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METHOD FOR THERMOCHEMICALLY PRODUCING HYDROGEN

Patent code P120006612
File No. 13501
Posted date Feb 9, 2012
Application number P2010-092720
Publication number P2011-219331A
Patent number P5610271
Date of filing Apr 14, 2010
Date of publication of application Nov 4, 2011
Date of registration Sep 12, 2014
Inventor
  • (In Japanese)久保 真治
  • (In Japanese)笠原 清司
  • (In Japanese)田中 伸幸
  • (In Japanese)今井 良行
  • (In Japanese)小貫 薫
  • (In Japanese)ワン ライチン
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
Title METHOD FOR THERMOCHEMICALLY PRODUCING HYDROGEN
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To refine an H2SO4 phase and an HIx phase that are Bunsen reaction products in the iodine-sulfur cycle, including a minute amount of HI and H2SO4 so as to avoid generation of side reaction.
SOLUTION: In the refinement of the H2SO4 phase and the HIx phase, a mixed gas of oxygen and an inert gas are used. In a process thereof, the perfect refinement of the H2SO4 phase can be achieved without consuming H2SO4 by HI oxidation, 4HI + O2 = 2I2 + 2H2O different from a conventional refinement mechanism using only the inert gas, i.e., the reverse Bunsen reaction, 2HI + H2SO4 = SO2 + I2 + 2H2O. In the refinement of the HIx phase using an oxygen-containing mixed gas as a stripping gas, oxygen in the mixed gas properly reacts with a by-product S or H2S to form SO2, so that a selection rate of SO2 can be increased as compared with the conventional refinement using only the inert gas.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

水素は、最良の二次エネルギーと考えられ、人類の次世代のエネルギーとしても知られている。しかし、これまでの水素製造方法は、CO2放出、低効率などの欠点により、水素エネルギーの開発に制限が与えられていた。そのため、これまで、クリーンで、効率的で、かつ持続可能な水素製造方法についての研究に、より多くの注意が払われてきた。多くの熱化学水素製造方法の中でも、とりわけ、ゼネラルアトミック社(General Atomic)によって最初に提案された、ヨウ素-硫黄(IS)サイクルは、クリーンで、経済的であり、高温の核熱エネルギーを使用する大規模水素製造の持続可能な方法であると思われる。しかし、ISプロセスを用いて工業的に水素製造を行うためには、今なお、解決されるべき技術的課題が幾つか存在する。そのような課題の一つに、H2SO4相及びHIx相から成るブンゼン反応生成物の精製がある。

上述のISプロセスは、以下の3つの反応から構成される。

ブンゼン反応:SO2 + I2 + 2H2O = 2HI + H2SO4 (1)

H2SO4分解反応:H2SO4 = SO2 + 1/2O2 + H2O (2)

HI分解反応:2HI = H2 + I2 (3)

過剰なヨウ素が存在すると、ブンゼン反応生成物は、軽いH2SO4相と重いHIx相の2相に分離される。配分平衡となることにより、H2SO4 相及びHIx相内に、それぞれ少量のHI及びH2SO4が生ずることは避けがたいことである。二つの相内の微少成分の存在は、以下に示されるような、硫黄形成(4)や硫化水素形成(5)などの幾つかの副反応を発生させる。

硫黄形成反応:H2SO4 + 6HI = S + 3I2 + 4H2O (4)

硫化水素形成反応: H2SO4 + 8HI = H2S + 4I2 + 4H2O (5)

副反応は、プロセス原料バランスへの影響、全体効率の悪化、閉サイクルの連続運転を妨げる配管の詰まりなど、多くの重大な問題を引き起こす。したがって、副反応の発生を防止するためには、H2SO4相及びHIx相を精製し、微少成分を除去することが不可欠となる。

現在世界的に知られている精製原理は、逆ブンゼン反応(6)である。

逆ブンゼン反応:2HI + H2SO4 = SO2 + I2 + 2H2O (6)

日本、韓国、及び中国の研究者らは、それぞれ非特許文献1、2及び3において報告しているように、上述の精製反応(6)を採用し、ストリッピングガスとして窒素を使用するストリッピング塔によって、H2SO4相及びHIx相を精製するようにしている。

上述のプロセスを用いて二つの相を精製する際中に幾つかの欠点がある。H2SO4相内の少量のHIは、逆ブンゼン反応によって取り除かれるが、同時に、ある量の硫酸が消費されざるを得ない。上述のプロセスを用いるHIx相の精製は、度々、精製効率を低下させる、硫黄あるいは硫化水素発生などの副反応を伴う。この課題を解決するための一つの手段が特許文献1に開示されている。

上述の特許文献1では、精製プロセスにおける副反応(式(5)参照)の結果生成する硫化水素を除去する手段として、酸素ガスの添加が提案されている。酸素ガスの添加により、以下の反応が進行する。

H2SO4 + H2S + O2 ⇒ 2SO2 + 2H2O (7-1)

また、この反応の生成物である二酸化硫黄及び水を、(1)ブンゼン反応を進行する容器に輸送し水素を製造することで、水素製造効率を向上できる。さらにまた、特許文献1では、精製プロセスにおける(4)副反応の結果生成する硫黄を除去する手段として、ろ過器の導入が提案されている。硫黄を蓄積したろ過器に酸素ガスを導入することで以下の反応が進行する。

S + O2 ⇒ 2SO2 (7-2)

そして、上述の特許文献1には、この反応の生成物である二酸化硫黄を、(1)ブンゼン反応を進行する容器に輸送し水素を製造することで、水素製造効率を向上させることができる旨記載されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、水素製造効率に優れた熱化学水素製造方法に係り、特にヨウ素-硫黄(IS)水素製造サイクルにおいてH2SO4及びHIx相を精製するための精製プロセスを改良した、熱化学水素製造方法に関する。この改良された水素製造方法では、上述の精製プロセスおいて用いるストリッピングガス(stripping gas)としては、これまで使用されてきた窒素に代わって、酸素と不活性ガスから成る混合ガスを使用する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
原材料であるH2Oから、ブンゼン反応によってH2SO4相及びHIx相を形成する段階、形成されたH2SO4相及びHIx相を分離する段階、その後、それぞれの相を反応性ストリッピングガスを用いて、H2SO4相及びHIx相の各相に含まれる不純物を別個に精製する段階、最後に、精製されたHIxからHI分解反応によって水素を製造する段階からなる熱化学水素製造方法において、
前記精製段階で用いられる反応性ストリッピングガスが、酸素と不活性ガスから成る混合ガスであることを特徴とする熱化学水素製造方法。

【請求項2】
 
請求項1に記載の熱化学水素製造方法において、
酸素と不活性ガスから成る前記混合ガスが、窒素、ヘリウム、アルゴンを含有する1種又は数種の不活性ガスと、酸素の混合ガスであることを特徴とする熱化学水素製造方法。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2010092720thum.jpg
State of application right Registered
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