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触媒充填方法 UPDATE

国内特許コード P200017277
整理番号 14112
掲載日 2020年11月2日
出願番号 特願2017-083523
公開番号 特開2018-176125
出願日 平成29年4月20日(2017.4.20)
公開日 平成30年11月15日(2018.11.15)
発明者
  • 野口 弘喜
  • 今 肇
  • 久保 真治
  • 直井 登貴夫
出願人
  • 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
発明の名称 触媒充填方法 UPDATE
発明の概要 【課題】例えば、水素製造システムにおいて使用される硫酸分解反応器への触媒充填に際して、触媒が破損せず、触媒充填後にも触媒の残渣が反応器内に残る恐れのない、新たな触媒充填方法を提供すること。
【解決手段】外管と内管から形成される流路と、前記流路内に充填された触媒を有し、前記流路を介して、前記流路の一端から他端に向けてプロセスガス又は液体は通過させることで、前記プロセスガス又は液体を処理する反応器に、前記触媒を充填する方法であって、前記触媒を不活性ガス流に載せて、前記反応器外部から前記内管を介して前記流路内に充填する。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要

ISプロセスは、図1に示されるような高温ガス炉を熱源とする水素製造システムにおいて、効率的な水素製造方法として期待されている。熱化学法であるISプロセスは、ブンゼン反応(硫酸とヨウ化水素の生成反応)、硫酸の熱分解反応、ヨウ化水素の熱分解反応の3化学反応工程により構成され、二酸化炭素を発生することなく、高温ガス炉で発生する高温ガスを利用して、原料である水を分解して水素を製造する。

ここで、ブンゼン反応の化学反応式は、図2に模式的に示すように、具体的には以下のように表される。
SO2 + I2+ 2H2O → 2HI + H2SO4
ブンゼン反応工程においては、二酸化硫黄(SO2)ガスをヨウ素(I2)と水(2H2O)の混合物中に導入することで、共に強酸性を示す、軽液相(硫酸)及び重液相(ポリヨウ化水素酸)に液-液の二相分離する生成溶液が得られる。

軽液相のH2SO4及び重液相の2HIは、それぞれ別々の系統によって、次の反応をもたらされ、それぞれ酸素及び水素を生成する。
H2SO4 → H2O + SO2 + 0.5O2
2HI → H2 + I2
ISプロセスは、水以外のヨウ素、硫黄の反応物質がプロセス内で繰り返し使用する閉サイクルであるため、環境に優しく、非常に効率的に水素を生成できるプロセスとして注目されている。

そのような水素製造システムの一例を、図3を参照して説明する。まず、図の中央に示されたブンゼン反応器にて、水(2H2O)、ヨウ素(I2)と二酸化硫黄(SO2)が反応し、硫酸(H2SO4)とヨウ化水素(HI)が生成される。その結果得られる硫酸とヨウ化水素の混合物は、二相分離器に送られ、ここで硫酸(H2SO4)が主成分である軽液相とヨウ化水素(HI)が主成分である重液相に分離させられ、それぞれ別の系統に送られる。

軽液は、軽液精製塔にてヨウ化水素、ヨウ素を取り除かれ、硫酸水溶液が生成される。硫酸水溶液は、硫酸分解反応工程の硫酸濃縮塔で濃縮され、硫酸分解器に送られる。硫酸分解器において、硫酸蒸発によって気化され、三酸化硫黄を含む混合気体が生成され、触媒にて二酸化硫黄(SO2)、酸素(O2)に分解される。その後、SO2ガス分離器により未分解硫酸を回収され、前述のブンゼン反応器に送られる。

一方、重液は、重液精製塔で硫黄分を取り除かれ、ポリヨウ化水素酸(HI、I2、H2O)が生成される。ポリヨウ化水素酸は、電気透析器にてヨウ化水素成分が濃縮され、ヨウ化水素(HI)蒸留塔で気化される。その後、ヨウ化水素(HI)分解器において、水素(H2)、ヨウ素(I2)などから成る混合気体に熱分解される。これらのガスは、水素分離塔を介して最終的に水素(H2)として取り出される。

上述の硫酸分解反応系において用いられるバイヨネット型硫酸分解器においては、 硫酸分解反応に必要な触媒を硫酸分解器組立時に先端部分に設置する必要がある。従来は、 粒状触媒を充填したポリエチレン中空円筒容器をセラミックス内管の先端部に取り付け、外管を被せて組み立て、その後、ポリエチレンを燃焼除去し、最終的に触媒のみを所定位置に残置させている。

産業上の利用分野

本発明は、例えば、高温ガス炉から得られる高熱を利用し、IS(ヨウ素硫黄)プロセスを用いて水を熱分解し、水素を製造するシステムで採用されている硫酸分解反応器など、様々な容器へ触媒を効率的に充填する方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
外管と内管から形成される流路と、前記流路内に充填された触媒を有し、前記流路を介して、前記流路の一端から他端に向けてプロセスガス又は液体は通過させることで、前記プロセスガス又は液体を処理する反応器に、前記触媒を充填する方法であって、前記触媒を不活性ガス流に載せて、前記反応器外部から前記内管を介して前記流路内に充填することを特徴とする触媒充填方法。

【請求項2】
反応器のハウジングを形成する、一端が開放され他端が閉塞された外管と、前記外管内に設けられた、両端が開放された内管を備え、前記内管の一方の開放端が前記外管の一方の開放端近くに設置され、前記内管の他方の開放端が前記外管の閉塞された他端近くまで延びており、前記外管と前記内管の間にプロセスガス又は液体の流路が形成され、前記流路が前記外管の開放端近くに、プロセスガス又は液体は通過させるが、粒状触媒は通過させない機構が設けられている反応器に、触媒を充填する方法であって、前記粒状触媒を不活性ガス流に載せて、前記反応器外部から前記内管の一方の開放端を介して前記流路内に充填することを特徴とする触媒充填方法。

【請求項3】
請求項2に記載の触媒充填方法において、前記内管内に前記内管よりも長い管である樹脂内管を設け、触媒を前記樹脂内管の内部を通して前記外管に充填することを特徴とする触媒充填方法。

【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかに記載の触媒充填方法において、前記触媒充填用不活性ガスが窒素であることを特徴とする触媒充填方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017083523thum.jpg
出願権利状態 公開
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