JPS5835922B2 - 水素の製造方法およびその装置 - Google Patents
水素の製造方法およびその装置Info
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- JPS5835922B2 JPS5835922B2 JP7615076A JP7615076A JPS5835922B2 JP S5835922 B2 JPS5835922 B2 JP S5835922B2 JP 7615076 A JP7615076 A JP 7615076A JP 7615076 A JP7615076 A JP 7615076A JP S5835922 B2 JPS5835922 B2 JP S5835922B2
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- hydrogen
- aqueous
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- 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
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は水素を多量にしかも連続的に製造する方法およ
び装置に関するものであり、特に、発電を目的とした水
素の製造にその特徴を有する。
び装置に関するものであり、特に、発電を目的とした水
素の製造にその特徴を有する。
水素を工業的に多量に製造する方法としては、従来、水
の電解法、水性ガスの精製、各種触媒を用いた水の分解
、天然ガスの改質などが行われている。
の電解法、水性ガスの精製、各種触媒を用いた水の分解
、天然ガスの改質などが行われている。
水素ガスの貯蔵、保管および輸送は、一般に高圧ボンベ
を用いるのが普通であるが、エネルギ源などとして多量
に使用するためには、ボンベでは不経済である。
を用いるのが普通であるが、エネルギ源などとして多量
に使用するためには、ボンベでは不経済である。
このため貯蔵、保管、輸送などは別の状態、即ち原料で
行い、必要に応じて水素に変換し、利用することが適当
と考えられている。
行い、必要に応じて水素に変換し、利用することが適当
と考えられている。
この観点から、天然ガスの改良が最も有望視されている
が、改質器の耐久性、公害の問題、資源の偏在などの問
題があろう。
が、改質器の耐久性、公害の問題、資源の偏在などの問
題があろう。
水素をエネルギ源として使用する場合には、原料的問題
、即ち、資源、貯蔵、輸送および取扱などに関する問題
のほかに、製造プロセス、水素の純度、濃度および対環
境などの問題に関し、総合的に評価する必要がある。
、即ち、資源、貯蔵、輸送および取扱などに関する問題
のほかに、製造プロセス、水素の純度、濃度および対環
境などの問題に関し、総合的に評価する必要がある。
本発明は金属ナトリウムから水素を製造することにより
、従来技術の種々の問題を解決することを目的としてい
る。
、従来技術の種々の問題を解決することを目的としてい
る。
金属ナトリウムは潜在的エネルギの高い物質である。
１モル、即ち２３グラムの金属ナトリウムは〔１〕式に
より水と反応し、 ３３．７キロカロリの熱を放出しながら１グラムの水素
ガスと水酸化ナトリウムとを生成する。
より水と反応し、 ３３．７キロカロリの熱を放出しながら１グラムの水素
ガスと水酸化ナトリウムとを生成する。
１グラムの水素ガスは〔２〕式により空気中でＨ２＋、
０２＋Ｈ２Ｏ−５７，８Ｋｍ（２９８°）−（２，１燃
焼し、５７８キロカロリの熱と水を生成する。
０２＋Ｈ２Ｏ−５７，８Ｋｍ（２９８°）−（２，１燃
焼し、５７８キロカロリの熱と水を生成する。
即ち、１モルの金属ナトリウムは６２．６キロカロリの
利用し得るエネルギを有することとなる。
利用し得るエネルギを有することとなる。
水素をガス状態でボンベを使用する場合と比較するなら
ば、通常用いられている４７リツトル内容積の１５０気
圧の水素ボンベが約６３０グラムの水素を保有するのに
対し、同体積（４７リツトル）のナトリウムは３倍以上
の約１９８０グラムの水素に変換することができる。
ば、通常用いられている４７リツトル内容積の１５０気
圧の水素ボンベが約６３０グラムの水素を保有するのに
対し、同体積（４７リツトル）のナトリウムは３倍以上
の約１９８０グラムの水素に変換することができる。
更に、金属ナトリウムは常温で固体であるが、融点（９
８°Ｃ）が低く、液化することが容易であり、液体状態
にした場合でも鉄鋼材料に対する腐食が小さく、かつ高
速増殖炉の冷却材としてその取扱経験が豊富であるなど
、貯蔵、輸送、増扱などに優れた性質を有している。
８°Ｃ）が低く、液化することが容易であり、液体状態
にした場合でも鉄鋼材料に対する腐食が小さく、かつ高
速増殖炉の冷却材としてその取扱経験が豊富であるなど
、貯蔵、輸送、増扱などに優れた性質を有している。
しかも金属ナトリウムは食塩や水酸化ナトリウムの電解
により工業的に容易にかつ多量に製造することができる
ばかりでなく、資源的にも岩塩や海水中に無尽蔵に存在
する。
により工業的に容易にかつ多量に製造することができる
ばかりでなく、資源的にも岩塩や海水中に無尽蔵に存在
する。
即ち、石油、天然ガス、該燃料、石炭などが資源的に偏
在する上に、相互に変換することは困難であるが、金属
ナトリウムはあらゆるエネルギから製造し、貯蔵するこ
とができる。
在する上に、相互に変換することは困難であるが、金属
ナトリウムはあらゆるエネルギから製造し、貯蔵するこ
とができる。
経済性の面からいえば、電気エネルギを金属ナトリウム
に変えるため、通常の発電方法に比べ、高価であるが、
余剰エネルギ、例えば豊水期の水力、太陽エネルギ、深
夜電力などを金属ナトリウムに置換し、エネルギ源とし
て貯蔵することは充分採算があると考える。
に変えるため、通常の発電方法に比べ、高価であるが、
余剰エネルギ、例えば豊水期の水力、太陽エネルギ、深
夜電力などを金属ナトリウムに置換し、エネルギ源とし
て貯蔵することは充分採算があると考える。
他方、安全性および公害などの面からみれば、ナトリウ
ムは人身に対し、イオンとしての毒性が低く、水と反応
した場合の強アルカリ性の有害さを除けば比較的安全な
物質であり、反応生成物である水酸化す） ＩＪウムが
環境に漏れた場合も、空気中の炭酸ガスにより、炭酸水
素ナトリウムの形で無害化される。
ムは人身に対し、イオンとしての毒性が低く、水と反応
した場合の強アルカリ性の有害さを除けば比較的安全な
物質であり、反応生成物である水酸化す） ＩＪウムが
環境に漏れた場合も、空気中の炭酸ガスにより、炭酸水
素ナトリウムの形で無害化される。
金属ナトリウムから、水素を製造するための〔１〕式の
反応は、常温においても非常に早い反応速度を持ち、空
気中では水素爆発を伴う激烈な反応となり、制御された
状態で水素を製造するには多くの困難な問題を有してい
た。
反応は、常温においても非常に早い反応速度を持ち、空
気中では水素爆発を伴う激烈な反応となり、制御された
状態で水素を製造するには多くの困難な問題を有してい
た。
従来は〔１〕式の反応を制御するため、水を水蒸気状態
とし、単位体積あたりの水の密度を下げることにより、
反応速度と水素の発生速度を抑え、着火を防止する方法
が行われているが、生成される水素は水蒸気と水酸化ナ
トリウムとの混合状態となり、エネルギ源などに利用す
るにはまだ問題があった。
とし、単位体積あたりの水の密度を下げることにより、
反応速度と水素の発生速度を抑え、着火を防止する方法
が行われているが、生成される水素は水蒸気と水酸化ナ
トリウムとの混合状態となり、エネルギ源などに利用す
るにはまだ問題があった。
本発明による方法は、水酸化カリウムの水溶液を反応水
溶液として用いることにより、単位体積あたりの水の密
度を下げ、金属ナトリウムと水との反応速度を制御し得
る程度までに下げ、かつ又水酸化カリウムの水溶液を用
いることによる種々の利点を応用することに特徴を有す
る。
溶液として用いることにより、単位体積あたりの水の密
度を下げ、金属ナトリウムと水との反応速度を制御し得
る程度までに下げ、かつ又水酸化カリウムの水溶液を用
いることによる種々の利点を応用することに特徴を有す
る。
水酸化カリウム水溶液は金属すｌ−ＩＪウムから水素を
製造するための反応水溶液として次の長所を有する。
製造するための反応水溶液として次の長所を有する。
■水酸化カリウムは金属ナトリウムと反応しない。
■不燃性である。■カリウムは人身に対し、イオンとし
ての毒性が低く、強アルカリ物質としての有害性を省け
ば、比較的安全な物質である。
ての毒性が低く、強アルカリ物質としての有害性を省け
ば、比較的安全な物質である。
■水に対し大きな溶解度を持ち、即ち２０℃の水１００
グラムに約１１２グラム溶解し、反応水溶液中の水の密
度を、金属ナトリウムとの安全な反応速度まで下げるこ
とができる。
グラムに約１１２グラム溶解し、反応水溶液中の水の密
度を、金属ナトリウムとの安全な反応速度まで下げるこ
とができる。
■反応により生成する水酸化ナトリウムの溶解度は常温
の水酸化カリウム飽和水溶液１００グラムに約１０グラ
ム溶解し、比較的大きい。
の水酸化カリウム飽和水溶液１００グラムに約１０グラ
ム溶解し、比較的大きい。
■水酸化カリウムの蒸気圧は低く、反応中に揮発し難い
。
。
■炭酸カリウムの溶解度が太きいため、空気中で長時間
使用しても、炭酸カリウムの沈澱を生じない。
使用しても、炭酸カリウムの沈澱を生じない。
■１００℃以下の低温では１８−８系ステンレス鋼、ニ
ッケル基合金などの構造用材料を腐食しない。
ッケル基合金などの構造用材料を腐食しない。
本発明を実施する装置の一例を第１図に基いて以下に説
明する。
明する。
水酸化カリウムの水溶液、ここでは、飽和水溶液を用い
た反応水溶液１を収納する反応容器２には、固体の金属
ナトリウム３を継続して供給する装置４が設置される。
た反応水溶液１を収納する反応容器２には、固体の金属
ナトリウム３を継続して供給する装置４が設置される。
反応容器２内の金属ナトリウム３は、反応水溶液１と〔
１〕式の化学反応により、水素ガス、水酸化ナトリウム
および熱を生成する。
１〕式の化学反応により、水素ガス、水酸化ナトリウム
および熱を生成する。
この化学反応による反応水溶液１の温度上昇は金属す）
ＩＪウム３が融解しない程度、即ち９８℃以下に制御
される。
ＩＪウム３が融解しない程度、即ち９８℃以下に制御
される。
生成した水素ガスは反応水溶液１と分離し、水素ガス取
り出し口５から水素ガス利用系６に導き出される。
り出し口５から水素ガス利用系６に導き出される。
反応水溶液中の水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウム
は蒸気圧が低いため、殆んど水素ガス中には入らない。
は蒸気圧が低いため、殆んど水素ガス中には入らない。
金属ナトリウムと反応し、温度上昇し、かつ水酸化ナト
リウムを含んだ反応水溶液１はポンプ７により、反応容
器２から、出口導管８を通って水酸化ナトリウム分離装
置９に導びき出される。
リウムを含んだ反応水溶液１はポンプ７により、反応容
器２から、出口導管８を通って水酸化ナトリウム分離装
置９に導びき出される。
反応容器２からポンプ７への途中に給水系１０を設け、
反応容器内で消費した水を補給する。
反応容器内で消費した水を補給する。
補給する水の量は水素ガス利用系６に設置された水素ガ
ス検量計１１により決められる。
ス検量計１１により決められる。
水酸化す） ＩＪウム分離装置９は、反応水溶液に溶解
する水酸化ナトリウムの温度依存性、即ち反応水溶液の
温度が高いほど水酸化ナトリウムの溶解度は大きいこと
を利用し、金属ナトリウムとの反応後の反応水溶液を、
強制冷却装置１２と冷却フィン１３とにより、反応以前
の温度まで冷却し、過飽和の水酸化ナトリウムを分離装
置９内に析出、除去させるものであり、この冷却と分離
を兼ねた装置は一般にコールド・ラップと呼ばれる。
する水酸化ナトリウムの温度依存性、即ち反応水溶液の
温度が高いほど水酸化ナトリウムの溶解度は大きいこと
を利用し、金属ナトリウムとの反応後の反応水溶液を、
強制冷却装置１２と冷却フィン１３とにより、反応以前
の温度まで冷却し、過飽和の水酸化ナトリウムを分離装
置９内に析出、除去させるものであり、この冷却と分離
を兼ねた装置は一般にコールド・ラップと呼ばれる。
この場合、あらかじめ給水系１０より反応で消費した水
を補給しであるため、水酸化カリウムの析出は抑えられ
る。
を補給しであるため、水酸化カリウムの析出は抑えられ
る。
析出除去を促進させるため、分離装置内にはメツシュ１
４などが充填される。
４などが充填される。
分離装置は多数個を並列につなぎ、最初の分離装置９が
水酸化ナトリウムで閉塞した後は、バルブ１５゜１６．
１７，１８を用い、流路を第２の分離装置に切換え、中
断することなく水酸化すｌ−ＩＪウムの分離を行う。
水酸化ナトリウムで閉塞した後は、バルブ１５゜１６．
１７，１８を用い、流路を第２の分離装置に切換え、中
断することなく水酸化すｌ−ＩＪウムの分離を行う。
閉塞した最初の分離装置９は注水系１９から水を注入し
、水酸化すＩ−ＩＪウムを溶解し、ドレインライン２０
より水酸化ナトリウムを水溶液として取り出すと共に、
分離装置９を再生する。
、水酸化すＩ−ＩＪウムを溶解し、ドレインライン２０
より水酸化ナトリウムを水溶液として取り出すと共に、
分離装置９を再生する。
この分離操作により金属ナトリウムは水酸化ナトリウム
として回収される。
として回収される。
水酸化ナトリウムが除去され、かつ反応以前の温度まで
冷却された反応水溶液は、戻り導管２１により、反応容
器２に戻り、再び金属ナトリウムと反応し、水素を製造
する。
冷却された反応水溶液は、戻り導管２１により、反応容
器２に戻り、再び金属ナトリウムと反応し、水素を製造
する。
この一連のプロセスにより、反応水溶液は殆んど消費さ
れることなく使用することができるし、回収された水酸
化ナトリウムは金属ナトリウムを製造するための原料と
してそのまま利用できる。
れることなく使用することができるし、回収された水酸
化ナトリウムは金属ナトリウムを製造するための原料と
してそのまま利用できる。
なお、反応容器２には、水の注水口２２、水酸化カリウ
ム水溶液の注入口２３、反応中に金属ナトリウム３が液
面２４に浮遊することを防止するための金網２５などが
設置される。
ム水溶液の注入口２３、反応中に金属ナトリウム３が液
面２４に浮遊することを防止するための金網２５などが
設置される。
本発明による方法および装置を使用することにより、従
来技術のものに比べ、次の効果がある。
来技術のものに比べ、次の効果がある。
１．１００℃を越えない比較的低い温度で水素の製造を
行うことができるため、構造材料的な制約や腐食量など
が少なく装置の長寿命化を図ることができる。
行うことができるため、構造材料的な制約や腐食量など
が少なく装置の長寿命化を図ることができる。
２、原料・材料物質および反応生成物質中の元素に関す
るイオンとしての毒性が低く、環境に対する悪影響を小
さくすることができる。
るイオンとしての毒性が低く、環境に対する悪影響を小
さくすることができる。
３、純粋に消費される物質は水のみであり、物質的損耗
が少ない。
が少ない。
４、高純度かつ高濃度の水素を製造することができる。
５、装置はほぼ常圧の系として運転することができるた
め、構造的問題が少ない。
め、構造的問題が少ない。
６、原料である金属ナトリウムは資源的に豊富なうえに
、工業的に多量に生産することができ、かつ貯蔵、輸送
、取扱などに関する経験も豊富で製造所などの立地上の
制約が少ない。
、工業的に多量に生産することができ、かつ貯蔵、輸送
、取扱などに関する経験も豊富で製造所などの立地上の
制約が少ない。
７、発電を主体としたエネルギ源としての水素製造に適
している。
している。
本発明による方法および装置は金属ナトＩＪウムに陽電
極を、反応水溶液に、電極を設置することにより、直流
発電装置として使用することができ反応によって生ずる
熱エネルギの一部回収を行うことができる。
極を、反応水溶液に、電極を設置することにより、直流
発電装置として使用することができ反応によって生ずる
熱エネルギの一部回収を行うことができる。
第１図は本発明の装置の一例を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 水酸化カリウムの水溶液から成る反応水溶液を循環
させながら、金属ナトリウムと反応させ、水素を製造す
ると共に、反応水溶液から反応生成物である水酸化ナト
リウムを分離することを特徴とする水素の製造方法。 ２ 反応水溶液を収納し、かつ固体の金属ナトリウムを
継続して供給する装置、反応水溶液と金属ナトリウムと
を反応させる反応容器、この反応容器内に反応水溶液を
循環させ、そして反応水溶液に水を補給し、かつ反応水
溶液を冷却し、水酸化ナトリウムを分離するためのコー
ルド・トラップとを有する反応水溶液の強制循環型ルー
プとから構成された水素の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7615076A JPS5835922B2 (ja) | 1976-06-28 | 1976-06-28 | 水素の製造方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7615076A JPS5835922B2 (ja) | 1976-06-28 | 1976-06-28 | 水素の製造方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS531695A JPS531695A (en) | 1978-01-09 |
| JPS5835922B2 true JPS5835922B2 (ja) | 1983-08-05 |
Family
ID=13596979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7615076A Expired JPS5835922B2 (ja) | 1976-06-28 | 1976-06-28 | 水素の製造方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5835922B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0440688Y2 (ja) * | 1986-07-01 | 1992-09-24 | ||
| JP2002161325A (ja) * | 2000-11-20 | 2002-06-04 | Ulvac Japan Ltd | アルミニウム合金、水素ガス発生方法、水素ガス発生器及び発電機 |
| US8444846B2 (en) * | 2009-12-07 | 2013-05-21 | Battelle Energy Alliance, Llc | Method and system for producing hydrogen using sodium ion separation membranes |
-
1976
- 1976-06-28 JP JP7615076A patent/JPS5835922B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS531695A (en) | 1978-01-09 |
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