JP7316713B1 - 水素ガス製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素化マグネシウム(MgH2)等の水素吸蔵金属、金属マグネシウム(Mg)等の単体金属などに代表される金属を水蒸気と接触させ、生成物として水素ガスと酸化マグネシウム(MgO)の金属酸化物と熱を生成させる反応を制御して、水素の製造を間欠的又は連続的に実施できる技術を提供することを課題とする。
前記金属を収容するための反応容器、
前記反応容器内に水蒸気を導入する水蒸気供給装置、
前記反応容器から水素を含むガスを回収する装置、及び
前記反応を停止させるか、または、前記反応容器から回収されるガスの酸素濃度を水素の爆発限界酸素濃度よりも低く保持するために、前記反応容器内に不活性ガスを導入する不活性ガス供給装置、
を備えてなる水素ガス製造装置を提供する。
図1に示されるプラントは、5基の同じ反応装置1a,1b,1c,1d,1eを切り替えて使用することで、連続的に水素ガス及び酸化マグネシウムを製造できるようにしたものである。各反応装置1a,1b,1c,1d,1eは、概略筒状の反応容器を備え、この反応容器は、耐熱性及び耐圧性の高い材料で作られたものであれば特に限定されず、金属製のタンクの他、耐火材打設により形成された炉であってもよい。上記反応容器の内部は、カーボンファイバー布製、金属スクリーン製などの通気性を有する材質でできた隔壁13で上室11と下室12に区切られている。図示のプラントは、一基の水蒸気発生装置2と導管21a,21bとからなる水蒸気供給装置を備え、導管21aから上室11に水蒸気が供給され、導管21bから下室12に水蒸気が供給される。下室12には不活性ガス供給装置3から不活性ガスを反応容器に導入する導管31が連通している。上記反応容器は、その外側に冷却用ジャケットを備え、この冷却用ジャケットには、冷却水を導入する導管41と排出する導管42が連通している。そして、上記反応容器の頂部には、上記反応容器にガスを連続的に導入した際に上記反応容器の内部からガスを連続的に排出するための導管14が連通している。
Mg+H2O→MgO+H2+熱…(2)
2AlH3+3H2O→Al2O3+6H2+熱…(3)
2Al+3H2O→Al2O3+3H2+熱…(4)
2FeH3+3H2O→Fe2O3+6H2+熱…(5)
2Fe+3H2O→Fe2O3+3H2+熱…(6)
また、上記反応は、上記反応容器内の金属が総て金属酸化物に酸化される前であっても、上記反応容器への水蒸気の導入を停止するとともに、導管31から不活性ガスを導入することによって、停止することができる。この場合、再度、導管21a,21bから水蒸気を上記反応容器内に導入することにより、上記反応容器に残存する金属を用いて上記反応を再開できるので、プラントを間欠的に運転することができる。
上記反応により生成した金属酸化物は、反応容器から回収して公知の方法で単体金属に還元し、前記反応の原料又は他の用途にリサイクルすることができる。その後、反応容器に金属を収容し、導管31から不活性ガスを導入してパージしておけば、当該反応容器を次の運転のためにスタンバイさせることができる。
11 上室
12 下室
13 隔壁
14 導管
2 水蒸気発生装置
20 導管
21a,21b 導管
22 純水製造装置
23 純水タンク
24 脱気器
3 不活性ガス発生装置
31 導管
4 温水タンク
41 導管
42 導管
44 冷却塔
5 排ガス冷却器
6 排ガス冷却塔
61 スプレー水タンク
7 ミストセパレータ
8 水素ガスホルダー
9 放散塔
Claims (14)
- 金属を収容した反応容器内に水蒸気を導入することにより、前記金属を前記水蒸気と反応させて金属酸化物と水素を生成させる反応を生起させるとともに、前記反応容器から水素を含むガスを回収することを含む水素ガス製造方法であって、前記反応容器内に不活性ガスを導入して、前記反応を停止させるか、または、前記反応容器から回収されるガスの酸素濃度を水素の爆発限界酸素濃度よりも低く保持するようにしたことを特徴とする水素ガス製造方法。
- 前記水蒸気の酸素含有量を低減させることにより、前記反応容器から回収されるガスの酸素濃度を水素の爆発限界酸素濃度よりも低く保持するようにした、請求項1に記載の方法。
- 前記反応容器内を冷却して、前記反応容器から回収されるガスの温度を所定温度に保持するようにした、請求項2に記載の方法。
- 前記反応容器を複数用意し、これら複数の反応容器を切り替えて連続的又は間欠的に水素ガスを製造できるようにした、請求項1に記載の方法。
- 前記金属は、Mg、MgH2、Al、AlH3、Fe及びFeH3からなる群より選ばれる少なくとも一つである、請求項1に記載の方法。
- 前記水蒸気は、純水由来の水蒸気である、請求項5に記載の方法。
- 前記反応により生成した金属酸化物を前記金属に還元して、前記反応の原料又は他の用途にリサイクルすることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 金属を水蒸気と反応させて金属酸化物と水素を生成させる反応を利用した水素ガス製造装置であって、
前記金属を収容するための反応容器、
前記反応容器内に水蒸気を導入する水蒸気供給装置、
前記反応容器から水素を含むガスを回収する装置、及び
前記反応を停止させるか、または、前記反応容器から回収されるガスの酸素濃度を水素の爆発限界酸素濃度よりも低く保持するために、前記反応容器内に不活性ガスを導入する不活性ガス供給装置、
を備えてなる水素ガス製造装置。 - 前記反応容器から回収されるガスの酸素濃度を水素の爆発限界酸素濃度よりも低く保持するために、前記水蒸気の酸素含有量を低下させる装置をさらに備えてなる、請求項8に記載の装置。
- 前記反応容器内を冷却して、前記反応容器から回収されるガスの温度を所定温度に保持する冷却装置をさらに備えてなる、請求項9に記載の装置。
- 前記反応容器を複数備え、これら複数の反応容器を切り替えて連続的又は間欠的に水素ガスを製造できるようにした、請求項8に記載の装置。
- 前記金属は、Mg、MgH2、Al、AlH3、Fe及びFeH3からなる群より選ばれる少なくとも一つである、請求項8に記載の装置。
- 前記水蒸気は、純水由来の水蒸気である、請求項12に記載の装置。
- 前記反応により生成した金属酸化物を前記金属に還元して、前記反応の原料又は他の用途にリサイクルすることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
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