(57)【要約】【課題】水素製造効率を向上させることのできる水素製造用のヨウ化水素の精製装置及びその精製方法、水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置及びその濃縮方法を提供する。【解決手段】水素製造用のヨウ化水素の精製装置が、ヨウ素、二酸化硫黄、及び水を熱化学的に分解してヨウ化水素及び硫酸を生成する反応手段と、前記反応手段で生成されたヨウ化水素及び硫酸を、ヨウ化水素及び不純物の硫酸を含む原液と、硫酸とに分離する分離手段と、荷電モザイク膜と、前記分離手段から排出された前記原液を前記荷電モザイク膜の一方の面に接触させて、前記荷電モザイク膜に選択的に透過される前記ヨウ化水素を前記原液中から脱塩させる脱塩室と、透析液を前記荷電モザイク膜の他方の面に接触させて、前記荷電モザイク膜に選択的に透過された前記ヨウ化水素を前記透析液に移行させる透析液室と、を具備する。【選択図】図１
2008037666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨウ素、二酸化硫黄、及び水を熱化学的に分解してヨウ化水素及び硫酸を生成する反応手段と、
前記反応手段で生成されたヨウ化水素及び硫酸を、ヨウ化水素及び不純物の硫酸を含む原液と、硫酸とに分離する分離手段と、
荷電モザイク膜と、
前記分離手段から排出された前記原液を前記荷電モザイク膜の一方の面に接触させて、前記荷電モザイク膜に選択的に透過される前記ヨウ化水素を前記原液中から脱塩させる脱塩室と、
透析液を前記荷電モザイク膜の他方の面に接触させて、前記荷電モザイク膜に選択的に透過された前記ヨウ化水素を前記透析液に移行させる透析液室と、
を具備することを特徴とする水素製造用のヨウ化水素の精製装置。
【請求項２】
前記脱塩室内の前記原液を加熱する第１の加熱手段と、
前記第１の加熱手段を制御する第１の温度制御手段と、
前記透析液室内の前記透析液を加熱する第２の加熱手段と、
前記第２の加熱手段を制御する第２の温度制御手段と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の水素製造用のヨウ化水素の精製装置。
【請求項３】
前記脱塩室に接続され、前記脱塩室内の前記原液を循環させるための第１の循環経路と、
前記第１の循環経路及び前記脱塩室内に前記原液を循環させる第１のポンプと、
前記透析液室に接続され、前記透析液室内の前記透析液を循環させるための第２の循環経路と、
前記第２の循環経路及び前記透析液室内に前記透析液を循環させる第２のポンプと、
をさらに具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の水素製造用のヨウ化水素の精製装置。
【請求項４】
ヨウ素、二酸化硫黄、及び水を熱化学的に分解してヨウ化水素及び硫酸を生成する反応手段と、
前記反応手段で生成されたヨウ化水素及び硫酸を、ヨウ化水素を含む原液と、硫酸とに分離する分離手段と、
荷電モザイク膜と、
前記分離手段から排出された前記原液を前記荷電モザイク膜の一方の面に接触させて、前記荷電モザイク膜に透過される前記ヨウ化水素を前記原液中から脱塩させる脱塩室と、
前記脱塩前においてヨウ化水素の濃度が前記原液と実質的に等しい透析液を、前記荷電モザイク膜の他方の面に接触させて、前記荷電モザイク膜に透過された前記ヨウ化水素を前記透析液に移行させる透析液室と、
前記透析液室内よりも前記脱塩室内の圧力を高める加圧手段と、
を具備することを特徴とする水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置。
【請求項５】
前記脱塩室に接続され、前記脱塩室内の前記原液を循環させるための第１の循環経路と、
前記透析液室に接続され、前記透析液室内の前記透析液を循環させるための第２の循環経路と、
前記第２の循環経路及び前記透析液室内に前記透析液を循環させる第１のポンプと、
をさらに具備し、
前記加圧手段が、前記第１の循環経路及び前記脱塩室内に前記原液を循環させる第２のポンプを有することを特徴とする請求項４に記載の水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置。
【請求項６】
前記荷電モザイク膜と前記脱塩室と前記透析液室とで構成される透析部を、直列に複数配置し、
前段の透析部の前記透析液室から排出される前記ヨウ化水素が濃縮された透析液の流路が、次の段の透析部の前記脱塩室及び前記透析液室にそれぞれ連通していることを特徴とする請求項４又は５に記載の水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置。
【請求項７】
ヨウ素、二酸化硫黄、及び水を熱化学的に分解してヨウ化水素及び硫酸を生成する反応手段と、
前記反応手段で生成されたヨウ化水素及び硫酸を、ヨウ化水素を含む原液と、硫酸とに分離する分離手段と、
逆浸透膜と、
前記分離手段から排出された前記原液を前記逆浸透膜の一方の面に接触させて、前記逆浸透膜に水を浸透させて原液を脱水させる脱水室と、
希釈液を前記逆浸透膜の他方の面に接触させて、前記逆浸透膜を浸透した前記水を前記希釈液に移行させる希釈室と、
前記希釈室内よりも前記脱水室内の圧力を高める加圧手段と、
を具備することを特徴とする水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置。
【請求項８】
前記脱水室に接続され、前記脱水室内の前記原液を循環させるための第１の循環経路と、
前記希釈室に接続され、前記希釈室内の前記希釈液を循環させるための第２の循環経路と、
前記第２の循環経路及び前記希釈室内に前記希釈液を循環させる第１のポンプと、
をさらに具備し、
前記加圧手段が、前記第１の循環経路及び前記脱水室内に前記原液を循環させる第２のポンプを有することを特徴とする請求項７に記載の水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置。
【請求項９】
前記逆浸透膜が炭素膜であることを特徴とする請求項７又は８に記載の水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置。
【請求項１０】
前記逆浸透膜と前記脱水室と前記希釈室とで構成される逆浸透膜部を、直列に複数配置し、
前段の逆浸透膜部の前記脱水室から排出される前記ヨウ化水素の濃縮された原液の流路が、次の段の逆浸透膜部の前記脱水室に連通していることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置。
【請求項１１】
ヨウ素、二酸化硫黄、及び水を熱化学的に分解してヨウ化水素及び硫酸を生成するブンゼン反応工程と、
前記ブンゼン反応工程で生成されたヨウ化水素及び硫酸を、ヨウ化水素及び不純物の硫酸を含む原液と、硫酸とに分離する分離工程と、
荷電モザイク膜の一方の面に前記分離工程で分離された前記原液を接触させ、前記荷電モザイク膜の他方の面に透析液を接触させ、前記原液中の前記ヨウ化水素を選択的に前記透析液に移行させる精製工程と、
を有することを特徴とする水素製造用のヨウ化水素の精製方法。
【請求項１２】
ヨウ素、二酸化硫黄、及び水を熱化学的に分解してヨウ化水素及び硫酸を生成するブンゼン反応工程と、
前記ブンゼン反応工程で生成されたヨウ化水素及び硫酸を、ヨウ化水素を含む原液と、硫酸とに分離する分離工程と、
荷電モザイク膜の一方の面に前記分離工程で分離された前記原液を接触させ、前記荷電モザイク膜の他方の面に、濃縮処理前においてヨウ化水素の濃度が前記原液と実質的に等しい透析液を接触させ、かつ前記原液の圧力を前記透析液の圧力よりも高くして、前記原液中の前記ヨウ化水素を前記透析液中に移行させる濃縮工程と、
を有することを特徴とする水素製造用のヨウ化水素の濃縮方法。
【請求項１３】
ヨウ素、二酸化硫黄、及び水を熱化学的に分解してヨウ化水素及び硫酸を生成するブンゼン反応工程と、
前記ブンゼン反応工程で生成されたヨウ化水素及び硫酸を、ヨウ化水素を含む原液と、硫酸とに分離する分離工程と、
逆浸透膜の一方の面に前記分離工程で分離された前記原液を接触させ、前記逆浸透膜の他方の面に希釈液を接触させ、かつ前記原液の圧力を前記希釈液の圧力よりも高くして、前記原液中の水を前記希釈液に移行させる濃縮工程と、
を有することを特徴とする水素製造用のヨウ化水素の濃縮方法。
【請求項１４】
前記逆浸透膜が炭素膜であることを特徴とする請求項１３に記載の水素製造用のヨウ化水素の濃縮方法。
【請求項１５】
前記逆浸透膜を備える逆浸透膜部を直列に複数配置し、
前段の逆浸透膜部から排出される前記ヨウ化水素の濃縮された原液を、次段の逆浸透膜部の逆浸透膜の一方の面に接触させ、他方の面に希釈液を接触させ、かつ前記濃縮された原液の圧力を前記希釈液の圧力よりも高くして、さらにヨウ化水素を濃縮することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の水素製造用のヨウ化水素の濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造用のヨウ化水素の精製装置及びその精製方法、水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置及びその濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を原料とした水素製造方法として熱化学水素製造プロセスであるＳＩ法（またはＩＳ法、Ｉｏｄｉｎｅ−Ｓｕｌｆｕｒ法、ヨウ素と硫酸を内部循環しながら、水を熱化学的に分解して水素を製造する方法）が知られている。このＳＩ法は、発電所等から得られた熱を供給することにより、主に３つの工程（ブンゼン反応工程、ヨウ化水素濃縮分解工程、硫酸濃縮分解工程）を経て水を水素と酸素へ変換するものである。ブンゼン反応工程においては、水、ヨウ素、二酸化硫黄をヨウ化水素、硫酸に変化させる。ヨウ化水素濃縮分解工程では、ヨウ化水素を水素及びヨウ素に変え、硫酸濃縮分解工程では、硫酸を酸素、水、二酸化硫黄に変える。ヨウ素、水、二酸化硫黄はブンゼン反応工程へリサイクルされ、水素と酸素を取り出すことができる。
このようにして製造されるＳＩ法による水素の製造技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３０６６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、ブンゼン反応で生成するヨウ化水素水溶液（ヨウ化水素酸）と硫酸は均一混合物として生成するが、多量のヨウ素を後に投入すると、ヨウ素はヨウ化水素水溶液に溶解する。そのため、ポリヨウ化水素酸(ポリヨウ化水素酸とは、ヨウ化水素水溶液にヨウ素が溶解している水溶液)の密度は、硫酸の密度よりも大きくなり、ポリヨウ化水素酸と硫酸とを比重分離することができる。この比重分離により分離されたポリヨウ化水素酸には硫酸が少量（通常１〜４％程度）混入している。この不純物の硫酸はヨウ化水素と式（１）、（２）で示す反応をし、ブンゼン反応により生成したヨウ化水素を消費するため、ポリヨウ化水素酸中の不純物の硫酸は水素製造効率を低下させることが判った。
Ｈ２ＳＯ４+８ＨＩ→４Ｉ２+４Ｈ２Ｏ+Ｈ２Ｓ       ……（１）
Ｈ２ＳＯ４+６ＨＩ→３Ｉ２+４Ｈ２Ｏ+Ｓ          ……（２）
また、ヨウ化水素水溶液やポリヨウ化水素酸は共沸現象を生じるために、一般的な蒸留では純度の高いヨウ化水素ガスを回収することがでず、水素製造効率を低下させるという問題もある。
【０００４】
上記に鑑み、本発明は、水素製造効率を向上させることのできる水素製造用のヨウ化水素の精製装置及びその精製方法、水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置及びその濃縮方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る水素製造用のヨウ化水素の精製装置は、ヨウ素、二酸化硫黄、及び水を熱化学的に分解してヨウ化水素及び硫酸を生成する反応手段と、前記反応手段で生成されたヨウ化水素及び硫酸を、ヨウ化水素及び不純物の硫酸を含む原液と、硫酸とに分離する分離手段と、荷電モザイク膜と、前記分離手段から排出された前記原液を前記荷電モザイク膜の一方の面に接触させて、前記荷電モザイク膜に選択的に透過される前記ヨウ化水素を前記原液中から脱塩させる脱塩室と、透析液を前記荷電モザイク膜の他方の面に接触させて、前記荷電モザイク膜に選択的に透過された前記ヨウ化水素を前記透析液に移行させる透析液室と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、水素製造効率を向上させることのできる水素製造用のヨウ化水素の精製装置及びその精製方法、水素製造用のヨウ化水素の濃縮装置及びその濃縮方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るヨウ化水素の精製装置１の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施形態のヨウ化水素の精製装置１は、反応・分離器２と、ＳＯ２供給ライン３ａと、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂと、Ｉ２供給ライン３ｃと、Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄと、排気ライン３ｅと、背圧弁４、９、１２と、圧力計５と、透析部６と、原液側移送ライン７ａ、７ｂと、ポンプ８、１１と、精製側移送ライン１０ａ、１０ｂと、ヒータ１３、１５と、温度調節器１４、１６と、差圧計１７と、精製ヨウ化水素容器１８と、蒸留器送液ライン１９とを備えている。
【００１０】
反応・分離器２は、ヨウ素（Ｉ２）と二酸化硫黄（ＳＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とをブンゼン反応させて、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）とヨウ化水素（ＨＩ）を生成させる反応手段としての機能と、ブンゼン反応により生成した硫酸とポリヨウ化水素酸(ポリヨウ化水素酸とは、ヨウ化水素水溶液にヨウ素が溶解している水溶液)とを比重差により分離する分離手段としての機能を有する。
なお、本実施の形態では、反応・分離器２を同一の容器としているが、反応器と分離器を別々に配置して、反応器でブンゼン反応をさせた後、分離器で分離してもよい。
【００１１】
ＳＯ２供給ライン３ａは、二酸化硫黄（ＳＯ２）を反応・分離器２に供給するラインであり、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂは、水（Ｈ２Ｏ）を反応・分離器２に供給するラインであり、Ｉ２供給ライン３ｃは、ヨウ素（Ｉ２）を反応・分離器２に供給するラインである。
Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄは、反応・分離器２において硫酸とポリヨウ化水素酸とに比重分離された軽液としての硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を、反応・分離器２から抜き取り、硫酸濃縮器に送るラインである。
排気ライン３ｅは、反応・分離器２に供給された未反応ガス（ＳＯ２等）を、反応・分離器２から排気するラインである。
圧力計５は、反応・分離器２内の圧力を確認するものである。
【００１２】
透析部６は、荷電モザイク膜２０と脱塩室２１と透析液室２２とを備え、荷電モザイク膜２０によって、脱塩室２１と透析液室２２とに仕切られている。本実施の形態では、透析部６は、荷電モザイク膜２０に対する溶質の透過速度の差を利用してヨウ化水素水溶液を精製する。
荷電モザイク膜２０は、カチオン性重合体成分、及びアニオン性重合体成分からなるカチオン性、及びアニオン性のイオンチャンネルが、互いに相接し、かつ膜の表裏面間を貫通していることにより塩透析性を発現する公知の荷電膜であり、非電解質成分の透過性に比べ電解質成分の透過性が大きい。
反応・分離器２において生成、分離されたポリヨウ化水素酸である原液中には、ヨウ化水素のほか、ヨウ素や、不純物として通常１〜４％の硫酸が含まれていが、荷電モザイク膜２０は、これらのうちヨウ化水素を選択的に透過する。本実施の形態では、荷電モザイク膜２０として、硫酸に比べてヨウ化水素の透過性能が大きく、ヨウ化水素を選択的に透過するものを用いている。荷電モザイク膜２０は破損防止のために耐食性の材料で片面または両面が覆われていることが好ましい。
【００１３】
荷電モザイク膜によるヨウ化水素の脱塩の駆動力は、荷電モザイク膜によって仕切られている原液と透析液との塩の濃度差、及び／又は脱塩室２１と透析液室２２との圧力差である。
【００１４】
脱塩室２１は、原液を荷電モザイク膜２０の一方の面に接触させて、荷電モザイク膜２０に選択的に透過されるヨウ化水素をポリヨウ化水素酸である原液中から脱塩させるものである。
透析液室２２は、荷電モザイク膜２０の他方の面に透析液を接触させて、荷電モザイク膜２０に選択的に透過されたヨウ化水素を透析液に移行させるものである。本実施の形態では、透析液として例えば純水を用いることができる。
【００１５】
原液側移送ライン７ａは、反応・分離器２の出口と脱塩室２１の入口とを接続するラインであり、原液側移送ライン７ｂは、脱塩室２１の出口と反応・分離器２の入口とを接続するラインである。原液側移送ライン７ａ、７ｂは、反応・分離器２とともに、脱塩室２１に接続される循環経路を形成している。
ポンプ８は、原液側移送ライン７ａを介して脱塩室２１と接続され、原液の流れを形成するものである。
背圧弁９は、原液側移送ライン７ｂに取り付けられており、背圧弁９の上流側すなわち脱塩室２１の圧力を一定に保つものである。
ポンプ８と背圧弁９は、脱塩室２１に供給する原液を加圧する加圧手段を構成している。
【００１６】
精製側移送ライン１０ａは、精製ヨウ化水素容器１８の出口と透析液室２２の入口とを接続するラインであり、精製側移送ライン１０ｂは、透析液室２２の出口と精製ヨウ化水素容器１８の入口とを接続するラインである。精製側移送ライン１０ａ、１０ｂは、精製ヨウ化水素容器１８とともに、透析液室２２に接続される循環経路を形成している。
ポンプ１１は、精製側移送ライン１０ａを介して透析液室２２と接続され、透析液の流れを形成するものである。
背圧弁１２は、精製側移送ライン１０ｂに取り付けられており、背圧弁１２の上流側すなわち透析液室２２の圧力を一定に保つものである。
ポンプ１１と背圧弁１２は、透析液室２２に供給する透析液を加圧する加圧手段を構成している。
【００１７】
ヒータ１３は脱塩室２１内の原液を加熱する加熱手段として機能し、温度調節器１４はヒータ１３を制御して加熱温度を調節する温度制御手段として機能する。ヒータ１５は透析液室２２内の透析液を加熱する加熱手段として機能し、温度調節器１６はヒータ１５を制御して加熱温度を調節する温度制御手段として機能する。
差圧計１７は、脱塩室２１と透析液室２２との圧力の差を確認するものである。
【００１８】
精製ヨウ化水素容器１８は、精製側移送ライン１０ａ、１０ｂ間に配置され、精製されたヨウ化水素水溶液を収容することができる。
蒸留器送液ライン１９は、精製されたヨウ化水素水溶液を、精製ヨウ化水素容器１８から抜き取り、蒸留器に送るラインである。
【００１９】
反応・分離器２に、ＳＯ２供給ライン３ａから二酸化硫黄を、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂから水を、Ｉ２供給ライン３ｃからヨウ素をそれぞれ供給し、ブンゼン反応と呼ばれる熱化学反応をさせ、ヨウ化水素及び硫酸を生成する。ヨウ素を過剰に供給することで比重の相違によりポリヨウ化水素酸と硫酸とに分離される。なお、本実施の形態では、反応・分離器２を同一の容器としているが、反応器と分離器を連絡して別々に配置し、反応器でのブンゼン反応後に分離器で分離してもよい。
分離された硫酸は、Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄにより、硫酸濃縮器に送られる。ＳＯ２等の未反応ガスは背圧弁４を通り排気ライン３ｅにより排気される。
【００２０】
ポリヨウ化水素酸は、ポンプ８により加圧され原液側移送ライン７ａを通って、透析部６の脱塩室２１に送られる。ポリヨウ化水素酸である原液と、後述する透析液室２２に送られた透析液とは、透析部６において荷電モザイク膜２０を介して接触する際、原液中のヨウ化水素が荷電モザイク膜２０により選択的に透過され、透析液に移行し、精製されたヨウ化水素水溶液が得られる。原液は、荷電モザイク膜２０と接触した後、背圧弁９、原液側移送ライン７ｂを通って反応・分離器２に戻り、再び原液側移送ライン７ａを通って脱塩室２１に至る経路で循環され、次第にヨウ化水素が透析液に選択的に移行していく。
なお、原液の移送が容易となるため、圧力計５により確認して、反応・分離器２内の圧力を脱塩室２１内よりも低い圧力にすることが好ましい。
脱塩室２１と透析液室２２の差圧は差圧計１７により確認できる。脱塩室２１と透析液室２２の差圧（脱塩室２１の圧力−透析液室２２の圧力）は特に制限されないが、通常１〜９ＭＰａの範囲から選ばれる。
【００２１】
精製ヨウ化水素容器１８内に収容された透析液は、ポンプ１１により加圧され精製側移送ライン１０ａを通って、透析部６の透析液室２２に送られ、背圧弁１２、精製側移送ライン１０ｂを通って精製ヨウ化水素容器１８に戻り、再び精製側移送ライン１０ａを通って透析液室２２に至る経路で循環される。このようにして、荷電モザイク膜２０を介して次第にヨウ化水素が原液から透析液に選択的に移行し、精製されたヨウ化水素水溶液が得られる。
精製されたヨウ化水素水溶液は蒸留器送液ライン１９により蒸留器へ送られる。
【００２２】
なお、脱塩室２１内の原液は、温度調節器１４により制御されたヒータ１３によって設定温度に保たれる。透析液室２２内の透析液は、温度調節器１６により制御されたヒータ１５によって設定温度に保たれる。脱塩室２１内の原液、及び透析液室２２内の透析液の温度は、通常０〜１３０℃の範囲から選ばれる。
【００２３】
本実施形態のヨウ化水素の精製装置１によれば、原液中から透析液中にヨウ化水素を選択的に移行させることができるので、精製されたヨウ化水素水溶液を得ることが可能であり、これにより水素の製造効率を向上させることができる。ＳＩ法による水素の製造に際して、ブンゼン反応により生成し、分離されたポリヨウ化水素酸中には硫酸が少量（通常１〜４％程度）混入している。この不純物の硫酸はヨウ化水素と反応式（１）、（２）で示す反応をし、ブンゼン反応により生成されたヨウ化水素を消費するため、ポリヨウ化水素酸中の不純物の硫酸は水素製造効率を低下させる原因となっている。
Ｈ２ＳＯ４+８ＨＩ→４Ｉ２+４Ｈ２Ｏ+Ｈ２Ｓ       ……（１）
Ｈ２ＳＯ４+６ＨＩ→３Ｉ２+４Ｈ２Ｏ+Ｓ          ……（２）
ヨウ化水素の精製装置１によれば、ポリヨウ化水素酸中に含まれる不純物の硫酸を除去することができるので、水素の製造効率を向上させることが可能である。
【００２４】
また、ヨウ化水素の精製装置１によれば、ヒータ１３、１５及び温度調節器１４、１６により透析部６内の原液及び透析液をそれぞれ加熱することができるので、ヨウ化水素の拡散係数を増大させ、ヨウ化水素水溶液の精製を促進することが可能である。
【００２５】
また、ヨウ化水素の精製装置１によれば、荷電モザイク膜の一方の面にポリヨウ化水素酸である原液を、他方の面に透析液をそれぞれ循環させ、フローさせている。そのため、荷電モザイク膜の境界面を更新することができるので、原液と透析液のヨウ化水素濃度の差が大きい状態で両者を接触させることができ、ヨウ化水素が効率的に移動し、ヨウ化水素水溶液を効率的に精製することが可能である。
【００２６】
また、ヨウ化水素の精製装置１は、荷電モザイク膜を用いて脱塩しているため、電気透析のように塩類のイオン量に対応する電気エネルギーを必要とせず、ランニングコストが安く、経済的である等の利点を有している。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置２５の構成および流体の流れを概略的に示す図であり、図１に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置２５は、反応・分離器２と、ＳＯ２供給ライン３ａと、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂと、Ｉ２供給ライン３ｃと、Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄと、排気ライン３ｅと、透析部６と、差圧計１７と、原液移送ライン２６と、バルブ２７、３２、３８、４０と、原液側タンク２８と、原液側移送ライン２９ａ、２９ｂと、ポンプ３０、３５と、背圧弁３１、３６と、濃縮側タンク３３と、濃縮側移送ライン３４ａ、３４ｂと、蒸留器送液ライン３７と、原液戻しライン３９と、透析液移送ライン４１とを備えている。
【００２９】
本実施の形態では、脱塩処理前において原液（ポリヨウ化水素酸）と実質的に同じ組成の透析液（ポリヨウ化水素酸）を使用し、ヨウ化水素の透過性が大きい荷電モザイク膜２０を用いて、透析しヨウ化水素を濃縮している。本実施の形態では、脱塩室２１と透析液室２２との圧力差を、ヨウ化水素が荷電モザイク膜２０を透過する駆動力としている。
【００３０】
原液移送ライン２６は、反応・分離器２で生成・分離されたポリヨウ化水素酸を原液側タンク２８に供給するラインである。
原液側タンク２８は、原液移送ライン２６と接続され、反応・分離器２で生成、分離されたポリヨウ化水素酸である原液を収容することができる。また、原液側タンク２８は、原液側移送ライン２９ａ、２９ｂ間に配置されている。
【００３１】
原液側移送ライン２９ａは、原液側タンク２８の出口と脱塩室２１の入口とを接続するラインであり、原液側移送ライン２９ｂは、脱塩室２１の出口と原液側タンク２８の入口とを接続するラインである。原液側移送ライン２９ａ、２９ｂは、原液側タンク２８とともに、脱塩室２１に接続される循環経路を形成している。
ポンプ３０は、原液側移送ライン２９ａを介して脱塩室２１と接続され、原液の流れを形成するものである。
背圧弁３１は、原液側移送ライン２９ｂに取り付けられており、背圧弁３１の上流側すなわち脱塩室２１の圧力を一定に保つものである。
ポンプ３０と背圧弁３１は、脱塩室２１に供給する原液を加圧する加圧手段を構成している。
【００３２】
透析液移送ライン４１は、反応・分離器２で生成・分離されたポリヨウ化水素酸を濃縮側タンク３３に供給するラインである。
濃縮側タンク３３は、反応・分離器２と接続され、反応・分離器２で生成、分離されたポリヨウ化水素酸を透析液として収容することができる。また、濃縮側タンク３３は、濃縮側移送ライン３４ａ、３４ｂ間に配置され、ヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を収容することができる。
【００３３】
濃縮側移送ライン３４ａは、濃縮側タンク３３の出口と透析液室２２の入口とを接続するラインであり、濃縮側移送ライン３４ｂは、透析液室２２の出口と濃縮側タンク３３の入口とを接続するラインである。濃縮側移送ライン３４ａ、３４ｂは、濃縮側タンク３３とともに、透析液室２２に接続される循環経路を形成している。本実施の形態では、透析液として、反応・分離器２から供給され、脱塩処理前において原液と実質的に同じ組成のポリヨウ化水素酸を用いている。
ポンプ３５は、濃縮側移送ライン３４ａを介して透析液室２２と接続され、透析液の流れを形成するものである。
背圧弁３６は、濃縮側移送ライン３４ｂに取り付けられており、背圧弁３６の上流側すなわち透析液室２２の圧力を一定に保つものである。
ポンプ３５と背圧弁３６は、透析液室２２に供給する透析液を加圧する加圧手段を構成している。
【００３４】
蒸留器送液ライン３７は、ヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸（透析液）を、濃縮側タンク３３から抜き取り、蒸留器に送るラインである。
原液戻しライン３９は、ヨウ化水素が脱塩された原液を原液側タンク２８から反応・分離器２に戻すことができるラインである。
【００３５】
反応・分離器２に、ＳＯ２供給ライン３ａから二酸化硫黄を、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂから水を、Ｉ２供給ライン３ｃからヨウ素をそれぞれ供給し、ブンゼン反応と呼ばれる熱化学反応をさせ、ヨウ化水素及び硫酸を生成する。ヨウ素を過剰に供給することで比重の相違によりポリヨウ化水素酸と硫酸とに分離される。なお、本実施の形態では、反応・分離器２を同一の容器としているが、反応器と分離器を連絡して別々に配置し、反応器でのブンゼン反応後に分離器で分離してもよい。
分離された硫酸は、Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄにより、硫酸濃縮器に送られる。ＳＯ２等の未反応ガスは背圧弁４を通り排気ライン３ｅにより排気される。
【００３６】
反応・分離器２中において分離されたポリヨウ化水素酸は、バルブ２７を通って原液側タンク２８に移送される。原液側タンク２８中のポリヨウ化水素酸（原液）は、ポンプ３０により加圧され原液側移送ライン３０ａを通って、透析部６の脱塩室２１に送られる。ポリヨウ化水素酸である原液と、後述する透析液室２２に送られたポリヨウ化水素酸である透析液とは、透析部６において荷電モザイク膜２０を介して接触する。脱塩室２１と透析液室２２との差圧を駆動力として、原液中のヨウ化水素が荷電モザイク膜２０を透過して、透析液に移行し、ヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸（透析液）が得られる。原液は、荷電モザイク膜２０と接触した後、背圧弁３１、原液側移送ライン２９ｂを通って原液側タンク２８に戻り、再び原液側移送ライン２９ａを通って脱塩室２１に至る経路で循環され、次第に原液中のヨウ化水素が透析液に移行していく。
【００３７】
また、反応・分離器２中において分離されたポリヨウ化水素酸は、バルブ３２を通って濃縮側タンク３３に移送される。濃縮側タンク３３に収容されたポリヨウ化水素酸（透析液）は、ポンプ３５により加圧され濃縮側移送ライン３４ａを通って、透析部６の透析液室２２に送られ、背圧弁３６、濃縮側移送ライン３４ｂを通って濃縮側タンク３３に戻り、再び濃縮側移送ライン３４ａを通って透析液室２２に至る経路で循環されている。このようにして、荷電モザイク膜２０を介して次第にヨウ化水素が原液から透析液に移行し、ヨウ化水素の濃縮された透析液が得られる。
【００３８】
ここで、脱塩室２１と透析液室２２の差圧は差圧計１７により確認できる。透析液室２２の圧力が、脱塩室２１の圧力より低くなるように背圧弁３１、３６で制御する。脱塩室２１と透析液室２２の差圧（脱塩室２１の圧力−透析液室２２の圧力）は、原液及び透析液中のヨウ化水素の初期濃度（透析（脱塩）処理前の濃度）等によっても異なるが、通常１〜９ＭＰａであることが好ましい。１ＭＰａ未満であると、ヨウ化水素の濃縮が不十分となるおそれがあり、９ＭＰａを超えると、荷電モザイク膜２０が破損するおそれがある。
【００３９】
ヨウ化水素の濃縮された透析液は、濃縮側タンク３３から蒸留器送液ライン３７によりバルブ３８を通って、蒸留器へ送られる。
原液側タンク２８中のヨウ化水素が脱塩された原液は、原液戻しライン３９によりバルブ４０を通って、反応・分離器２へ送ることができる。
【００４０】
本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置２５によれば、圧力透析により原液中から透析液中にヨウ化水素を移行させることができるので、ヨウ化水素の濃縮された透析液を得ることが可能であり、ＳＩ法による水素の製造効率を向上させることができる。ヨウ化水素水溶液やポリヨウ化水素酸は共沸現象を生じるので、一般的な蒸留では純度の高いヨウ化水素ガスを回収することがでず、水素製造効率を低下させる。このため、高純度のヨウ化水素を得るには、共沸濃度（ＨＩ：５６〜５７ｗｔ％）以上に濃縮して蒸留を行う必要がある。
【００４１】
また、ヨウ化水素の濃縮装置２５によれば、荷電モザイク膜２０の一方の面にポリヨウ化水素酸である原液を、他方の面にポリヨウ化水素酸である透析液をそれぞれ循環させ、フローさせている。そのため、荷電モザイク膜２０の境界面が更新されるため、ヨウ化水素が効率的に移動でき、ヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸（透析液）を効率的に得ることが可能である。
【００４２】
また、ヨウ化水素の濃縮装置２５は、荷電モザイク膜２０を用いて脱塩しているため、電気透析のように塩類のイオン量に対応する電気エネルギーを必要とせず、ランニングコストが安く、経済的である等の利点を有している。
【００４３】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置４５の構成および流体の流れを概略的に示す図であり、図２に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置４５は、反応・分離器２と、ＳＯ２供給ライン３ａと、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂと、Ｉ２供給ライン３ｃと、Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄと、排気ライン３ｅと、透析部６、６ａと、差圧計１７、１７ａと、原液移送ライン２６と、バルブ２７、３２、４６、４７、４９、５０、５２と、原液側タンク２８、２８ａと、原液側移送ライン２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄと、ポンプ３０、３０ａ、３５、３５ａと、背圧弁３１、３１ａ、３６、３６ａと、濃縮側タンク３３、３３ａと、濃縮側移送ライン３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと、透析液移送ライン４１と、二段目原液移送ライン４８と、二段目透析液移送ライン５１と、蒸留器送液ライン５３とを備えている。
【００４５】
本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置４５は、荷電モザイク膜２０と脱塩室２１と透析液室２２とで構成される透析部６と、荷電モザイク膜２０ａと脱塩室２１ａと透析液室２２ａとで構成される透析部６ａとを直列に二段に配置した点で、第２の実施形態とは相違している。すなわち、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置４５は透析部６、６ａを直列に多段に配置しているため、第２の実施形態でのヨウ化水素の濃縮装置２５と比べて、１つの透析部６、６ａ当たりの荷電モザイク膜２０、２０ａ間の差圧を小さくできるので荷電モザイク膜２０、２０ａの破損を有効に防止することができる。また、第２の実施形態でのヨウ化水素の濃縮装置２５と比べて、ヨウ化水素をさらに高濃度に濃縮をすることも可能である。なお、本実施の形態では、透析部６と透析部６ａとは、同一の構造のものを用いている。
【００４６】
二段目原液移送ライン４８は、濃縮側タンク３３に収容された、一段目の透析部６でヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸を、原液側タンク２８ａに供給するラインである。
原液側タンク２８ａは、二段目原液移送ライン４８と接続され、一段目の透析部６でヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を、二段目での原液として収容することができる。また、原液側タンク２８ａは、原液側移送ライン２９ｃ、２９ｄ間に配置されている。
【００４７】
原液側移送ライン２９ｃは、原液側タンク２８ａの出口と脱塩室２１ａの入口とを接続するラインであり、原液側移送ライン２９ｄは、脱塩室２１ａの出口と原液側タンク２８ａの入口とを接続するラインである。原液側移送ライン２９ｃ、２９ｄは、原液側タンク２８ａとともに、脱塩室２１ａに接続される循環経路を形成している。本実施の形態では、二段目の透析部６ａで用いる原液として、一段目の透析部６での透析により得られた、ヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を使用している。
ポンプ３０ａは、原液側移送ライン２９ｃを介して脱塩室２１ａと接続され、原液の流れを形成するものである。
背圧弁３１ａは、原液側移送ライン２９ｄに取り付けられており、背圧弁３１ａの上流側すなわち脱塩室２１ａの圧力を一定に保つものである。
ポンプ３０ａと背圧弁３１ａは、脱塩室２１ａに供給する原液を加圧する加圧手段を構成している。
【００４８】
二段目透析液移送ライン５１は、濃縮側タンク３３に収容された、一段目の透析部６でヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸を、濃縮側タンク３３ａに供給するラインである。
濃縮側タンク３３ａは、濃縮側タンク３３と接続され、一段目の透析部６でヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を二段目での透析液として収容することができる。また、濃縮側タンク３３ａは、濃縮側移送ライン３４ｃ、３４ｄ間に配置され、二段目の透析部６ａでヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を収容することができる。
【００４９】
濃縮側移送ライン３４ｃは、濃縮側タンク３３ａの出口と透析液室２２ａの入口とを接続するラインであり、濃縮側移送ライン３４ｄは、透析液室２２ａの出口と濃縮側タンク３３ａの入口とを接続するラインである。濃縮側移送ライン３４ｃ、３４ｄは、濃縮側タンク３３ａとともに、透析液室２２ａに接続される循環経路を形成している。本実施の形態では、二段目の透析部６ａで用いる透析液として、一段目の透析部６での透析により得られた、ヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を使用している。
ポンプ３５ａは、濃縮側移送ライン３４ｃを介して透析液室２２ａと接続され、透析液の流れを形成するものである。
背圧弁３６ａは、濃縮側移送ライン３４ｄに取り付けられており、背圧弁３６ａの上流側すなわち透析液室２２ａの圧力を一定に保つものである。
ポンプ３５ａと背圧弁３６ａは、透析液室２２ａに供給する透析液を加圧する加圧手段を構成している。
【００５０】
蒸留器送液ライン５３は、透析部６ａにおいてヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸を、濃縮側タンク３３ａから抜き取り、蒸留器に送るラインである。
なお、透析部の段数は、図３に示す２段（透析部６、６ａ）に限定されず、２以上の任意の段数にすることができる。
【００５１】
一段目の透析部６においてヨウ化水素が濃縮され、濃縮側タンク３３に収容されたポリヨウ化水素酸は、バルブ４７を通って二段目原液移送ライン４８により原液側タンク２８ａに移送される。原液側タンク２８ａ中のポリヨウ化水素酸（二段目での原液、以下原液と称する）は、ポンプ３０ａにより加圧され原液側移送ライン３０ｃを通って、透析部６ａの脱塩室２１ａに送られる。原液と、後述する透析液室２２ａに送られたポリヨウ化水素酸である透析液とは、透析部６ａにおいて荷電モザイク膜２０ａを介して接触する。脱塩室２１ａと透析液室２２ａとの差圧を駆動力として、原液中のヨウ化水素が荷電モザイク膜２０ａを透過して、透析液中に移行し、ヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸が得られる。原液は、荷電モザイク膜２０ａと接触した後、背圧弁３１ａ、原液側移送ライン２９ｄを通って原液側タンク２８ａに戻り、再び原液側移送ライン２９ｃを通って脱塩室２１ａに至る経路で循環され、次第に原液中のヨウ化水素が透析液中に移行していく。
【００５２】
また、一段目の透析部６においてヨウ化水素が濃縮され、濃縮側タンク３３に収容されたポリヨウ化水素酸は、バルブ５０を通って二段目透析液移送ライン５１により濃縮側タンク３３ａに移送される。濃縮側タンク３３ａに収容されたポリヨウ化水素酸（二段目での透析液、以下透析液と称する）は、ポンプ３５ａにより加圧され濃縮側移送ライン３４ｃを通って、透析部６ａの透析液室２２ａに送られ、背圧弁３６ａ、濃縮側移送ライン３４ｄを通って濃縮側タンク３３ａに戻り、再び濃縮側移送ライン３４ｃを通って透析液室２２ａに至る経路で循環されている。このようにして、荷電モザイク膜２０ａを介して次第にヨウ化水素が原液中から透析液中に移行し、ヨウ化水素の濃縮された透析液が得られる。
【００５３】
ここで、脱塩室２１ａと透析液室２２ａの差圧は差圧計１７ａにより確認できる。透析液室２２ａの圧力が、脱塩室２１ａの圧力より低くなるように背圧弁３１ａ、３６ａで制御する。
脱塩室２１と透析液室２２の差圧（脱塩室２１の圧力−透析液室２２の圧力）や、脱塩室２１ａと透析液室２２ａの差圧（脱塩室２１ａの圧力−透析液室２２ａの圧力）は、原液及び透析液中のヨウ化水素の初期濃度（透析処理前の濃度）等によっても異なるが、通常、それぞれ１〜９ＭＰａであることが好ましい。１ＭＰａ未満であると、ヨウ化水素の濃縮が不十分となるおそれがあり、９ＭＰａを超えると、荷電モザイク膜２０が破損するおそれがあるからである。
【００５４】
透析部６ａによってヨウ化水素の濃縮された透析液は、濃縮側タンク３３ａから蒸留器送液ライン５３によりバルブ５２を通って、蒸留器へ送られる。
原液側タンク２８、２８ａ中のヨウ化水素が脱塩された原液は、バルブ４６、４９を通って、それぞれ排出される。
【００５５】
以上のように、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置４５においても、荷電モザイク膜２０、２０ａと脱塩室２１、２１ａと透析液室２２、２２ａとで構成される透析部６、６ａを有している。また、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置４５は、脱塩室２１に接続される循環経路（２９ａ、２９ｂ、２８）、透析液室２２に接続される循環経路（３４ａ、３４ｂ、３３）、脱塩室２１ａに接続される循環経路（２９ｃ、２９ｄ、２８ａ）、透析液室２２ａに接続される循環経路（３４ｃ、３４ｄ、３３ａ）を有している。そのため、第２の実施形態のヨウ化水素の濃縮装置２５と同様な効果を得ることができる。
【００５６】
ヨウ化水素の濃縮装置２５と同様な効果に加えて、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置４５は、透析部６、６ａを直列に多段に配置している。そのため、第２の実施形態でのヨウ化水素の濃縮装置２５と比べて、１つの透析部６、６ａ当たりの荷電モザイク膜２０、２０ａ間の差圧を小さくできるので荷電モザイク膜２０、２０ａの破損を有効に防止することができる。また、本実施形態でのヨウ化水素の濃縮装置４５における荷電モザイク膜２０、２０ａ間の差圧の合計を、第２の実施形態でのヨウ化水素の濃縮装置２５における荷電モザイク膜２０の差圧よりも大きくすることにより、ヨウ化水素をさらに高濃度に濃縮することも可能である。
【００５７】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置５５の構成および流体の流れを概略的に示す図であり、図２に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５８】
図４に示すように、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置５５は、反応・分離器２と、ＳＯ２供給ライン３ａと、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂと、Ｉ２供給ライン３ｃと、Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄと、排気ライン３ｅと、逆浸透膜７３と希釈室７４と脱水室７５とで構成される逆浸透膜部５６と、差圧計１７と、希釈液移送ライン５７と、バルブ５８、６４、７０、７２と、希釈側タンク５９と、希釈側移送ライン６０ａ、６０ｂ、原液移送ライン６３と、濃縮側タンク６５と濃縮側移送ライン６６ａ、６６ｂと、ポンプ６１、６７と、背圧弁６２、６８と、蒸留器送液ライン６９と、希釈液戻しライン７１と、を備えている。
本実施の形態では、逆浸透膜７３を用いて原液中の水（溶剤）を選択的に透過させて、水が透過された残りの原液中のヨウ化水素を濃縮している。
【００５９】
逆浸透膜部５６は、逆浸透膜７３と希釈室７４と脱水室７５とを備え、逆浸透膜７３によって、希釈室７４と脱水室７５とに仕切られている。
逆浸透膜７３は、溶剤は透過するが、溶剤内に溶解されている溶質は透過し難い性質を有する。本実施の形態のように、水溶液の場合には、逆浸透膜７３は水溶液中の水を選択的に透過するため、水が透過された残液は濃縮される。
逆浸透膜７３は、耐食性の観点から、例えば炭素膜等を用いることが好ましい。
逆浸透膜７３の孔径は、１Å〜１０Åが好ましい。孔径が１Å未満であると、水の透過速度が極端に低下するおそれがあり、１０Åを超えるとヨウ化水素の濃縮率が低下するおそれがある。
【００６０】
希釈室７４は、希釈液を逆浸透膜７３の一方の面に接触させて、逆浸透膜７３に選択的に透過される水を原液中から希釈水中に移行させるものである。
脱水室７５は、原液を逆浸透膜７３の他方の面に接触させて、選択的に原液中の水を逆浸透膜７３に透過させるものである。
本実施の形態では、逆浸透膜７３による処理前の原液及び希釈液は、分離・濃縮器２により生成、分離された、実質的に同じ組成のポリヨウ化水素酸を使用している。なお、希釈液は特に限定されるものではないが、浸透圧を小さくして逆浸透膜７３間の差圧を小さくできるため、原液と希釈液の濃度差が小さいものが好ましく、本実施の形態で使用した、原液と実質的に同じ組成のポリヨウ化水素酸のように、原液と同じものがさらに好ましい。
【００６１】
希釈液移送ライン５７は、反応・分離器２で生成・分離されたポリヨウ化水素酸を希釈側タンク５９に供給するラインである。
希釈側タンク５９は、希釈液移送ライン５７と接続され、反応・分離器２で生成、分離されたポリヨウ化水素酸を希釈液として収容することができる。また、希釈側タンク５９は、希釈側移送ライン６０ａ、６０ｂ間に配置されている。
【００６２】
希釈側移送ライン６０ａは、希釈側タンク５９の出口と希釈室７４の入口とを接続するラインであり、希釈側移送ライン６０ｂは、希釈室７４の出口と希釈側タンク５９の入口とを接続するラインである。希釈側移送ライン６０ａ、６０ｂは、希釈側タンク５９とともに、希釈室７４に接続される循環経路を形成している。
ポンプ６１は、希釈側移送ライン６０ａを介して希釈室７４と接続され、希釈液の流れを形成するものである。
背圧弁６２は、希釈側移送ライン６０ｂに取り付けられており、背圧弁６２の上流側すなわち希釈室７４の圧力を一定に保つものである。
ポンプ６１と背圧弁６２は、希釈室７４に供給する希釈液を加圧する加圧手段を構成している。
【００６３】
原液移送ライン６３は、反応・分離器２で生成・分離されたポリヨウ化水素酸を濃縮側タンク６５に供給するラインである。
濃縮側タンク６５は、反応・分離器２と接続され、反応・分離器２で生成、分離されたポリヨウ化水素酸を原液として収容することができる。また、濃縮側タンク６５は、濃縮側移送ライン６６ａ、６６ｂ間に配置され、逆浸透膜７３と接触してヨウ化水素が濃縮された原液を収容することができる。
【００６４】
濃縮側移送ライン６６ａは、濃縮側タンク６５の出口と脱水室７５の入口とを接続するラインであり、濃縮側移送ライン６６ｂは、脱水室７５の出口と濃縮側タンク６５の入口とを接続するラインである。濃縮側移送ライン６６ａ、６６ｂは、濃縮側タンク６５とともに、脱水室７５に接続される循環経路を形成している。
ポンプ６７は、濃縮側移送ライン６６ａを介して脱水室７５と接続され、原液の流れを形成するものである。
背圧弁６８は、濃縮側移送ライン６６ｂに取り付けられており、背圧弁６８の上流側すなわち脱水室７５の圧力を一定に保つものである。
ポンプ６７と背圧弁６８は、脱水室７５に供給する原液を加圧する加圧手段を構成している。
【００６５】
蒸留器送液ライン６９は、ヨウ化水素の濃縮された原液を、濃縮側タンク６５から抜き取り、蒸留器に送るラインである。
希釈液戻しライン７１は、原液中の水が逆浸透膜７３を透過して流入することにより希釈された希釈液を、希釈側タンク５９から反応・分離器２に戻すことができるラインである。
【００６６】
反応・分離器２に、ＳＯ２供給ライン３ａから二酸化硫黄を、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂから水を、Ｉ２供給ライン３ｃからヨウ素をそれぞれ供給し、ブンゼン反応と呼ばれる熱化学反応をさせ、ヨウ化水素及び硫酸を生成する。ヨウ素を過剰に供給することで比重の相違によりポリヨウ化水素酸と硫酸とに分離する。なお、本実施の形態では、反応・分離器２を同一の容器としているが、反応器と分離器を連絡して別々に配置し、反応器でのブンゼン反応後に分離器で分離してもよい。
硫酸は、Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄにより、硫酸濃縮器に送られる。ＳＯ２等の未反応ガスは背圧弁４を通り排気ライン３ｅにより排気される。
【００６７】
反応・分離器２中において分離されたポリヨウ化水素酸は、希釈液移送ライン５７によりバルブ５８を通って希釈側タンク５９に移送される。希釈側タンク５９中のポリヨウ化水素酸（希釈液）は、ポンプ６１により加圧され希釈側移送ライン６０ａを通って、逆浸透膜部５６の希釈室７４に送られる。ポリヨウ化水素酸である希釈液と、後述する脱水室７５に送られたポリヨウ化水素酸である原液とは、逆浸透膜部５６において逆浸透膜７３を介して接触する。希釈室７４と脱水室７５との差圧を駆動力として、原液中の水が逆浸透膜７３を透過して、希釈液に移行し、ヨウ化水素の濃縮された原液が得られる。希釈液は、逆浸透膜７３と接触した後、背圧弁６２、希釈側移送ライン６０ｂを通って希釈側タンク５９に戻り、再び希釈側移送ライン６０ａを通って逆浸透膜部５６に至る経路で循環され、次第に原液中の水が希釈液に移行していく。
【００６８】
また、反応・分離器２中において分離されたポリヨウ化水素酸は、原液移送ライン６３によりバルブ６４を通って濃縮側タンク６５に移送される。濃縮側タンク６５に収容されたポリヨウ化水素酸（原液）は、ポンプ６７により加圧され濃縮側移送ライン６６ａを通って、逆浸透膜部５６の脱水室７５に送られ、背圧弁６８、濃縮側移送ライン６６ｂを通って濃縮側タンク６５に戻り、再び濃縮側移送ライン６６ａを通って逆浸透膜部５６に至る経路で循環されている。このようにして、逆浸透膜７３を介して次第に水が原液中から希釈液中に移行し、ヨウ化水素の濃縮された原液が得られる。
【００６９】
ここで、希釈室７４と脱水室７５の差圧は差圧計１７により確認できる。希釈室７４の圧力が、脱水室７５の圧力より低くなるように背圧弁６２、６８で制御する。
逆浸透法により濃縮する場合、浸透圧は下記（３）式で与えられる。
π＝１．１２×（Ｔ＋２７３）×Σｍｉ                        …（３）
π：浸透圧（ｐｓｉ）
Ｔ：水温（℃）
Σｍｉ：溶解物質の総ｍｏｌ濃度
例えば温度Ｔが２０℃の場合に、（３）式より求められたヨウ化水素の濃度と浸透圧の関係を表１に示す。表１から明らかなように、例えば、ヨウ化水素水溶液を共沸濃度（５７％）から８７％まで濃縮する場合には、浸透圧の差は９．１ＭＰａとなっている。したがって、逆浸透膜７３間の差圧（脱水室７５の圧力−希釈室７４の圧力）を９．１ＭＰａより大きくすることにより原液中のヨウ化水素を８７％まで濃縮することができる。
【００７０】
【表１】
2008037666.tif 000003
【００７１】
ヨウ化水素の濃縮された原液は、濃縮側タンク６５から蒸留器送液ライン６９によりバルブ７０を通って、蒸留器へ送られる。
希釈側タンク５９中の原液の水が移行した希釈液は、希釈液戻しライン７２によりバルブ７１を通って、反応・分離器２へ送ることができる。
【００７２】
本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置５５によれば、逆浸透膜７３を用いた逆浸透法により原液中から希釈液中に水を移行させることができるので、ヨウ化水素の濃縮された原液を得ることが可能であり、ＳＩ法による水素の製造効率を向上させることができる。ヨウ化水素水溶液やポリヨウ化水素酸は共沸現象を生じるので、一般的な蒸留では純度の高いヨウ化水素ガスを回収することがでず、水素製造効率を低下させる。このため、高純度のヨウ化水素を得るには、共沸濃度（ＨＩ：５６〜５７ｗｔ％）以上で蒸留を行う必要があるからである。
【００７３】
また、ヨウ化水素の濃縮装置５５によれば、逆浸透膜７３の一方の面に希釈液を、他方の面に透析液をそれぞれ循環させ、フローさせている。そのため、逆浸透膜７３の境界面が更新されるため、水が効率的に移動でき、ヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸を効率的に得ることが可能である。
【００７４】
また、ヨウ化水素の濃縮装置５５は、逆浸透膜７３を用いて脱水しているため、電気透析のように塩類のイオン量に対応する電気エネルギーを必要とせず、ランニングコストが安く、経済的である等の利点を有している。
【００７５】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置８０の構成および流体の流れを概略的に示す図であり、図４に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７６】
図５に示すように、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置８０は、反応・分離器２と、ＳＯ２供給ライン３ａと、Ｈ２Ｏ供給ライン３ｂと、Ｉ２供給ライン３ｃと、Ｈ２ＳＯ４移送ライン３ｄと、排気ライン３ｅと、逆浸透膜部５６、５６ａと、差圧計１７、１７ｂと、希釈液移送ライン５７と、バルブ５８、８１、８２、８４、８５、８７と、希釈側タンク５９、５９ａと、希釈側移送ライン６０ａ〜６０ｄと、原液移送ライン６３、ポンプ６１、６１ａ、６７、６７ａと、背圧弁６２、６２ａ、６８、６８ａと、濃縮側タンク６５、６５ａと、濃縮側移送ライン６６ａ〜６６ｄと、二段目希釈液移送ライン８３と、二段目原液移送ライン８６と、蒸留器送液ライン８８とを備えている。
【００７７】
本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置８０は、逆浸透膜７３と希釈室７４と脱水室７５とで構成される逆浸透膜部５６と、逆浸透膜７３ａと希釈室７４ａと脱水室７５ａとで構成される逆浸透膜部５６ａとを直列に二段に配置した点で、第４の実施形態とは相違している。すなわち、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置８０は逆浸透膜部５６、５６ａを直列に二段に配置しているため、第４の実施形態でのヨウ化水素の濃縮装置５５と比べて、１つの逆浸透膜部５６、５６ａ当たりの逆浸透膜７３、７３ａ間の差圧を小さくできるので、浸透圧よりも低い圧力でヨウ化水素を濃縮し、逆浸透膜７３、７３ａの破損を有効に防止することができる。なお、本実施の形態では、逆浸透膜部５６と逆浸透膜部５６ａとは、同一の構造のものを用いている。
【００７８】
二段目希釈液移送ライン８３は、濃縮側タンク６５に収容された、一段目の逆浸透膜部５６でヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸を、希釈側タンク５９ａに供給するラインである。
希釈側タンク５９ａは、二段目希釈液移送ライン８３と接続され、一段目の逆浸透膜部５６でヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を、二段目での希釈液として収容することができる。また、希釈側タンク５９ａは、希釈側移送ライン６０ｃ、６０ｄ間に配置されている。
【００７９】
希釈側移送ライン６０ｃは、希釈側タンク５９ａの出口と希釈室７４ａの入口とを接続するラインであり、希釈側移送ライン６０ｄは、希釈室７４ａの出口と希釈側タンク５９ａの入口とを接続するラインである。希釈側移送ライン６０ｃ、６０ｄは、希釈側タンク５９ａとともに、希釈室７４ａに接続される循環経路を形成している。本実施の形態では、二段目の逆浸透膜部５６ａで用いる希釈液として、一段目の逆浸透膜部５６での処理により得られた、ヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸（ヨウ化水素が濃縮された一段目での原液）を使用している。
ポンプ６１ａは、希釈側移送ライン６０ｃを介して希釈室７４ａと接続され、希釈液の流れを形成するものである。
背圧弁６２ａは、希釈側移送ライン６０ｄに取り付けられており、背圧弁６２ａの上流側すなわち希釈室７４ａの圧力を一定に保つものである。
ポンプ６１ａと背圧弁６２ａは、希釈室７４ａに供給する希釈液を加圧する加圧手段を構成している。
【００８０】
二段目原液移送ライン８６は、濃縮側タンク６５に収容された、一段目の逆浸透膜部５６でヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸を、濃縮側タンク６５ａに供給するラインである。
濃縮側タンク６５ａは、濃縮側タンク６５と接続され、一段目の逆浸透膜部５６でヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を、二段目での原液として収容することができる。また、濃縮側タンク６５ａは、濃縮側移送ライン６６ｃ、６６ｄ間に配置され、二段目の逆浸透膜部５６ａでヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を収容することができる。
【００８１】
濃縮側移送ライン６６ｃは、濃縮側タンク６５ａの出口と脱水室７５ａの入口とを接続するラインであり、濃縮側移送ライン６６ｄは、脱水室７５ａの出口と濃縮側タンク６５ａの入口とを接続するラインである。濃縮側移送ライン６６ｃ、６６ｄは、濃縮側タンク６５ａとともに、脱水室７５ａに接続される循環経路を形成している。本実施の形態では、二段目の逆浸透膜部５６ａで用いる原液として、一段目の逆浸透膜部５６での処理により得られた、ヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸（ヨウ化水素が濃縮された一段目での原液）を使用している。
ポンプ６７ａは、濃縮側移送ライン６６ｃを介して脱水室７５ａと接続され、原液の流れを形成するものである。
背圧弁６８ａは、濃縮側移送ライン６６ｄに取り付けられており、背圧弁６８ａの上流側すなわち脱水室７５ａの圧力を一定に保つものである。
ポンプ６７ａと背圧弁６８ａは、脱水室７５ａに供給する原液を加圧する加圧手段を構成している。
【００８２】
蒸留器送液ライン８８は、逆浸透膜部５６ａでの処理によりヨウ化水素が濃縮されたポリヨウ化水素酸を、濃縮側タンク６５ａから抜き取り、蒸留器に送るラインである。
なお、逆浸透膜部の段数は、図５に示す２段（逆浸透膜部５６、５６ａ）に限定されず、２以上の任意の段数にすることができる。
【００８３】
一段目の逆浸透膜部５６での処理によりヨウ化水素が濃縮され、濃縮側タンク６５に収容されたポリヨウ化水素酸は、バルブ８２を通って二段目希釈液移送ライン８３により希釈側タンク５９ａに移送される。希釈側タンク５９ａ中のポリヨウ化水素酸（二段目での希釈液、以下希釈液と称する）は、ポンプ６１ａにより加圧され希釈側移送ライン６０ｃを通って、逆浸透膜部５６ａの希釈室７３ａに送られる。希釈液と、後述する脱水室７５ａに送られた原液とは、逆浸透膜部５６ａにおいて逆浸透膜７４ａを介して接触する。脱水室７５ａと希釈室７４ａとの差圧を駆動力として、原液中の水が逆浸透膜７３ａを透過して、希釈液に移行し、ヨウ化水素の濃縮されたポリヨウ化水素酸が得られる。原液は、逆浸透膜７３ａと接触した後、背圧弁６２ａ、希釈側移送ライン６０ｄを通って希釈側タンク５９ａに戻り、再び希釈側移送ライン６０ｃを通って希釈室７３ａに至る経路で循環され、次第に原液中の水が希釈液に移行していく。
【００８４】
また、一段目の逆浸透膜部５６においてヨウ化水素が濃縮され、濃縮側タンク６５に収容されたポリヨウ化水素酸は、バルブ８５を通って二段目原液移送ライン８６により濃縮側タンク６５ａに移送される。濃縮側タンク６５ａに収容されたポリヨウ化水素酸（二段目での原液、以下原液と称する）は、ポンプ６７ａにより加圧され濃縮側移送ライン６６ｃを通って、逆浸透膜部５６ａの脱水室７５ａに送られ、背圧弁６８ａ、濃縮側移送ライン６６ｄを通って濃縮側タンク６５ａに戻り、再び濃縮側移送ライン６６ｃを通って脱水室７５ａに至る経路で循環されている。このようにして、逆浸透膜７３ａを介して次第に水が原液中から透析液中に移行し、ヨウ化水素の濃縮された原液が得られる。
【００８５】
ここで、希釈室７４ａと脱水室７５ａの差圧は差圧計１７ｂにより確認できる。希釈室７４ａの圧力が、脱水室７５ａの圧力より低くなるように背圧弁６２ａ、６８ａで制御する。
【００８６】
逆浸透膜部５６ａによってヨウ化水素の濃縮された原液は、濃縮側タンク６５ａから蒸留器送液ライン８８によりバルブ８７を通って、蒸留器へ送られる。
希釈側タンク５９、５９ａ中の原液の水が移行して希釈された希釈液は、バルブ８１、８４を通って、それぞれ排出される。
【００８７】
以上のように、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置８０においても、逆浸透膜７３、７３ａと希釈室７４、７４ａと脱水室７５、７５ａとで構成される逆浸透膜部５６、５６ａを有している。また、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置８０は、希釈室７４に接続される循環経路（６０ａ、６０ｂ、５９）、脱水室７５に接続される循環経路（６６ａ、６６ｂ、７５）、希釈室７４ａに接続される循環経路（６０ｃ、６０ｄ、５９ａ）、脱水室７５ａに接続される循環経路（６６ｃ、６６ｄ、６５ａ）を有している。そのため、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置８０は、第４の実施形態のヨウ化水素の濃縮装置５５と同様な効果を得ることができる。
【００８８】
ヨウ化水素の濃縮装置５５と同様な効果に加えて、本実施形態のヨウ化水素の濃縮装置８０は、逆浸透膜部５６、５６ａを直列に多段に配置している。そのため、第４の実施形態でのヨウ化水素の濃縮装置５５と比べて、１つの逆浸透膜７３、７３ａ当たりの逆浸透膜７３、７３ａ間の差圧を小さくして、浸透圧よりも低い圧力でヨウ化水素を濃縮できるので、逆浸透膜７３、７３ａの破損を有効に防止することができる。
【実施例】
【００８９】
次に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１のヨウ化水素の精製装置１を用いて、荷電モザイク膜２０によるヨウ化水素の精製処理を行った。有効膜面積１ｃｍ２の荷電モザイク膜２０（大日精化工業社製、商品名モザイク荷電膜）を用いた。原液として、ヨウ化水素が０．３５９ｍｏｌ、ヨウ素が０．２６６ｍｏｌ、硫酸が０．０６７ｍｏｌ含まれている水溶液を０．０５Ｌ使用し、透析液には、純水を０．０５Ｌ使用した。原液の流速を０．００７Ｌ／分、透析液の流速を０．００７Ｌ／分とし、脱塩室２１と透析液室２２との圧力差を１０ｋＰａとした。図６は、ヨウ化水素の精製装置１により透析した場合における、原液中の硫酸の全モル数、及び透析液中の硫酸の全モル数の経時変化を示す図である。図７は、ヨウ化水素の精製装置１により透析した場合における、原液中のヨウ化水素の全モル数、及び透析液中のヨウ化水素の全モル数の経時変化を示す図である。図８は、ヨウ化水素の精製装置１により透析した場合における、原液中のヨウ素の全モル数、及び透析液中のヨウ素の全モル数の経時変化を示す図である。
【００９０】
図６、７、８から明らかなように、原液から透析液への移動速度は、硫酸及びヨウ素が遅く、ヨウ化水素が速い。特に、不純物の硫酸はほぼ完全に除去されており、ヨウ化水素が精製されていることが確認できた。
【００９１】
（実施例２）
図２のヨウ化水素の濃縮装置２５を用いて、荷電モザイク膜２０によるヨウ化水素の濃縮処理を行った。有効膜面積１２．６ｃｍ２の荷電モザイク膜２０（大日精化工業社製、商品名モザイク荷電膜）を用いた。原液（ポリヨウ化水素酸）と透析液（ポリヨウ化水素酸）は実質的に同一の組成の水溶液を使用し、ヨウ化水素濃度４．２３×１０−３ｍｏｌ／Ｌ、ヨウ素濃度０．３３×１０−３ｍｏｌ／Ｌであった。原液の流速を０．００７Ｌ／分、透析液の流速を０．００７Ｌ／分とし、脱塩室２１と透析液室２２との圧力差を５６０ｋＰａとし、透析時間は、８時間であった。図９は、ヨウ化水素の濃縮装置２５により圧力透析をした場合における、原液中のヨウ化水素濃度、及び透析液中のヨウ化水素濃度を示す図である。
【００９２】
図９から明らかなように、圧力透析により原液のヨウ化水素濃度は低くなり、透析液のヨウ化水素濃度は高くなっている。原液中のヨウ化水素が、荷電モザイク膜２０を透過して透析液中に移行し、ヨウ化水素が濃縮されていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るヨウ化水素の精製装置の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るヨウ化水素の精製装置により透析した場合における、原液中の硫酸の全モル数、及び透析液中の硫酸の全モル数の経時変化を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るヨウ化水素の精製装置により透析した場合における、原液中のヨウ化水素の全モル数、及び透析液中のヨウ化水素の全モル数の経時変化を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るヨウ化水素の精製装置により透析した場合における、原液中のヨウ素の全モル数、及び透析液中のヨウ素の全モル数の経時変化を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るヨウ化水素の濃縮装置により圧力透析をした場合における、原液中のヨウ化水素濃度、及び透析液中のヨウ化水素濃度を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１…ヨウ化水素の精製装置、２…反応・分離器、３ａ…ＳＯ２供給ライン、３ｂ…Ｈ２Ｏ供給ライン、３ｃ…Ｉ２供給ライン、３ｄ…Ｈ２ＳＯ４移送ライン、３ｅ…排気ライン、４，９，１２，３１，３１ａ，３６，３６ａ，６２，６２ａ，６８，６８ａ…背圧弁、５…圧力計、６，６ａ…透析部、７ａ，７ｂ…原液移送ライン、８，１１，３０，３０ａ，３５，３５ａ，６１，６１ａ，６７，６７ａ…ポンプ、１０ａ，１０ｂ…精製側移送ライン、１３，１５…ヒータ、１４，１６…温度調節器、１７，１７ａ，１７ｂ…差圧計、１８…精製ヨウ化水素容器、１９，３９，５３，６９，８８…蒸留器送液ライン、２０，２０ａ…荷電モザイク膜、２１，２１ａ…脱塩室、２２，２２ａ…透析液室、２５，４５，５５，８０…ヨウ化水素の濃縮装置、２６…原液移送ライン、２７，３２，３８，４０，４６，４７，４９，５０，５２，５８，６４，７０，７２，８１，８２，８４，８５，８７…バルブ、２８、２８ａ…原液側タンク、２９ａ〜２９ｄ…原液側移送ライン、３３，３３ａ…濃縮側タンク、３４ａ〜３４ｄ…濃縮側移送ライン、４８…二段目原液移送ライン、５１…二段目透析液移送ライン、５６，５６ａ…逆浸透膜部、５７…希釈液移送ライン、５９，５９ａ…希釈側タンク、６０ａ〜６０ｄ…希釈側移送ライン、６３…原液移送ライン、６５，６５ａ…濃縮側タンク、６６ａ〜６６ｄ…濃縮側移送ライン、７１…希釈液戻しライン、７３…逆浸透膜、７４…希釈室、７５…脱水室、８３…二段目希釈液移送ライン、８６…二段目原液移送ライン。
【図１】
2008037666.tif 000004
【図２】
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【図３】
2008037666.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008037666.tif 000010
【図８】
2008037666.tif 000011
【図９】
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