(57)【要約】【課題】  熱化学水素製造プロセスにおいて、酸分離のための別の設備・工程を用いることなく、ブンゼン反応により生成された酸を連続的に分離して抜き出すことを課題とする。【解決手段】  熱化学水素製造プロセスのブンゼン反応に用いる反応器であって、反応により生成された酸を分離する機能を有し、液体収容部と、ブンゼン反応原料用の入口と、酸素の出口と、ヨウ化水素酸及び硫酸の抜き出し管と、撹拌器とを備えたことを特徴とする、反応器。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱化学水素製造プロセスのブンゼン反応に用いる反応器であって、反応により生成された酸を分離する機能を有する反応器。
【請求項２】
液体収容部と、ブンゼン反応原料用の入口と、酸素の出口と、ヨウ化水素酸及び硫酸の抜き出し管と、撹拌器とを備えたことを特徴とする、請求項１記載の反応器。
【請求項３】
抜き出し管が、その両端に開口部を有しており、一方の開口面と直行する方向に伸びる垂直部分と、その垂直部分が伸びる方向に対して一定の角度で伸びる水平部分とを有することを特徴とする、請求項１〜２に記載の反応器。
【請求項４】
抜き出し管の垂直部分の端部の開口部が液体収容部内に配置され、水平部分の端部の開口部が液体収容部外に配置され、液体収容部内の開口部が、その開口面がヨウ化水素酸及び硫酸の界面に対して平行に接するように配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の反応器。
【請求項５】
ヨウ化水素酸抜き出し管が、その垂直部分が開口面を基準に鉛直方向下向きになるよう配置され、硫酸抜き出し管が、その垂直部分が開口面を基準に鉛直方向上向きになるよう配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱化学水素製造プロセスに関し、より詳しくは、熱化学製造プロセスにおいて使用するブンゼン反応器であって、生成物である酸を分離する機能を有する反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、燃焼しても地球温暖化を招く二酸化炭素を排出しないので、環境に優しい将来エネルギーとして期待されている。近年、水素を製造する方法として、高温の核熱を用いて水を分解し水素を製造する、熱化学水素製造プロセスが開発されている（例えば、非特許文献１参照のこと）。
【０００３】
この熱化学水素製造プロセスは、次の三つの反応から構成されている。
【０００４】
【化１】
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【０００５】
反応(1)はブンゼン反応として知られており、この反応により二種類の酸（ヨウ化水素酸と硫酸）が生成される。反応(2)、(3)では、反応(1)により生成されたそれぞれの酸が熱分解され、水素及び酸素に加えて、同時に、反応(1)の原料であるヨウ素及び二酸化硫黄が生成される。これらの反応を閉じた系で行うことにより、循環物質であるヨウ素及び二酸化硫黄を消費することなく、水及び熱を供給するだけで、水素と酸素とを得ることができる。
【０００６】
ここで、反応(1)のｘは反応以外に多量のヨウ素を必要とすることを表しており、このヨウ素はヨウ化水素酸に溶解するため、ヨウ化水素酸の密度は硫酸の密度よりも大きくなる。一方、ブンゼン反応を行う際には、反応条件に依存するものの、室温〜１００℃、大気圧においてヨウ素は固体、二酸化イオンは気体であるため、原料の接触を促進する目的で反応の進行には撹拌操作が必要となることから、生成物である二種類の酸を、反応中にブンゼン反応器内でその密度差により静置分離することはできない。したがって、通常、熱化学水素製造プロセスにおいては、反応(1)をブンゼン反応器内で行い、生成された酸をブンゼン反応器とは別の容器に輸送した後、静置してそれぞれの酸に分離し、反応(2)及び(3)を行っている。
【非特許文献１】中島隼人ら、外３名，熱化学法ＩＳプロセスの閉サイクル連続水素製造試験，化学工学論文集，化学工学会，１９９８年，第２４巻，第２号，ｐ．３５２−３５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、熱化学水素製造プロセスにおいて、酸分離のための別の設備・工程を用いることなく、ブンゼン反応により生成された酸を連続的に分離して抜き出すことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、本発明者らは、熱化学水素製造プロセスのブンゼン反応に用いる反応器であって、反応により生成された酸を分離する機能を有する反応器に関する本発明を完成した。
【０００９】
即ち、本発明は、ブンゼン反応を行う反応器であって、液体収容部と、ブンゼン反応原料用の入口と、酸素の出口と、ヨウ化水素酸及び硫酸の抜き出し管と、撹拌器とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、上記反応器において、抜き出し管が、その両端に開口部を有しており、一方の開口面と直行する方向に伸びる垂直部分と、その垂直部分が伸びる方向に対して一定の角度で伸びる水平部分とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明は、上記反応器において、抜き出し管の垂直部分の端部の開口部が液体収容部内に配置され、水平部分の端部の開口部が液体収容部外に配置され、液体収容部内の開口部が、その開口面がヨウ化水素酸及び硫酸の界面に対して平行に接するように配置されることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明は、ヨウ化水素酸抜き出し管が、その垂直部分が開口面を基準に鉛直方向下向きになるよう配置され、硫酸抜き出し管が、その垂直部分が開口面を基準に鉛直方向上向きになるよう配置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のブンゼン反応器は、反応と分離操作を同時に行うため、反応器以外に、二種類の酸を分離するための設備、工程を必要とせず、装置を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の分離機能付きブンゼン反応器の構造を図１に基づいて説明する。
本発明の分離機能付きブンゼン反応器は、液体収容部と、ブンゼン反応原料用の入口（１，３，５）と、酸素の出口（６）と、ヨウ化水素酸及び硫酸の抜き出し管（２，４）と、撹拌器とを備えている。液体収容部の形状は、好ましくは、円筒形であり、その寸法は、ブンゼン反応を行うスケールに依存するが、典型的には、水素発生量５０リットル／時スケールの場合、直径２０ｃｍ、高さ４０ｃｍである。
ブンゼン反応原料用の入口は、それぞれ、水（１）、酸素及び二酸化硫黄（３）、ヨウ素（５）を液体収容部に供給するために設けられている。
抜き出し管（２，４）は、その両端に開口部を有しており、一方の開口面と直行する方向に伸びる垂直部分と、その垂直部分が伸びる方向に対して一定の角度、好ましくは、９０度で伸びる水平部分とを有する。断面形状は、好ましくは、円形であるが、方形であってもよい。抜き出し管は、その垂直部分の端部の開口部が液体収容部内に配置され、水平部分の端部の開口部が液体収容部外に配置される。液体収容部内の開口部は、その開口面がヨウ化水素酸及び硫酸の界面に対して平行に接するように配置され、ヨウ化水素酸抜き出し管の場合は、垂直部分が開口面を基準に鉛直方向下向きになるよう配置され、硫酸抜き出し管の場合は、垂直部分が開口面を基準に鉛直方向上向きになるよう配置される。
【００１５】
反応を行う際には、水及びヨウ素は、特に限定するものではないが、好ましくは、液体収容部の上部から液体として供給される。一方、酸素及び二酸化硫黄は、液体収容部の下部から気体として供給される。液体収容部内の反応原料は、撹拌器（例えば、撹拌子など）によって撹拌され、ブンゼン反応が促進される。反応により、ヨウ化水素酸と硫酸とが生成され、混合溶液が形成される。硫酸抜き出し管（４）について、垂直部分に収容された混合溶液は、やがて密度が小さい硫酸が上昇して（Ａ）に溜まる一方、密度が大きいヨウ化水素酸が垂直部分から液体収容部のバルクへと下降して撹拌され再び混合溶液となる。また、ヨウ化水素酸抜き出し管（２）について、垂直部分に収容された混合溶液は、やがて密度が大きいヨウ化水素酸が（Ｂ）に溜まる一方、密度が小さい硫酸が垂直部分から液体収容部のバルクへと上昇して撹拌され再び混合溶液となる。その結果、ブンゼン反応の生成物であるヨウ化水素酸と硫酸は、抜き出し管（２，４）により連続して分離され、抜き出され、回収される。反応により生じた酸素は、出口（６）を通って反応器の系外へと放出される。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明のブンゼン反応器によれば、熱化学製造プロセスの簡略化をはかることができる。また、本発明は、密度の異なる液体混合物から連続的に分離操作を行う場合に利用することができ、特に、食品、化学工業等の分野への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の分離機能付きブンゼン反応器の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  ブンゼン反応原料用の入口（水）
２  ヨウ化水素酸抜き出し管
３  ブンゼン反応原料用の入口（酸素、二酸化硫黄）
４  硫酸抜き出し管
５  ブンゼン反応原料用の入口（ヨウ素）
６  酸素出口
【図１】
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