The electrolysis temperature of solid polymer type water electrolysis is usually 60°C to 100°C.
高温水蒸気電解は、アルカリ水電解を改良したものであり、電解質として酸化ジルコニウム等の固体電解質を用いる。高温水蒸気電解では、陰極側に供給された水蒸気の一部が水素と酸化物イオンになり、水素と水蒸気の混合ガスが得られる。酸化物イオンは電解質の膜中を移動して陽極側で酸素になる。従って、水素は、酸素と別に得ることができるが、未反応の水蒸気との混合ガスとして得られ、高湿度で水を含む。高温水蒸気電解の電解温度は、例えば500℃以上や700℃以上、1000℃以下である。 High-temperature steam electrolysis is an improvement of alkaline water electrolysis, and uses a solid electrolyte such as zirconium oxide as an electrolyte. In high-temperature steam electrolysis, part of the steam supplied to the cathode side becomes hydrogen and oxide ions, and a mixed gas of hydrogen and steam is obtained. Oxide ions migrate through the electrolyte membrane and become oxygen on the anode side. Hydrogen can thus be obtained separately from oxygen, but as a mixed gas with unreacted water vapor, containing water at high humidity. The electrolysis temperature of high-temperature steam electrolysis is, for example, 500° C. or higher, 700° C. or higher, or 1000° C. or lower.
このように、本発明に係る水素生成工程では、水素ガスは、水素と原料水由来の水蒸気とを含有する湿潤水電解水素ガスとして得られる。 Thus, in the hydrogen generation step according to the present invention, hydrogen gas is obtained as wet water electrolysis hydrogen gas containing hydrogen and water vapor derived from raw water.
(吸収工程)
本発明に係る吸収工程では、前記の水素生成工程で得られた湿潤水電解水素ガスと、吸収液とを接触させる。本発明に用いる吸収液は、有機塩のイオン液体と無機塩とを含有する。湿潤水電解水素ガス中の水蒸気は、吸収液に選択的に吸収され、湿度の減少した乾燥水電解水素ガスと、水蒸気を吸収した富吸収液が得られる。本明細書では、水蒸気を吸収した吸収液を、吸収前の吸収液と区別するために「富吸収液」あるいは「水リッチな吸収液」と呼ぶことがある。
(Absorption process)
In the absorption step according to the present invention, the wet water electrolysis hydrogen gas obtained in the hydrogen generation step is brought into contact with the absorption liquid. The absorption liquid used in the present invention contains an ionic liquid of an organic salt and an inorganic salt. The water vapor in the wet water electrolyzed hydrogen gas is selectively absorbed by the absorbent to obtain the dry water electrolyzed hydrogen gas with reduced humidity and the rich absorbent with the water vapor absorbed. In this specification, the absorbing liquid that has absorbed water vapor is sometimes referred to as a "rich absorbing liquid" or a "water-rich absorbing liquid" to distinguish it from the absorbing liquid before absorption.
(イオン液体)
本発明に用いるイオン液体は、カチオンとアニオンからなり、100℃、大気圧で液体の塩である。本発明に係るイオン液体は、特に室温(25℃)で液体であると好ましい。すなわち、本発明に係るイオン液体の融点は、100℃以下であれば特に限定されないが、50℃未満であると好ましく、25℃未満であるとより好ましく、10℃未満であると特に好ましい。このイオン液体には、微量の水分を含むことで融点が100℃以下になるものも含むことができる。また、本発明に係るイオン液体の融点の下限は、特に限定されない。なお、イオン液体は融点以下でも過冷却となり液体状態をとることが多く、そのような液体状態を保持できれば融点が高くとも限定されない。
(ionic liquid)
The ionic liquid used in the present invention is a salt that consists of a cation and an anion and is liquid at 100° C. under atmospheric pressure. The ionic liquid according to the present invention is preferably liquid especially at room temperature (25° C.). That is, the melting point of the ionic liquid according to the present invention is not particularly limited as long as it is 100°C or lower, but it is preferably less than 50°C, more preferably less than 25°C, and particularly preferably less than 10°C. The ionic liquid may also contain a liquid having a melting point of 100° C. or less by containing a trace amount of water. Moreover, the lower limit of the melting point of the ionic liquid according to the present invention is not particularly limited. Note that the ionic liquid is often supercooled and takes a liquid state even below the melting point, and the melting point is not limited even if the melting point is high as long as such a liquid state can be maintained.
本発明に用いるイオン液体を構成するカチオンとアニオンは、その両方又は、いずれか一方が有機化合物であると好ましい。 Both or one of the cations and anions constituting the ionic liquid used in the present invention is preferably an organic compound.
本発明に用いるイオン液体を構成するアニオンは、特に限定されないが、オキソ酸イオンであると好ましい。本明細書においてオキソ酸とは、酸素を含む無機又は有機の酸である。 The anion that constitutes the ionic liquid used in the present invention is not particularly limited, but is preferably an oxoacid ion. As used herein, an oxoacid is an inorganic or organic acid containing oxygen.
オキソ酸としては例えば、カルボン酸、硝酸、硫酸、スルホン酸、リン酸エステル、リン酸、ホスホン酸エステル、ホスホン酸が挙げられる。 Oxoacids include, for example, carboxylic acids, nitric acids, sulfuric acids, sulfonic acids, phosphoric acid esters, phosphoric acid, phosphonic acid esters, and phosphonic acids.
カルボン酸イオンは、式1で表されるアニオンである。
カルボン酸のより具体的な例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、オレイン酸、安息香酸、乳酸、トリフルオロ酢酸、ヘプタフルオロ酪酸が挙げられる。中でも、酢酸、トリフルオロ酢酸が好ましい。 More specific examples of carboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, oleic acid, benzoic acid, lactic acid, trifluoroacetic acid and heptafluorobutyric acid. Among them, acetic acid and trifluoroacetic acid are preferred.
スルホン酸イオンは、式2で表されるアニオンである。
リン酸エステルイオン及びリン酸イオンは、式3で表されるアニオンである。
ホスホン酸エステルイオン及びホスホン酸イオンは、式4で表されるアニオンである。
これらのアニオンの中でも、リン酸エステルイオンが好ましく、ホスフェートがより好ましく、ジメチルホスフェートが特に好ましい。 Among these anions, phosphate ions are preferred, phosphate is more preferred, and dimethyl phosphate is particularly preferred.
本発明に係るイオン液体を構成するカチオンは、特に限定されないが、例えばイミダゾリウム類、ピロリジニウム類、ピペリジニウム類、ピリジニウム類、モルホリニウム類、アンモニウム類、ホスホニウム類、スルホニウム類が挙げられる。 Cations constituting the ionic liquid according to the present invention are not particularly limited, but examples include imidazoliums, pyrrolidiniums, piperidiniums, pyridiniums, morpholiniums, ammoniums, phosphoniums, and sulfoniums.
これらのカチオンの中でも、ホスホニウム類が好ましく、メチルトリブチルホスホニウムがより好ましい。 Among these cations, phosphoniums are preferred, and methyltributylphosphonium is more preferred.
本発明に係るイオン液体において、前述のカチオンとアニオンの組合せは、塩がイオン液体になるものであれば特に限定されないが、より具体的には、メチルトリブチルホスホニウムとジメチルホスフェートの組み合わせが好ましい。吸収液が、イオン液体としてメチルトリブチルホスホニウム ジメチルホスフェートを含有していると、トリエチレングリコールを単独で用いた吸収液に比べて除湿量が2倍以上となり、好ましい。 In the ionic liquid according to the present invention, the combination of the aforementioned cation and anion is not particularly limited as long as the salt becomes an ionic liquid. More specifically, a combination of methyltributylphosphonium and dimethylphosphate is preferred. When the absorbing liquid contains methyltributylphosphonium dimethyl phosphate as the ionic liquid, the amount of dehumidification is doubled or more compared to the absorbing liquid using triethylene glycol alone, which is preferable.
本発明に係るイオン液体は、市販のものを入手することができ、または公知の方法により製造することができる。例えば、前記のメチルトリブチルホスホニウム ジメチルホスフェートは、商品名「ヒシコーリンPX-4MP」(日本化学工業株式会社製)として入手することができる。 The ionic liquid according to the present invention is commercially available or can be produced by a known method. For example, the aforementioned methyltributylphosphonium dimethylphosphate is available under the trade name of "Hishicolin PX-4MP" (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd.).
(無機塩)
本発明に係る無機塩は、無機化合物のアニオンと無機化合物のカチオンとからなる塩であり、前述のイオン液体を除く化合物である。具体的には、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、クロム酸などの炭素を含まない酸、炭酸、酢酸、シアン酸、シアン化水素酸などの無機酸のアニオンと、金属イオンのカチオンとからなる塩であって、100℃、大気圧で非液体の化合物が挙げられる。
(Inorganic salt)
The inorganic salt according to the present invention is a salt composed of an anion of an inorganic compound and a cation of an inorganic compound, and is a compound other than the aforementioned ionic liquid. Specifically, it is a salt composed of an anion of a carbon-free acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, and chromic acid, an inorganic acid such as carbonic acid, acetic acid, cyanic acid, and hydrocyanic acid, and a cation of a metal ion. There are compounds that are non-liquid at 100° C. and atmospheric pressure.
無機塩のカチオンは、無機のカチオンであれば特に限定されないが、金属カチオンであると好ましく、アルカリ金属カチオン及びアルカリ土類金属カチオンが好ましく、リチウムイオン及びカルシウムイオンが好ましい。 The cation of the inorganic salt is not particularly limited as long as it is an inorganic cation, but is preferably a metal cation, preferably an alkali metal cation or an alkaline earth metal cation, and more preferably a lithium ion or a calcium ion.
無機塩のアニオンは、無機酸のアニオンであれば、特に限定されないが、ハロゲン、酢酸、蟻酸、炭酸、硝酸、硫酸、硝酸、リン酸、クロム酸、シアン酸、シアン化水素酸のアニオンなどが挙げられる。中出も、ハロゲン、硝酸、酢酸のアニオンが好ましく、塩酸、硝酸、酢酸のアニオンが好ましい。 The anion of the inorganic salt is not particularly limited as long as it is an anion of an inorganic acid. Examples thereof include anions of halogen, acetic acid, formic acid, carbonic acid, nitric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, chromic acid, cyanic acid, and hydrocyanic acid. . Halogen, nitric acid, and acetic acid anions are preferred, and hydrochloric acid, nitric acid, and acetic acid anions are preferred.
本発明に係る無機塩の具体例としては、前述の無機のカチオンと前述の無機酸のアニオンを組み合わせたものが挙げられるが、より具体的には、酢酸リチウム、酢酸カリウム、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム等の酢酸塩;塩化リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどの塩化物塩;臭化リチウム、臭化カリウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウムなどの臭化物塩;硝酸リチウム、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウムなどの硝酸塩などが挙げられる。中でも、リチウム塩及びカルシウム塩、並びに酢酸塩、塩化物塩、臭化物塩、硝酸塩が好ましく、酢酸リチウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、塩化リチウム、硝酸カルシウム、臭化リチウムがより好ましく、酢酸リチウム、塩化カルシウム、塩化リチウム、硝酸リチウム、硝酸カルシウムが特に好ましい。 Specific examples of the inorganic salt according to the present invention include a combination of the inorganic cation described above and the anion of the inorganic acid described above. More specifically, lithium acetate, potassium acetate, potassium acetate, magnesium acetate , acetate salts such as calcium acetate; chloride salts such as lithium chloride, potassium chloride, sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, calcium chloride, magnesium chloride; lithium bromide, potassium bromide, sodium bromide, potassium bromide, bromide salts such as magnesium bromide, calcium bromide and magnesium bromide; and nitrates such as lithium nitrate, potassium nitrate, sodium nitrate, potassium nitrate, magnesium nitrate, calcium nitrate and magnesium nitrate. Among them, lithium salts and calcium salts, as well as acetates, chloride salts, bromide salts and nitrates are preferred, lithium acetate, calcium acetate, calcium chloride, lithium chloride, calcium nitrate and lithium bromide are more preferred, lithium acetate and calcium chloride , lithium chloride, lithium nitrate and calcium nitrate are particularly preferred.
(吸収液)
本発明に係る吸収液中のイオン液体と無機塩との組み合わせは特に限定されないが、無機塩がイオン液体に均一に溶解しうる無機塩であると好ましく、無機塩がイオン液体中に使用温度で均一に溶解または分散しうるものであるとより好ましい。具体的には、イオン液体としてのメチルトリブチルホスホニウム ジメチルホスフェートと、無機塩としての酢酸リチウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、塩化リチウム、硝酸カルシウム、硝酸リチウム又は臭化リチウムの組み合わせが好ましく、イオン液体としてのメチルトリブチルホスホニウム ジメチルホスフェートと、無機塩としての酢酸リチウム、塩化カルシウム又は塩化リチウムの組み合わせがより好ましい。
(Absorbing liquid)
The combination of the ionic liquid and the inorganic salt in the absorption liquid according to the present invention is not particularly limited, but it is preferable that the inorganic salt is an inorganic salt that can be uniformly dissolved in the ionic liquid. It is more preferable that it can be uniformly dissolved or dispersed. Specifically, a combination of methyltributylphosphonium dimethyl phosphate as the ionic liquid and lithium acetate, calcium acetate, calcium chloride, lithium chloride, calcium nitrate, lithium nitrate or lithium bromide as the inorganic salt is preferable. A combination of methyltributylphosphonium dimethylphosphate and lithium acetate, calcium chloride or lithium chloride as inorganic salts is more preferred.
本発明に係る吸収液中のイオン液体と無機塩との含有割合は特に限定されないが、吸収液が流動性を有するように、イオン液体に無機塩が使用温度で均一に溶解または分散しうる割合であると好ましく、イオン液体の常温における溶解度以下であるとより好ましく、イオン液体に無機塩が使用温度で均一に溶解しうる割合であると特に好ましい。ここで常温とは、例えば20℃±15℃をいう(JIS Z8703)。含有割合がこの範囲にあると、吸収液は循環性に優れ、吸収及び放出の速度が速い点で好ましい。 The content ratio of the ionic liquid and the inorganic salt in the absorbing liquid according to the present invention is not particularly limited, but the ratio at which the inorganic salt can be uniformly dissolved or dispersed in the ionic liquid at the operating temperature so that the absorbing liquid has fluidity. It is more preferable that it is equal to or less than the solubility of the ionic liquid at room temperature, and it is particularly preferable that the inorganic salt is uniformly dissolved in the ionic liquid at the temperature of use. Here, normal temperature means, for example, 20° C.±15° C. (JIS Z8703). When the content ratio is within this range, the absorbing liquid is excellent in circulating properties and is preferable in that the speed of absorption and release is high.
本発明に係る吸収液に用いられる無機塩は、単独で空気や有機溶媒用の乾燥剤として用いられているものもあるが、それらの乾燥剤は固体であり流動性に劣る場合や、吸湿後に溶液となり、再生のために乾燥すると形状が乾燥剤に不向きな形状となったり、乾燥自体が困難である場合がある。それに対して、無機塩とイオン液体を併用した本発明に係る吸収液は、液状であるので循環させることが可能であり、また、吸収放出の速度が速く、再生も容易である。 Some of the inorganic salts used in the absorption liquid according to the present invention are used alone as desiccants for air and organic solvents. When it becomes a solution and is dried for regeneration, the shape may become unsuitable for a desiccant, or the drying itself may be difficult. On the other hand, the absorption liquid according to the present invention using both an inorganic salt and an ionic liquid can be circulated because it is in a liquid state, has a high rate of absorption and release, and is easy to regenerate.
本発明に係る吸収液は、本発明の効果を損なわない範囲で、更に添加剤を含有させることができる。 The absorbent according to the present invention may further contain additives within a range that does not impair the effects of the present invention.
吸収工程における水電解水素ガスと吸収液の接触方法は、水電解水素ガス中の水蒸気が吸収液に吸収される限り特に限定されない。例えば、水電解水素ガスに吸収液をスプレーする方法、塔の壁面に上方から吸収液を流下させ、水電解水素ガスを流通させる方法、充填物を充填した充填塔の上方から吸収液を流下させ、水電解水素ガスを流通させる方法、吸収液中に水電解水素ガスをバブリングさせる方法が挙げられる。 The method of contacting the water-electrolyzed hydrogen gas with the absorbent in the absorption step is not particularly limited as long as water vapor in the water-electrolyzed hydrogen gas is absorbed by the absorbent. For example, a method of spraying the absorbent onto the water-electrolyzed hydrogen gas, a method of allowing the water-electrolyzed hydrogen gas to flow down the wall of the tower from above, and a method of allowing the absorbent to flow down from above a packed tower filled with packing. , a method of circulating the water-electrolyzed hydrogen gas, and a method of bubbling the water-electrolyzed hydrogen gas into the absorbent.
前述の通り、水電解水素ガス生成工程で得られる水素は、気体又は液体の水を伴う。液体の水が存在する場合は、吸収工程の前に気液分離して除去できる。必要により気液分離して得られた気体は、水素と水蒸気との混合ガスになるが、水分を多く含み、通常、飽和水蒸気量の水蒸気を含む。例えば、25℃、常圧では、1m3当たり飽和水蒸気量の23gの水蒸気を含む。 As described above, the hydrogen obtained in the water electrolysis hydrogen gas generation process is accompanied by gaseous or liquid water. If liquid water is present, it can be removed by gas-liquid separation prior to the absorption step. The gas obtained by gas-liquid separation as necessary becomes a mixed gas of hydrogen and water vapor, but contains a large amount of water, and usually contains a saturated amount of water vapor. For example, at 25° C. and normal pressure, 1 m 3 contains 23 g of saturated water vapor.
吸収液中のイオン液体及び無機塩は、水素をほとんど吸収せず水を吸収する。したがって、吸収工程において、水電解水素ガスを吸収液と接触させると、気相側の水蒸気を、液相の吸収液側に移動させて、気相の水分量を減らすことができる。 The ionic liquid and inorganic salt in the absorption liquid absorb water while hardly absorbing hydrogen. Therefore, when the water-electrolyzed hydrogen gas is brought into contact with the absorption liquid in the absorption step, water vapor in the gas phase can be moved to the absorption liquid side of the liquid phase, and the water content in the gas phase can be reduced.
(分離工程)
本発明に係る分離工程は、前記吸収工程で湿度の減少した乾燥水電解水素ガスと、水蒸気を吸収した富吸収液を気液分離する。吸収液に含まれるイオン液体及び無機塩は、水蒸気を吸収し、かつ蒸気圧が低いので、気液分離して、富吸収液を除くだけで乾燥水電解水素ガスが得られる。
(Separation process)
In the separation step according to the present invention, the dry water-electrolyzed hydrogen gas, the humidity of which has been reduced in the absorption step, and the rich absorption liquid, which has absorbed water vapor, are gas-liquid separated. Since the ionic liquid and inorganic salt contained in the absorbing liquid absorb water vapor and have a low vapor pressure, dry water electrolysis hydrogen gas can be obtained simply by removing the rich absorbing liquid by gas-liquid separation.
本発明に係る分離工程は、前記吸収工程で湿度の減少した乾燥水電解水素ガスと、水蒸気を吸収した富吸収液を気液分離できる方法であれば特に限定されないが、吸収工程と同時に行うことが好ましい。例えば、吸収工程で、水電解水素ガスに吸収液をスプレーする方法を用いた場合には、管の一方から他方に水電解水素ガスを流通させ、その水電解水素ガスに吸収液をスプレーし、水蒸気を吸収した富吸収液を下方から抜き出す方法が挙げられる。水電解水素ガス中の水蒸気は吸収液に吸収されて抜き出され、管の他方から乾燥水電解水素ガスが排出される。 The separation step according to the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of gas-liquid separation of the dry water electrolyzed hydrogen gas whose humidity has been reduced in the absorption step and the rich absorption liquid that has absorbed water vapor in the absorption step, but it can be carried out at the same time as the absorption step. is preferred. For example, in the absorption step, when a method of spraying an absorption solution onto the water-electrolyzed hydrogen gas is used, the water-electrolyzed hydrogen gas is circulated from one end of the pipe to the other, and the water-electrolyzed hydrogen gas is sprayed with the absorption solution, A method of extracting the rich absorbent that has absorbed water vapor from below can be mentioned. Water vapor in the water-electrolyzed hydrogen gas is absorbed by the absorbent and extracted, and dry water-electrolyzed hydrogen gas is discharged from the other end of the pipe.
また、吸収工程として、塔の壁面に上方から吸収液を流下させ、水電解水素ガスを流通させる方法や、充填物を充填した充填塔の上方から吸収液を流下させ、水電解水素ガスを流通させる方法を用いた場合には、下方から水電解水素ガスを吹き込み、上方から、乾燥水電解水素ガスを抜き出し、下方から水蒸気を吸収した富吸収液を抜き出すことができる。 In addition, as an absorption process, a method in which an absorbent is flowed down from above on the wall surface of a tower and water-electrolyzed hydrogen gas is circulated, or a packed tower filled with packing is flowed down from above in an absorbent and water-electrolyzed hydrogen gas is circulated. In the case of using the method of allowing the water-electrolyzed hydrogen gas to be blown in from below, the dry water-electrolyzed hydrogen gas can be extracted from above, and the rich absorbent that has absorbed water vapor can be extracted from below.
前記の水電解水素ガス生成工程は、温度が高いとエネルギー効率が高い。一方、吸収工程の吸収液は、温度が低いほど、水の吸収量が多い。従って、高湿水電解水素ガスを吸収工程前に冷却すると好ましい。そのため、吸収工程前の水電解水素ガスと富吸収液とで熱交換を行う熱交換工程を行うと、エネルギー効率の点で好ましい。 The water electrolysis hydrogen gas generation process described above has high energy efficiency when the temperature is high. On the other hand, the absorption liquid in the absorption step absorbs more water as the temperature is lower. Therefore, it is preferable to cool the electrolyzed high-humidity water hydrogen gas before the absorption step. Therefore, it is preferable in terms of energy efficiency to perform a heat exchange step in which heat is exchanged between the water-electrolyzed hydrogen gas and the rich absorbent prior to the absorption step.
(再生工程)
本発明の乾燥水電解水素ガスの製造方法は、前述の分離工程で得られた富吸収液を再生させる再生工程を含むことができる。
(regeneration process)
The method for producing hydrogen gas by dry water electrolysis according to the present invention can include a regeneration step of regenerating the rich absorbent obtained in the separation step described above.
富吸収液を吸収液に再生させる方法は特に限定されない。例えば、富吸収液と乾燥ガスとを接触させる方法、富吸収液を加熱する方法、及び/又は富吸収液を減圧する方法が挙げられる。 A method for regenerating the rich absorbent into an absorbent is not particularly limited. Examples include contacting the rich absorbent with a dry gas, heating the rich absorbent, and/or reducing the pressure of the rich absorbent.
富吸収液に乾燥ガスを接触させると、富吸収液から乾燥ガスに水分が移動し、富吸収液を吸収液に再生できる。乾燥ガスとしては、乾燥窒素ガスや、吸収工程で得られる乾燥水電解水素ガスの一部を用いることができる。 When the dry gas is brought into contact with the rich absorbent, moisture is transferred from the rich absorbent to the dry gas, and the rich absorbent can be regenerated into an absorbent. As the dry gas, dry nitrogen gas or part of the dry water-electrolyzed hydrogen gas obtained in the absorption step can be used.
また、本発明の吸収液の水の吸収量は、温度が高いほど低下する傾向にある。従って、水電解水素ガスと吸収液を接触させた温度よりも富吸収液を高温にすることで、水蒸気を放出させ、吸収液を再生させることができる。 Also, the amount of water absorbed by the absorbent of the present invention tends to decrease as the temperature increases. Therefore, by raising the temperature of the rich absorbent higher than the temperature at which the water-electrolyzed hydrogen gas and the absorbent are brought into contact with each other, water vapor can be released and the absorbent can be regenerated.
また、吸収液中のイオン液体の蒸気圧と水の蒸気圧の差や、イオン液体及び無機塩の水の吸収量が水蒸気分圧が低いほど低下することを利用して、富吸収液を減圧することによって水蒸気を放出させ吸収液を再生させることができる。加熱と減圧を同時に行うこともできる。放出された水蒸気は、水電解の原料として再利用することもできる。 In addition, using the difference between the vapor pressure of the ionic liquid and the vapor pressure of water in the absorbing liquid, and the fact that the amount of water absorbed by the ionic liquid and inorganic salt decreases as the water vapor partial pressure decreases, the rich absorbing liquid is decompressed. By doing so, water vapor can be released and the absorbent can be regenerated. Heating and pressure reduction can also be performed simultaneously. The released steam can be reused as a raw material for water electrolysis.
再生工程で、富吸収液を加熱する場合、富吸収液の加熱は、吸収工程前の水電解水素ガスと熱交換を行う熱交換を行うと、エネルギー効率の点で好ましい。 When the rich absorbent is heated in the regeneration step, it is preferable in terms of energy efficiency to heat the rich absorbent by exchanging heat with the water-electrolyzed hydrogen gas before the absorption step.
一方、再生工程で再生した吸収液を、吸収工程に用いる際は、水の吸収量を上げるために温度を下げることが好ましい。再生した吸収液の冷却には、再生工程前の富吸収液を用いることができる。すなわち、再生工程で再生した吸収液と、富吸収液とで熱交換を行う第2の熱交換工程を行うと、エネルギー効率の点で好ましい。 On the other hand, when the absorbent regenerated in the regeneration step is used in the absorption step, it is preferable to lower the temperature in order to increase the amount of water absorbed. The rich absorbent prior to the regeneration step can be used for cooling the regenerated absorbent. That is, it is preferable in terms of energy efficiency to perform a second heat exchange step in which heat is exchanged between the absorbent regenerated in the regeneration step and the rich absorbent.
前述のイオン液体を含有する吸収液を用いた吸収工程は、水蒸気量の非常に高い水電解水素ガスを中程度の湿度まで低下させることを、連続的に、かつ低コストで行うこともできる。従って、その後の分離工程で得られた、水分量を減らした乾燥水電解水素ガスを、塩化カルシウムやゼオライトなどの固体乾燥剤などで水分を更に低下させる場合にも、固体乾燥剤の使用量を減らす事や使用期間を延ばす事ができる。 The absorption step using the absorption liquid containing the above-described ionic liquid can also reduce the water-electrolyzed hydrogen gas with a very high water vapor content to a moderate humidity continuously at a low cost. Therefore, even when the dry water electrolyzed hydrogen gas with reduced water content obtained in the subsequent separation process is further reduced in water content with a solid desiccant such as calcium chloride or zeolite, the amount of solid desiccant used can be reduced. You can reduce it or extend its life.
(乾燥水電解水素ガスの製造装置)
本発明の乾燥水電解水素ガスの製造方法について、図を用いて説明するが本発明はこれに限定されない。
(Production device for dry water electrolysis hydrogen gas)
The method for producing hydrogen gas from dry water electrolysis according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
図1は、乾燥水電解水素ガスの製造装置の一態様を示す図であり、吸収液の再生を減圧で行う態様である。水電解装置1は、水を電気分解して水素と酸素を発生させる。電気分解の態様としては、アルカリ水電解、固体高分子型水電解、高温水蒸気電解などがあるが、例えばアルカリ水電解の場合は、陰極側(カソード側)で水素が発生する。水素の発生量は、水電解装置1の電力量により制御でき、水電解装置1は加圧状態になる。この水素は、水蒸気を含む湿潤水素2である。マスフローコントローラ(MFC)3を水電解装置1の出口に設け湿潤水素2の流出量を制御する。湿潤水素2は、三方弁4を介して吸収塔5へ導入される。吸収塔5では吸収液6と湿潤水素2を接触させる。例えば、吸収塔5の内部に充填物を詰め、吸収塔5の上部から吸収液6を導入し、吸収塔5の下部から湿潤水素2を導入して接触させる。吸収塔5内の吸収液6は、温度制御し、例えば25℃などの一定温度とすることができる。吸収塔5内の圧力は、圧力調整弁を設けて制御することもできる。湿潤水素2中の水分は、吸収液6に吸収されて減少する。水分の減少した水素は、吸収塔5の上部から三方弁7を介してトラップ8に導入される。トラップ8は、水素に飛沫同伴された吸収液を除去することができる。トラップ8を通過した水素は、静電容量式露点計9及び鏡面式露点計10を通して露点が計測され、乾燥水素11が得られる。
FIG. 1 is a diagram showing one aspect of a dry water electrolysis hydrogen gas production apparatus, in which the absorbent is regenerated under reduced pressure. The
吸収塔5で水分を吸収した吸収液6は、富吸収液12として吸収塔5の下部から排出され、流量計13を通して再生塔14内に上部から導入される。再生塔14は、例えば80℃などの一定温度に調整することができる。図1では、再生塔14の上部にトラップ16を介して、真空ポンプ17が配置されており、減圧を行う事ができる。再生塔14内が減圧されると富吸収液12中の水分は、富吸収液12から放出され、吸収液6が再生される。水分は、再生塔14の上部から放出され、トラップ16で回収され、又は排気口18から排気される。再生された吸収液6は、再生塔14の下部から排出されて、送液ポンプ15によって吸収塔5へ循環される。
The absorbent 6 that has absorbed moisture in the
図2は、乾燥水電解水素ガスの製造装置の一態様を示す図であり、吸収液の再生に乾燥窒素を用いる態様である。図2に示す乾燥水電解水素ガスの製造装置では、乾燥窒素ボンベ19から、流量計20を介して、一定量の乾燥窒素21を再生塔14内に下部から導入して、再生塔14内に上部から導入される富吸収液12と接触させる。再生塔14は、例えば100℃、80℃、60℃などの一定温度に調整することができる。再生塔14内で、乾燥窒素21と富吸収液12とが接触することで、富吸収液12中の水分は、富吸収液12から乾燥窒素21に移動し、湿潤窒素22として排気口23から放出され、吸収液6が再生される。再生された吸収液6は、再生塔14の下部から排出されて、送液ポンプ15によって吸収塔5へ循環される。
FIG. 2 is a diagram showing one aspect of the dry water electrolysis hydrogen gas production apparatus, in which dry nitrogen is used to regenerate the absorbent. In the apparatus for producing hydrogen gas by dry water electrolysis shown in FIG. It is brought into contact with the rich absorbent 12 introduced from above. The
再生塔14における乾燥窒素21の流量は、特に限定されないが、例えば、富吸収液12:乾燥窒素21(体積比(常圧))で、1:300~1:1が好ましく、1:200~1:1がより好ましい。乾燥窒素の量が少ないほど再生に要するエネルギーを低減でき好ましい。
The flow rate of the
図3は、乾燥水電解水素ガスの製造装置の一態様を示す図であり、吸収液の再生に乾燥窒素を用いかつ減圧する態様である。図3に示す乾燥水電解水素ガスの製造装置では、乾燥窒素ボンベ19から、流量計20を介して、一定量の乾燥窒素21を再生塔14内に下部から導入して、再生塔14内に上部から導入される富吸収液12と接触させる。再生塔14は、例えば100℃、80℃、60℃などの一定温度に調整することができる。また、図3では、再生塔14の上部にトラップ16を介して、真空ポンプ17が配置されており、減圧を行う事ができる。減圧は、例えば、-50kPaG(ゲージ圧)などにすることができる。再生塔14内で、減圧下、乾燥窒素21と富吸収液12とが接触することで、富吸収液12中の水分は、富吸収液12から乾燥窒素21に移動し、湿潤窒素22として排気口18から放出され、吸収液6が再生される。再生された吸収液6は、再生塔14の下部から排出されて、送液ポンプ15によって吸収塔5へ循環される。
FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of a dry water electrolysis hydrogen gas production apparatus, in which dry nitrogen is used to regenerate the absorbing liquid and the pressure is reduced. In the apparatus for producing hydrogen gas by dry water electrolysis shown in FIG. It is brought into contact with the rich absorbent 12 introduced from above. The
図4は、乾燥水電解水素ガスの製造装置の一態様を示す図であり、吸収液の再生に製造した乾燥水素の一部を用いる態様である。図4に示す乾燥水電解水素ガスの製造装置では、吸収塔5の上部から抜き出した水分の減少した水素の一部を、T字コネクター24で抜き出しマスフローコントローラ(MFC)25で流量を制御して、一定量を再生塔14内に下部から導入し、再生塔14内に上部から導入される富吸収液12と接触させる。再生塔14は、例えば100℃、80℃、60℃などの一定温度に調整することができる。再生塔14内で、水分の減少した水素と富吸収液12とが接触することで、富吸収液12中の水分は、富吸収液12から水分の減少した水素に移動し、水分の増加した水素として排気口23から放出され、吸収液6が再生される。再生された吸収液6は、再生塔14の下部から排出されて、送液ポンプ15によって吸収塔5へ循環される。
FIG. 4 is a diagram showing one embodiment of a dry water electrolytic hydrogen gas production apparatus, in which part of the produced dry hydrogen is used to regenerate the absorption liquid. In the apparatus for producing hydrogen gas by dry water electrolysis shown in FIG. 4, part of the hydrogen with reduced moisture extracted from the upper part of the
図5は、乾燥水電解水素ガスの製造装置の一態様を示す図であり、吸収液の再生に製造した乾燥水素の一部を用いかつ減圧する態様である。図5に示す乾燥水電解水素ガスの製造装置では、吸収塔5の上部から抜き出した水分の減少した水素の一部を、T字コネクター24で抜き出しマスフローコントローラ(MFC)25で流量を制御して、一定量を再生塔14内に下部から導入し、再生塔14内に上部から導入される富吸収液12と接触させる。再生塔14は、例えば100℃、80℃、60℃などの一定温度に調整することができる。更に、図5では、再生塔14の上部にトラップ16を介して、真空ポンプ17が配置されており、減圧を行う事ができる。減圧は、例えば、-50kPaG(ゲージ圧)などにすることができる。再生塔14内で、減圧下、水分の減少した水素と富吸収液12とが接触することで、富吸収液12中の水分は、富吸収液12から水素に移動し、湿潤した水素として排気口18から放出され、吸収液6が再生される。再生された吸収液6は、再生塔14の下部から排出されて、送液ポンプ15によって吸収塔5へ循環される。
FIG. 5 is a diagram showing one embodiment of a dry water electrolysis hydrogen gas production apparatus, in which part of the produced dry hydrogen is used to regenerate the absorption liquid and the pressure is reduced. In the apparatus for producing hydrogen gas by dry water electrolysis shown in FIG. 5, part of the hydrogen with reduced moisture extracted from the upper part of the
図6は、乾燥水電解水素ガスの製造装置の一態様を示す図であり、吸収液の再生に製造した乾燥水素の一部を用いかつその水素を水電解装置に循環させる態様である。図6に示す乾燥水電解水素ガスの製造装置では、吸収塔5の上部から抜き出した水分の減少した水素の一部を、T字コネクター24で抜き出しマスフローコントローラ(MFC)25で流量を制御して、一定量を再生塔14内に下部から導入し、再生塔14内に上部から導入される富吸収液12と接触させる。再生塔14は、例えば100℃、80℃、60℃などの一定温度に調整することができる。再生塔14内で、水分の減少した水素と富吸収液12とが接触することで、富吸収液12中の水分は、富吸収液12から水分の減少した水素に移動し、水素の水分が増加するとともに、吸収液6が再生される。再生塔14の上部からは水分の増加した水素が得られ、再生塔14の下部からは再生した吸収液6が得られる。再生した吸収液6は、再生塔14の下部から排出されて、送液ポンプ15によって吸収塔5へ循環される。水分の増加した水素は、コンプレッサ26により加圧されて、水電解装置1に戻される。
FIG. 6 is a diagram showing one embodiment of the apparatus for producing hydrogen gas by electrolysis of dry water, in which part of the dry hydrogen produced is used to regenerate the absorbent and the hydrogen is circulated to the water electrolysis apparatus. In the apparatus for producing hydrogen gas by dry water electrolysis shown in FIG. 6, part of the hydrogen with reduced moisture extracted from the upper part of the
(実施例)
以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。圧力は、特に断りのない限り絶対圧である。
(Example)
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples. Pressures are absolute unless otherwise specified.
(露点の測定)
大気圧下で、露点計(ロトロニック社製;工業用温湿度変換器HF533-WAA3D14X・耐圧型プローブHC2-IE102-M、東京光電子工業株式会社製;鏡面式露点計DPH-703A)を用いて、露点を測定した。
(Measurement of dew point)
Under atmospheric pressure, using a dew point meter (manufactured by Rotronic; industrial temperature/humidity converter HF533-WAA3D14X, pressure-resistant probe HC2-IE102-M, manufactured by Tokyo Optoelectronics Industry Co., Ltd.; mirror dew point meter DPH-703A) , the dew point was measured.
(水蒸気吸収量の測定)
各種の吸収液を用いて、その水蒸気吸収量を測定した。測定は、乾燥空気で充填した恒温恒湿器内に、所定の質量の吸収液(イオン液体及び無機塩)をサンプル瓶に入れて設置する。その後、吸収液を攪拌子で攪拌しながら、恒温恒湿器に所定の温度で所定の湿度の空気を通気して吸収液に接触させ、所定の時間間隔で吸収量の質量変化を測定した。吸収液の質量変化が無くなった時点を飽和状態とみなし、水蒸気吸収量wH2O(g/g-吸収液)を求めた。ここで、「g-吸収液」は、特に断りの無い限り、吸収液の質量である。温度及び相対湿度の条件は、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)で行った。なお、イオン液体及び無機塩への水素の吸収量と、空気の吸収量は、いずれも水分の吸収量に比べて無視できる程度のものである。また、湿潤水素と湿潤空気における水蒸気吸収量の差がない。そのため、湿潤空気の水蒸気吸収量を測定することで、湿潤水素の除湿効果を確認することができる。
(Measurement of water vapor absorption amount)
Using various absorption liquids, their water vapor absorption amounts were measured. For the measurement, a predetermined mass of absorption liquid (ionic liquid and inorganic salt) is placed in a sample bottle in a thermo-hygrostat filled with dry air. After that, while stirring the absorbent with a stirrer, air of a predetermined temperature and humidity was passed through the thermo-hygrostat to bring it into contact with the absorbent, and the change in mass of the absorbed amount was measured at predetermined time intervals. A saturated state was assumed when the mass of the absorbing liquid stopped changing, and the water vapor absorption amount w H2O (g/g-absorbing liquid) was obtained. Here, "g-absorbing liquid" is the mass of the absorbing liquid unless otherwise specified. The temperature and relative humidity conditions are about 25°C (about 50%, about 70%, about 90% relative humidity) and about 80°C (about 30%, about 50%, about 70%, about 90% relative humidity). gone. The amount of hydrogen absorbed by the ionic liquid and the inorganic salt and the amount of air absorbed are all negligible compared to the amount of water absorbed. Also, there is no difference in water vapor absorption between moist hydrogen and moist air. Therefore, the dehumidifying effect of wet hydrogen can be confirmed by measuring the water vapor absorption amount of moist air.
(実施例1)
乾燥空気雰囲気下で、攪拌子を入れた蓋付きサンプル瓶(容量9ml)に、無機塩としての酢酸リチウム0.5084gを入れ、イオン液体としての、下式で示される、メチルトリブチルホスホニウム ジメチルホスフェート(日本化学工業株式会社製、ヒシコーリンPX-4MP、化学式[(n-C4H9)3P+(CH3)][(MeO)2PO2
-])0.5080gを加えて、酢酸リチウムが完全に溶解するまで攪拌し、均一溶液の吸収液E1を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:1)。
In a dry air atmosphere, put 0.5084 g of lithium acetate as an inorganic salt into a sample bottle with a lid (
調製した吸収液E1について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。吸収液E1を調製する前の酢酸リチウムは、白色固体であった。吸収液E1は、約25℃の場合、湿度50%RHのときは固体が残っていた。湿度70%RH及び湿度90%RHのときは吸収液は透明な均一溶液になった。さらに、吸収液E1は、約80℃の場合、湿度30%RHのときは固体が残り、湿度50%RH、湿度90%RHのときは透明な均一溶液になった。 About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E1 We measured the amount of water vapor absorption. Table 1 shows the measurement results. Lithium acetate before preparing the absorption liquid E1 was a white solid. In the case of the absorption liquid E1, when the temperature was about 25° C. and the humidity was 50% RH, a solid remained. When the humidity was 70% RH and 90% RH, the absorbent became a transparent uniform solution. Further, in the absorption liquid E1, when the temperature was about 80° C., a solid remained when the humidity was 30% RH, and became a transparent uniform solution when the humidity was 50% RH and 90% RH.
このように、吸収液に流動性がある場合には、吸収塔で、湿潤水電解水素ガスと、この吸収液とを接触させて、湿潤水電解水素ガス中の水蒸気を選択的に前記吸収液に吸収させて、湿度の減少した乾燥水電解水素ガスと水蒸気を吸収した富吸収液とを得、その乾燥水電解水素ガスと、富吸収液を気液分離することで、乾燥水電解水素ガスを製造することができる。また、富吸収液を、吸収塔から再生塔に移送して低湿度ガスに接触させることで、富吸収液中の水分が低湿度ガスに移動するため、富吸収液から水分を除去して吸収液を再生させることができる。再生した吸収液は、再び吸収塔に移送して利用することができる。 Thus, when the absorbent has fluidity, the wet water electrolyzed hydrogen gas is brought into contact with the absorbent in the absorption tower to selectively remove the water vapor in the wet water electrolyzed hydrogen gas. to obtain a dry water-electrolyzed hydrogen gas with reduced humidity and a rich absorbent that has absorbed water vapor, and the dry water-electrolyzed hydrogen gas and the rich absorbent are separated from gas and liquid to obtain a dry water-electrolyzed hydrogen gas. can be manufactured. In addition, by transferring the rich absorbent from the absorption tower to the regeneration tower and bringing it into contact with the low-humidity gas, the moisture in the rich absorbent moves to the low-humidity gas. The liquid can be regenerated. The regenerated absorbent can be transferred to the absorption tower and used again.
(実施例2)
無機塩としての酢酸リチウムの質量を0.5042gに変え、イオン液体のPX-4MPの質量を0.2523gに変えた以外は、実施例1と同様にして、吸収液E2を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:2)。調製した吸収液E2について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。また、吸収液E2を調製する前の酢酸リチウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図7、8に示す。吸収液E2を調製する前の酢酸リチウムは、白色固体であった。吸収液E2は、約25℃の場合、湿度50%RHのときは固体が残っていた。湿度70%RH及び湿度90%RHのときは吸収液は透明な均一溶液になった。さらに、吸収液E1は、約80℃の場合、湿度30%RHのときは透明な均一溶液になり、湿度50%RHのときはゲル状になり、湿度90%RHのときは、固体になった。このように特定の条件で固体になる組成比の場合、固体にならない条件下で、吸収液の移送を行うことができる。
(Example 2)
Absorption liquid E2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the mass of lithium acetate as the inorganic salt was changed to 0.5042 g and the mass of PX-4MP as the ionic liquid was changed to 0.2523 g (mass ratio ionic liquid: inorganic salt=1:2). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E2 We measured the amount of water vapor absorption. Table 1 shows the measurement results. Also, FIGS. 7 and 8 show visual appearances of lithium acetate before preparation of the absorbing liquid E2 in a saturated state at each temperature and humidity. Lithium acetate before preparing the absorption liquid E2 was a white solid. In the case of the absorption liquid E2, when the temperature was about 25° C. and the humidity was 50% RH, a solid remained. When the humidity was 70% RH and 90% RH, the absorbent became a transparent uniform solution. Further, at about 80° C., the absorbent E1 becomes a transparent uniform solution at a humidity of 30% RH, a gel at a humidity of 50% RH, and a solid at a humidity of 90% RH. rice field. In the case of such a composition ratio that becomes solid under specific conditions, the absorbing liquid can be transferred under conditions that do not become solid.
(実施例3)
無機塩の酢酸リチウムの質量を0.6203gに変え、イオン液体のPX-4MPを0.2063gに、た以外は、実施例1と同様にして、吸収液E3を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:3)。調製した吸収液E3について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。また、吸収液E3を調製する前の酢酸リチウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図7、8に示す。吸収液E3を調製する前の酢酸リチウムは白色固体であった。また、吸収液E3は、約25℃の場合、湿度50%RH及び湿度70%RHのときは固体が残っていた。湿度90%RHのときは透明な均一溶液になった。さらに吸収液E3は、約80℃の場合、湿度30%RHのときは透明な均一溶液になり、湿度50%RHのときは固体が残り、湿度90%RHのときは固体になった。
(Example 3)
Absorption liquid E3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mass of the inorganic salt lithium acetate was changed to 0.6203 g and the ionic liquid PX-4MP was changed to 0.2063 g (mass ratio: ionic liquid : inorganic salt = 1:3). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E3 We measured the amount of water vapor absorption. Table 1 shows the measurement results. Also, FIGS. 7 and 8 show visual appearances of lithium acetate before preparation of the absorbing liquid E3 in a saturated state at each temperature and humidity. Lithium acetate before preparation of absorption liquid E3 was a white solid. Further, in the case of the absorption liquid E3, when the temperature was about 25° C. and the humidity was 50% RH and 70% RH, solid remained. When the humidity was 90% RH, a transparent homogeneous solution was obtained. Furthermore, when the temperature was about 80° C., the absorption liquid E3 became a transparent uniform solution at a humidity of 30% RH, a solid remained at a humidity of 50% RH, and a solid at a humidity of 90% RH.
(実施例4)
無機塩としての酢酸リチウムを、塩化カルシウム0.4181gに変え、イオン液体のPX-4MPを、PX-4MP0.4180gに変えた以外は実施例1と同様にして吸収液E4を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:1)。調製した吸収液E4について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。また、吸収液E4を調製する前の塩化カルシウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図7、8に示す。吸収液E4を調製する前の塩化カルシウムは白色固体であった。また、吸収液E4は、約25℃の場合、湿度50%RHでは固体が残っており、湿度70%RH、湿度90%RHでは透明な均一溶液になった。また、吸収液E4は、約80℃の場合、湿度30%RHでは白濁溶液となり、湿度70%RH及び湿度90%RHでは固体になった。
(Example 4)
Absorption liquid E4 was prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium acetate as an inorganic salt was changed to 0.4181 g of calcium chloride and PX-4MP of the ionic liquid was changed to 0.4180 g of PX-4MP (mass ratio ionic liquid: inorganic salt=1:1). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E4 We measured the amount of water vapor absorption. Table 1 shows the measurement results. 7 and 8 show the visual appearance of calcium chloride before preparation of the absorption liquid E4 in a saturated state at each temperature and humidity. Calcium chloride before preparation of absorption liquid E4 was a white solid. Further, in the case of about 25° C., the absorption liquid E4 remained solid at a humidity of 50% RH, and became a transparent uniform solution at a humidity of 70% RH and a humidity of 90% RH. Moreover, when the temperature was about 80° C., the absorption liquid E4 became a cloudy solution at a humidity of 30% RH, and became a solid at a humidity of 70% RH and a humidity of 90% RH.
(実施例5)
無機塩としての酢酸リチウムを、硝酸カルシウム0.4141gに変え、イオン液体のPX-4MPを0.4148gに変えた以外は、実施例1と同様にして、吸収液E5を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:1)。調製した吸収液E5について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。また、吸収液E5を調製する前の硝酸カルシウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図7、8に示す。吸収液E5を調製する前の硝酸カルシウムは白色固体であった。また、吸収液E5は、約25℃の場合、湿度50%RH及び湿度70%RHのときは固体が残っており、湿度90%RHのときは透明な2層の溶液になった。また、吸収液E5は、約80℃の場合、湿度30%RHでは黄色の2層の溶液となり、湿度70%RH及び湿度90%RHでは固体になった。
(Example 5)
Absorption liquid E5 was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium acetate as an inorganic salt was changed to 0.4141 g of calcium nitrate and PX-4MP of the ionic liquid was changed to 0.4148 g (mass ratio; ionic liquid: inorganic salt=1:1). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E5 We measured the amount of water vapor absorption. Table 1 shows the measurement results. 7 and 8 show the visual appearance of calcium nitrate before preparation of the absorption liquid E5 in a saturated state at each temperature and humidity. Calcium nitrate before preparation of absorption liquid E5 was a white solid. Further, in the absorption liquid E5, when the temperature was about 25° C., a solid remained when the humidity was 50% RH and 70% RH, and became a transparent two-layer solution when the humidity was 90% RH. Moreover, when the temperature was about 80° C., the absorption liquid E5 became a yellow two-layer solution at a humidity of 30% RH, and became a solid at a humidity of 70% RH and a humidity of 90% RH.
(実施例6)
無機塩としての酢酸リチウムを、酢酸カルシウム0.4141gに変え、イオン液体のPX-4MPを0.4148gに変えた以外は、実施例1と同様にして、吸収液E6を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:1)。調製した吸収液E6について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。また、吸収液E6を調製する前の酢酸カルシウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図7、8に示す。吸収液E6を調製する前の硝酸カルシウムは白色固体であった。また、吸収液E6は、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのときは固体であった。また、吸収液E6は、約80℃の場合、湿度30%RHでは黄色の2層の溶液となり、湿度70%RH及び湿度90%RHでは固体になった。
(Example 6)
Absorption liquid E6 was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium acetate as an inorganic salt was changed to 0.4141 g of calcium acetate and PX-4MP of the ionic liquid was changed to 0.4148 g (mass ratio; ionic liquid: inorganic salt=1:1). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E6 We measured the amount of water vapor absorption. Table 1 shows the measurement results. 7 and 8 show the visual appearance of calcium acetate before preparation of the absorption liquid E6, in a saturated state at each temperature and humidity. Calcium nitrate before preparation of absorption liquid E6 was a white solid. Moreover, the absorption liquid E6 was solid at about 25° C., at a humidity of 50% RH, at a humidity of 70% RH, and at a humidity of 90% RH. Moreover, when the temperature was about 80° C., the absorbing liquid E6 became a yellow two-layer solution at a humidity of 30% RH, and became a solid at a humidity of 70% RH and a humidity of 90% RH.
(実施例7)
無機塩としての酢酸リチウムを、塩化リチウム0.402gに変え、イオン液体のPX-4MPを0.4013gに変えた以外は、実施例1と同様にして、吸収液E7を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:1)。調製した吸収液E7について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。また、吸収液E7を調製する前の塩化リチウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図7、8に示す。吸収液E7を調製する前の塩化リチウムは白色固体であった。また、吸収液E7は、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのいずれの場合も均一な溶液であった。また、吸収液E7は、約80℃の場合、湿度30%RHでは均一で透明な溶液となり、湿度70%RH及び湿度90%RHでは固体と液体の混合物であった。
(Example 7)
Absorption liquid E7 was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium acetate as the inorganic salt was changed to 0.402 g of lithium chloride and PX-4MP of the ionic liquid was changed to 0.4013 g (mass ratio; ionic liquid: inorganic salt=1:1). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E7 We measured the amount of water vapor absorption. Table 1 shows the measurement results. 7 and 8 show visual appearances of lithium chloride before preparation of the absorbing liquid E7 and in a saturated state at each temperature and humidity. Lithium chloride before preparation of absorption liquid E7 was a white solid. Moreover, the absorption liquid E7 was a uniform solution at about 25° C. and at all of the humidity of 50% RH, 70% RH and 90% RH. Moreover, when the temperature was about 80° C., the absorption liquid E7 was a uniform and transparent solution at a humidity of 30% RH, and was a solid-liquid mixture at a humidity of 70% RH and a humidity of 90% RH.
(比較例1)
トリエチレングリコール(以下「TEG」と略記することがある)を吸収液R1として用い、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。表1の吸収量は、TEG単位質量当たりの水蒸気吸収量を示す。なお、80℃の条件では、吸収液が揮発し吸収量は測定できなかった。吸収液R1、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図7、8に示す。水蒸気を吸収する前の吸収液R1は無色の液体であった。また、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH、及び湿度90%RHのときは、透明な無色の液体であった。
(Comparative example 1)
Triethylene glycol (hereinafter sometimes abbreviated as "TEG") is used as the absorption liquid R1, and is heated at about 25°C (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80°C (relative humidity about 30%). , about 50%, about 70%, and about 90%). Table 1 shows the measurement results. The absorption amount in Table 1 indicates the water vapor absorption amount per unit mass of TEG. Under the condition of 80° C., the absorption liquid volatilized and the absorption amount could not be measured. 7 and 8 show the visual appearance of the absorption liquid R1 in a saturated state at each temperature and humidity. Absorption liquid R1 before absorbing water vapor was a colorless liquid. Moreover, in the case of about 25° C., it was a transparent and colorless liquid when the humidity was 50% RH, 70% RH, and 90% RH.
(比較例2)
イオン液体としての、下式で示されるテトラブチルホスホニウム o,o-ジエチルホスホロジチオエート(日本化学工業株式会社製、ヒシコーリンPX-4ET、化学式[(n-C4H9)4P+][(C2H5O)2PSS-])を吸収液R2として用い、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。表1の吸収量は、PX-4ET単位質量当たりの水蒸気吸収量を示す。
Tetrabutylphosphonium o,o-diethylphosphorodithioate represented by the following formula (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd., Hishikorin PX-4ET, chemical formula [( n- C 4 H 9 ) 4 P + ][ (C 2 H 5 O) 2 PSS − ]) was used as the absorption liquid R2, and the temperature was about 25° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80° C. (relative humidity about 30%, about 50%). %, about 70%, and about 90%). Table 1 shows the measurement results. The absorption amount in Table 1 indicates the water vapor absorption amount per unit mass of PX-4ET.
吸収液R2、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図7、8に示す。水蒸気を吸収する前の吸収液R2は無色の液体であった。また、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのいずれのときも、透明な無色の液体であった。また、吸収液R2は、約80℃の場合、湿度30%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのいずれのときも、透明な無色の液体であった。 FIGS. 7 and 8 show the visual appearance of the absorption liquid R2 in a saturated state at each temperature and humidity. Absorption liquid R2 before absorbing water vapor was a colorless liquid. In the case of about 25° C., it was a transparent and colorless liquid at all of the humidity of 50% RH, 70% RH and 90% RH. Also, the absorbing liquid R2 was a transparent and colorless liquid at a temperature of about 80° C. and at all of the humidity of 30% RH, 70% RH and 90% RH.
(比較例3)
無機塩を用いない以外は、実施例1と同様にして、吸収液R3(イオン液体のみ)を調製した。調製した吸収液R3について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表1に示す。水蒸気を吸収する前の吸収液R3は無色の液体であった。また、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのいずれのときも、透明な無色の液体であった。また、吸収液R3は、約80℃の場合、湿度30%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのいずれのときも、透明な無色の液体であった。
(Comparative Example 3)
Absorbing liquid R3 (ionic liquid only) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the inorganic salt was not used. About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid R3 We measured the amount of water vapor absorption. Table 1 shows the measurement results. Absorption liquid R3 before absorbing water vapor was a colorless liquid. In the case of about 25° C., it was a transparent and colorless liquid at all of the humidity of 50% RH, 70% RH and 90% RH. Also, the absorbing liquid R3 was a transparent and colorless liquid at a temperature of about 80° C. and at all of the humidity of 30% RH, 70% RH and 90% RH.
実施例1~7及び比較例1~3について、25℃における水蒸気吸収量の湿度依存性を図9に、80℃における水蒸気吸収量の湿度依存性を図10に示す。
以上の結果から、カルシウム塩、リチウム塩などの無機塩を添加すると、水蒸気吸収量が増加することがわかった。水分吸収量については、実施例4(PX-4MP+CaCl2=1:1)が最も水蒸気吸収量が多く、続いて実施例7(PX-4MP+LiCl=1:1)、実施例2(PX-4MP+CH3COOLi=1:2)、実施例3(PX-4MP+CH3COOLi=1:3)、実施例1(PX-4MP+CH3COOLi=1:1)、実施例5(PX-4MP+Ca(NO3)2=1:1)の順に水蒸気吸収量が増加したことがわかる。イオン液体とTEGの比較を行うと、比較例3(PX-4MP)のほうが比較例1(TEG)よりも水分吸収量が多く、比較例2(PX-4ET)はほとんど水蒸気を吸収していないことがわかる。イオン液体に酢酸リチウムを添加する場合、混合割合が、PX-4MP:CH3COOLiで、1:1(実施例1)のときより1:2(実施例2)及び1:3(実施例3)のほうが水蒸気吸収量が多く、湿度の依存性も高かった。1:2(実施例2)は、1:3(実施例3)よりわずかに吸収量が多かった。
次に、無機塩の割合に対する水蒸気吸収量について検討を行った。
For Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3, the humidity dependence of water vapor absorption at 25° C. is shown in FIG. 9, and the humidity dependence of water vapor absorption at 80° C. is shown in FIG.
From the above results, it was found that the addition of inorganic salts such as calcium salts and lithium salts increased the amount of water vapor absorption. Regarding water absorption, Example 4 (PX-4MP+CaCl 2 =1:1) has the highest water vapor absorption, followed by Example 7 (PX-4MP+LiCl=1:1), Example 2 (PX-4MP+CH 3 COOLi=1:2), Example 3 (PX-4MP+CH 3 COOLi=1:3), Example 1 (PX-4MP+CH 3 COOLi=1:1), Example 5 (PX-4MP+Ca(NO 3 ) 2 = It can be seen that the water vapor absorption amount increased in the order of 1:1). When comparing the ionic liquid and TEG, Comparative Example 3 (PX-4MP) has a higher water absorption amount than Comparative Example 1 (TEG), and Comparative Example 2 (PX-4ET) hardly absorbs water vapor. I understand. When lithium acetate is added to the ionic liquid, the mixing ratio is PX-4MP:CH3COOLi, which is 1:2 (Example 2) and 1:3 (Example 3) from 1:1 (Example 1). The amount of water vapor absorbed was higher than that of the sintered body, and the dependence on humidity was also higher. 1:2 (Example 2) was slightly more absorbed than 1:3 (Example 3).
Next, the amount of water vapor absorption relative to the ratio of inorganic salts was examined.
(実施例8)
無機塩としての酢酸リチウムを、塩化リチウム0.4524gに変え、イオン液体のPX-4MPを0.2272gに変えた以外は、実施例1と同様にして、吸収液E8を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:2)。調製した吸収液E8について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表2に示す。また、吸収液E8を調製する前の塩化リチウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図11に示す。吸収液E8を調製する前の塩化リチウムは白色固体であった。また、吸収液E8は、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH、及び湿度90%RHのとき、透明な均一溶液になった。また、吸収液E8は、約80℃の場合、湿度30%RH及び湿度70%RHでは白濁溶液となり、湿度90%RHでは透明な均一溶液になった。
(Example 8)
Absorption liquid E8 was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium acetate as the inorganic salt was changed to 0.4524 g of lithium chloride and PX-4MP of the ionic liquid was changed to 0.2272 g (mass ratio; ionic liquid: inorganic salt=1:2). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E8 We measured the amount of water vapor absorption. Table 2 shows the measurement results. FIG. 11 shows the visual appearance of saturated lithium chloride at each temperature and humidity before preparing the absorbing liquid E8. Lithium chloride before preparation of absorption liquid E8 was a white solid. In addition, the absorption liquid E8 became a transparent uniform solution at about 25° C., 50% RH, 70% RH, and 90% RH. At about 80° C., the absorption liquid E8 became a cloudy solution at a humidity of 30% RH and a humidity of 70% RH, and became a transparent uniform solution at a humidity of 90% RH.
(実施例9)
無機塩としての酢酸リチウムを、塩化リチウム0.7991gに変え、イオン液体のPX-4MPを0.2655gに変えた以外は、実施例1と同様にして、吸収液E9を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:3)。調製した吸収液E9について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表2に示す。また、吸収液E9を調製する前の塩化リチウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図11に示す。吸収液E9を調製する前の塩化リチウムは白色固体であった。また、吸収液E9は、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのとき、透明な均一溶液になった。また、吸収液E9は、約80℃の場合、湿度30%RH及び湿度70%RHでは白濁溶液となり、湿度90%RHでは透明な均一溶液になった。
(Example 9)
Absorption liquid E9 was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium acetate as an inorganic salt was changed to 0.7991 g of lithium chloride and PX-4MP of the ionic liquid was changed to 0.2655 g (mass ratio; ionic liquid: inorganic salt=1:3). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E9 We measured the amount of water vapor absorption. Table 2 shows the measurement results. Also, FIG. 11 shows the visual appearance of lithium chloride before preparation of the absorbing liquid E9 in a saturated state at each temperature and humidity. Lithium chloride before preparing absorption liquid E9 was a white solid. Moreover, the absorption liquid E9 became a transparent uniform solution at about 25° C., 50% RH, 70% RH and 90% RH humidity. At about 80° C., the absorption liquid E9 became a cloudy solution at a humidity of 30% RH and a humidity of 70% RH, and became a transparent uniform solution at a humidity of 90% RH.
(実施例10)
無機塩としての酢酸リチウムを、塩化カルシウム0.6018gに変え、イオン液体のPX-4MPを0.3007gに変えた以外は、実施例1と同様にして、吸収液E10を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:2)。調製した吸収液E10について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表2に示す。また、吸収液E10を調製する前の塩化カルシウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図11に示す。吸収液E10を調製する前の塩化カルシウムは白色固体であった。また、吸収液E10は、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのとき、透明な均一溶液になった。また、吸収液E10は、約80℃の場合、湿度30%RHのとくは固体となり、湿度70%RHのときは2層となり、湿度90%RHのときは透明な均一溶液になった。
(Example 10)
Absorption liquid E10 was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium acetate as the inorganic salt was changed to 0.6018 g of calcium chloride and PX-4MP of the ionic liquid was changed to 0.3007 g (mass ratio; ionic liquid: inorganic salt=1:2). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E10 We measured the amount of water vapor absorption. Table 2 shows the measurement results. FIG. 11 shows the visual appearance of calcium chloride before preparation of the absorption liquid E10 in a saturated state at each temperature and humidity. Calcium chloride before preparation of absorption liquid E10 was a white solid. In addition, the absorption liquid E10 became a transparent uniform solution at about 25° C., 50% RH, 70% RH, and 90% RH. At about 80° C., the absorbent E10 became a solid at a humidity of 30% RH, a two-layered solution at a humidity of 70% RH, and a transparent uniform solution at a humidity of 90% RH.
(実施例11)
無機塩としての酢酸リチウムを、塩化カルシウム0.6375gに変え、イオン液体のPX-4MPを0.2078gに変えた以外は、実施例1と同様にして、吸収液E11を調製した(質量比;イオン液体:無機塩=1:3)。調製した吸収液E11について、約25℃(相対湿度約50%、約70%、約90%)及び約80℃(相対湿度約30%、約50%、約70%、約90%)の条件で水蒸気吸収量の測定を行った。測定結果を表2に示す。また、吸収液E11を調製する前の塩化カルシウム、各温度、湿度下での飽和状態における目視による外観を図11に示す。吸収液E11を調製する前の塩化リチウムは白色固体であった。また、吸収液E10は、約25℃の場合、湿度50%RH、湿度70%RH及び湿度90%RHのとき、透明な均一溶液になった。また、吸収液E11は、約80℃の場合、湿度30%RHのときは固体になり、湿度70%RHのときは2層になり、湿度90%RHでは透明な均一溶液になった。
Absorption liquid E11 was prepared in the same manner as in Example 1, except that lithium acetate as an inorganic salt was changed to 0.6375 g of calcium chloride and PX-4MP of the ionic liquid was changed to 0.2078 g (mass ratio; ionic liquid: inorganic salt=1:3). About 25 ° C. (relative humidity about 50%, about 70%, about 90%) and about 80 ° C. (relative humidity about 30%, about 50%, about 70%, about 90%) for the prepared absorption liquid E11 We measured the amount of water vapor absorption. Table 2 shows the measurement results. Also, FIG. 11 shows the visual appearance of calcium chloride before preparation of the absorption liquid E11 in a saturated state at each temperature and humidity. Lithium chloride before preparation of absorption liquid E11 was a white solid. In addition, the absorption liquid E10 became a transparent uniform solution at about 25° C., 50% RH, 70% RH, and 90% RH. At about 80° C., the absorbing liquid E11 became solid at a humidity of 30% RH, formed two layers at a humidity of 70% RH, and became a transparent uniform solution at a humidity of 90% RH.
(除湿試験)
図14に示す除湿装置を用いて、各種の条件で水電解水素ガスの除湿を行った。図14に示す除湿装置は、水電解装置(不図示)と、水電解水素ライン27、加湿塔28、富吸収液33用の流量計30、再生塔31、再生した吸収液34用の送液ポンプ32を備える。水電解装置(不図示)で発生した水電解水素ガスは、露点の確認後、水電解水素ライン27を通して加湿塔28に供給する。加湿塔28では、除湿性能を評価するため温度10℃で飽和湿度まで加湿する。吸収塔29では、加湿された湿潤水素と吸収液34とを所定の温度で接触させる。吸収塔29で水分を吸収した富吸収液33を、流量計30で流量調整し、再生塔31へ移送する。再生塔31では、富吸収液33と乾燥窒素を接触させて、吸収液34を再生させる。再生した吸収液34は、送液ポンプ32で流量を調整して吸収塔29へ循環させる。
なお、下記の実験では、イオン液体単独、エチレングリコール単体の吸収液を用いているが、本願発明の吸収液を用いて同様に行う事で、より効率的に水電解水素ガスの除湿を行う事ができる。
(Dehumidification test)
Using the dehumidifier shown in FIG. 14, dehumidification of water-electrolyzed hydrogen gas was performed under various conditions. The dehumidifier shown in FIG. 14 includes a water electrolysis device (not shown), a water
In the following experiment, the absorbing solution of ionic liquid alone and ethylene glycol alone were used, but by performing the same using the absorbing solution of the present invention, the water electrolysis hydrogen gas can be more efficiently dehumidified. can be done.
(除湿試験1)
水電解水素ガスを、流量2L/min、圧力0.30MPaGで水電解水素ライン27に供給し、加湿塔温度を10℃、吸収塔温度を25℃、吸収塔圧力を0.30MPaG、吸収塔液量を500mL、再生塔液量を500mL、吸収液をイオン液体PX-4MPに固定し、再生塔の温度を約60℃~100℃、再生塔の圧力を、-50kPaG~0kPaG、乾燥窒素流量を100~500mL/min、吸収液の循環量を2~5mL/minの範囲で表3に示す条件で除湿試験を行った。より具体的には、1)露点計へ乾燥させた水電解水素ガスを流し、乾燥水素の露点を測定し、次いで、2)露点計へ加湿塔28からのラインを切り替え、加湿水素の露点を測定し露点が10℃程度であることを確認し、次いで3)露点計へ吸収塔29からのラインを切り替え(すなわち、水電解水素ガスを水電解水素ライン27で加湿塔28に導入して加湿し、更に吸収塔29に導入し)、吸収液による除湿を行い、除湿水素の露点を経時的に測定し、露点が一定になった時点の露点を除湿水素の露点とした。結果を表3に示す。また、吸収液中の水分量を測定した。結果を表3に示す。
(Dehumidification test 1)
Water-electrolyzed hydrogen gas is supplied to the water-electrolyzed
以上の結果から以下の事がわかる。1)窒素流量を500mL/min、300mL/min、100mL/minと減らしていくと、除湿水素の露点は徐々に高くなった。2)再生塔温度を100℃、80℃、60℃と下げていくと、除湿水素の露点は徐々に高くなった。3)再生塔の圧力を-50kPaから0kPaに増大させると、除湿水素の露点は高くなり、再生塔温度100℃より60℃でその傾向はより顕著であった。4)吸収液の循環量を5mL/minから2mL/minに減少させると、除湿水素の露点は高くなり、再生塔温度100℃より60℃でその傾向はより顕著であった。特に、窒素流量300mL/minと100mL/minや、再生塔温度80℃と60℃、再生塔圧力-50kPaと0kPaでは、除湿水素の露点の差が大きく、要因としてより重要である。 The above results reveal the following. 1) As the nitrogen flow rate was decreased to 500 mL/min, 300 mL/min, and 100 mL/min, the dew point of dehumidified hydrogen gradually increased. 2) As the regeneration tower temperature was lowered to 100°C, 80°C and 60°C, the dew point of the dehumidified hydrogen gradually increased. 3) When the pressure in the regeneration tower was increased from -50 kPa to 0 kPa, the dew point of the dehumidified hydrogen increased, and this tendency was more pronounced at the regeneration tower temperature of 60°C than at 100°C. 4) When the circulation rate of the absorbing liquid was decreased from 5 mL/min to 2 mL/min, the dew point of the dehumidified hydrogen increased, and this tendency was more pronounced at the regeneration tower temperature of 60°C than at 100°C. In particular, at nitrogen flow rates of 300 mL/min and 100 mL/min, regeneration tower temperatures of 80° C. and 60° C., and regeneration tower pressures of −50 kPa and 0 kPa, the difference in the dew point of the dehumidified hydrogen is large and is a more important factor.
(除湿試験2)
次に、吸収液としてイオン液体PX-4MP及びTEGを用いて比較を行った。
(固定条件)水素流量を2L/min、加湿塔温度を10℃、吸収塔温度を25℃、吸収塔圧力を0.30MPaG、吸収塔液量を500mL、再生塔液量を500mLに固定し、表4に示す条件で、除湿試験1と同様にして除湿試験を行った。結果を表4に示す。
Next, comparison was made using ionic liquids PX-4MP and TEG as absorption liquids.
(Fixed conditions) Hydrogen flow rate was fixed at 2 L/min, humidification tower temperature at 10°C, absorption tower temperature at 25°C, absorption tower pressure at 0.30 MPaG, absorption tower liquid volume at 500 mL, regeneration tower liquid volume at 500 mL, A dehumidification test was performed in the same manner as
以上の結果から以下の事がわかる。吸収液としてTEGよりもイオン液体PX-4MPを使用したほうが、6~11℃程度、除湿水素の露点が低くなった。具体的には、1)窒素流量を500mL/min、300mL/min、100mL/minと減らしていくと、除湿水素の露点の差は7.13℃、8.85℃、11.18℃と大きくなっていった。2)再生塔温度を100℃から80℃に下げると、除湿水素の露点の差は7.13℃から11.18℃と大きくなった。3)再生塔の圧力を-50kPaGから0kPaGに増大させると、除湿水素の露点の差は7.13℃から6.18℃と小さくなった。4)吸収液の循環量を5mL/minから2mL/minに減少させても、除湿水素の露点の差は7.13と6.98℃であり、ほぼ一定であった。このように、窒素流量が少なく、再生塔温度が低く、再生塔圧力が低い場合に、TEGと比較して、イオン液体を含有する吸収液の性能が高くなる傾向にある。 The above results reveal the following. When the ionic liquid PX-4MP was used as the absorption liquid, the dew point of the dehumidified hydrogen was lowered by about 6 to 11°C rather than the TEG. Specifically, 1) when the nitrogen flow rate is reduced to 500 mL/min, 300 mL/min, and 100 mL/min, the difference in the dew point of dehumidified hydrogen increases to 7.13°C, 8.85°C, and 11.18°C. became. 2) When the regeneration tower temperature was lowered from 100°C to 80°C, the dew point difference of dehumidified hydrogen increased from 7.13°C to 11.18°C. 3) When the pressure of the regeneration tower was increased from -50 kPaG to 0 kPaG, the dew point difference of dehumidified hydrogen decreased from 7.13°C to 6.18°C. 4) Even when the circulation rate of the absorbing liquid was decreased from 5 mL/min to 2 mL/min, the difference in the dew points of the dehumidified hydrogen was 7.13 and 6.98°C, which remained substantially constant. Thus, when the nitrogen flow rate is low, the regeneration tower temperature is low, and the regeneration tower pressure is low, the performance of the absorbent containing the ionic liquid tends to be higher than that of TEG.
以上の除湿試験は、吸収液として、イオン液体であるPX-4MPを単体を用いて行っているが、前述の実施例中の流動性を備える条件で、イオン液体と無機塩を含む吸収液を用いると性能のより良い、乾燥水素の製造方法となる。 In the above dehumidification test, the ionic liquid PX-4MP alone was used as the absorbent. When used, it becomes a method for producing dry hydrogen with better performance.
1 ・・・水電解装置
2 ・・・湿潤水素
3 ・・・マスフローコントローラ(MFC)
4 ・・・三方弁
5 ・・・吸収塔
6 ・・・吸収液
7 ・・・三方弁
8 ・・・トラップ
9 ・・・静電容量式露点計
10・・・鏡面式露点計
11・・・乾燥水素
12・・・富吸収液
13・・・流量計
14・・・再生塔
15・・・送液ポンプ
16・・・トラップ
17・・・真空ポンプ
18・・・排気口
19・・・乾燥窒素ボンベ
20・・・流量計
21・・・乾燥窒素
22・・・湿潤窒素
23・・・排気口
24・・・T字コネクター
25・・・マスフローコントローラ(MFC)
26・・・コンプレッサ
27・・・水電解水素ライン
28・・・加湿塔
29・・・吸収塔
30・・・流量計
31・・・再生塔
32・・・送液ポンプ
33・・・富吸収液
34・・・吸収液
DESCRIPTION OF
4 ... Three-
26
Claims (10)
前記湿潤水電解水素ガスと、イオン液体と無機塩とを含有する吸収液とを接触させ前記水蒸気を選択的に前記吸収液に吸収させて、湿度の減少した乾燥水電解水素ガスと水蒸気を吸収した富吸収液とを得る吸収工程と、
前記乾燥水電解水素ガスと、前記富吸収液を気液分離する分離工程と、
を含み、
前記無機塩は、炭素を含まない酸、炭酸、酢酸、蟻酸、シアン酸、又はシアン化水素酸のアニオンと、無機化合物のカチオンとからなる塩(前記イオン液体を除く)である、乾燥水電解水素ガスの製造方法。 a hydrogen generation step of electrolyzing water to obtain wet water electrolysis hydrogen gas containing hydrogen and water vapor derived from raw water;
The wet water electrolyzed hydrogen gas is brought into contact with an absorption liquid containing an ionic liquid and an inorganic salt to selectively absorb the water vapor into the absorption liquid, thereby absorbing the dry water electrolyzed hydrogen gas with reduced humidity and the water vapor. an absorption step for obtaining a rich absorbent solution;
a separation step of gas-liquid separation of the dry water electrolysis hydrogen gas and the rich absorbent;
including
The inorganic salt is a salt (excluding the ionic liquid) composed of an anion of a carbon-free acid, carbonic acid, acetic acid, formic acid, cyanic acid, or hydrocyanic acid and a cation of an inorganic compound. manufacturing method.
前記再生工程は、前記富吸収液と乾燥ガスとを接触させる方法、前記富吸収液を加熱する方法、及び/又は前記富吸収液を減圧する方法、である、請求項1から5のいずれか1項に記載の乾燥水電解水素ガスの製造方法。 further comprising a regeneration step of removing water from the rich absorbent to regenerate the absorbent;
6. Any one of claims 1 to 5, wherein the regeneration step is a method of contacting the rich absorbent with a dry gas, a method of heating the rich absorbent, and/or a method of depressurizing the rich absorbent. 2. The method for producing dry water electrolytic hydrogen gas according to item 1.
前記無機塩は、炭素を含まない酸、炭酸、酢酸、蟻酸、シアン酸、又はシアン化水素酸のアニオンと、無機化合物のカチオンとからなる塩(前記イオン液体を除く)である、吸収液。
The inorganic salt is a salt (excluding the ionic liquid) composed of an anion of a carbon-free acid, carbonic acid, acetic acid, formic acid, cyanic acid, or hydrocyanic acid and a cation of an inorganic compound .
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| JP2007501105A (en) | 2003-08-05 | 2007-01-25 | ビーエーエスエフ アクチェンゲゼルシャフト | Recirculation of ionic liquids in extractive distillation |
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