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高温型プロトン導電体を用いた炭化水素改質ガス類から水素を分離する方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P03P000667
整理番号 A151P13
掲載日 2003年7月10日
出願番号 特願2001-190705
公開番号 特開2003-002610
登録番号 特許第4353657号
出願日 平成13年6月25日(2001.6.25)
公開日 平成15年1月8日(2003.1.8)
登録日 平成21年8月7日(2009.8.7)
発明者
  • 松本 広重
  • 高村 仁
  • 岩原 弘育
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 高温型プロトン導電体を用いた炭化水素改質ガス類から水素を分離する方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】 新規な原理に基づく水素の製造方法の提供
【解決手段】 高温型プロトン導電性固体電解質S.Eからなる膜の両面に水素の酸化・プロトンの還元反応が可能な電極ELA、ELCが取り付けられ、一方が陽極室(アノード室)〔A〕を、他方が陰極室(カソード室)〔C〕を構成するよう前記電極に電圧が加えられ、かつ前記高温型プロトン導電性固体電解質が充分なイオン導電性を持つように維持された電気化学的セルの、アノード室に少なくとも一酸化炭素および/または二酸化炭素ならびに水素を含む混合ガスGMIXを供給し、カソード室には0.1-0.4mol/発生H2mol比の水分または水分を含むスイープガスGSWを送ることを特徴とする前記混合ガスから分離された水素を得る方法。
従来技術、競合技術の概要


地球温暖化の原因である二酸化炭素および生物に有害な排気ガスなどの問題を地球規模で解決するためには、化石燃料の燃焼エネルギーを機械エネルギー源としていたエネルギー変換技術から、前記問題をできるだけ小さく抑えることができるエネルギー変換手段への、または前記問題のガスを実質的に発生させないエネルギー変換手段への変更の必要性が、より切迫した問題とされるようになってきた。自動車などでも、エネルギーのハイブリッド化が進められ、更にはエネルギー変換手段を全く変えた、燃料電池をエネルギー変換手段とするものに大きく変わろうとしている。



燃料電池は、研究の歴史も長く、燃料の持つ化学エネルギーを電気化学的な反応によって直接電気エネルギーに変換でき、変換効率が高く、クリーンな排気、低騒音であるなどの長所を持つため、都心部にも設置可能なエネルギー変換手段として注目され、実用化の研究も更に盛んになっている。中でも、固体電解質型燃料電池は、従来の熱機関より遙かに高い発電効率が予想されており、今後の資源エネルギーの問題や前記環境問題を解決できるものとして注目されている。
特に、水素を燃料とするものは、クリーンで、かなりコンパクトな電池が設計可能であることから、最も注目されている。



ただ、前記現時点でのコンパクト化可能な電池では、水素燃料中への一酸化炭素の混入は貴金属系触媒に被毒をきたすなど、該変換手段に悪影響を引き起こすという問題があり、燃料中のこの量を100ppm以下にすることが重要な課題となっている。前記一酸化炭素などを除去するのにこれまで提案されている技術を、水素源として、改質ガス、合成ガスを用いる場合について、挙げると、
1,多孔質体(フイルター)を用いる方法。
2,パラジウムあるいはパラジウム合金を改質ガスからの水素分離に用いる方法。
3,固体電解質を用いる方法などがある。
3,の方法は、分離性能および被毒の問題が少ないものとして注目されている。



特開平10-297902号公報には、酸素イオン輸送に基づく、炭化水素の部分酸化による合成ガスの製造と、該生成した合成ガスから水素輸送膜として、例えばパラジウム若しくはパラジウム合金を利用するもの又はプロトン輸送膜、例えば高温型プロトン導電性固体電解質水素輸送膜を用いて水素のみを分離する工程とを一体化した水素の製造プロセスの発明について説明されている。
そして、使用する固体電解質水素輸送膜を構成する材料および水素製造法の原理的な説明はあるが、水素製造の具体的な説明がなされておらず、実際に水素の生成がされたことを確認したことのデータもない。また、本発明者らは、前記公開公報に記載の範囲でその技術の実施を試みたが、水素の継続的分離を確かめることができなかった。

産業上の利用分野


本発明は、一酸化炭素および水素を含む混合ガス、特に合成直後の高温の合成ガスから実質的に水素のみを分離する水素分離方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
高温型プロトン導電性固体電解質からなる膜の両面に水素の酸化・プロトンの還元反応が可能な電極が取り付けられ、一方が陽極室(アノード室)を、他方が陰極室(カソード室)を構成するよう前記電極に電圧が加えられ、かつ前記高温型プロトン導電性固体電解質が充分なイオン導電性を持つように維持された電気化学セルの、アノード室に一酸化炭素および水素を含む混合ガスを供給し、カソード室には0.1-0.4mol/発生Hmol比の水分または水分を含むスイープガスをカソード室に供給することを特徴とする前記混合ガスから分離された水素を得る方法。

【請求項2】
高温型プロトン導電性固体電解質からなる膜を700℃以上1000℃迄に維持することを特徴とする請求項1に記載の混合ガスから分離された水素を得る方法。

【請求項3】
混合ガスが生成した高温の改質ガスであることを特徴とする請求項1または2に記載の分離された水素を得る方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2001190705thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 資源循環・エネルギーミニマム型システム技術 領域
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