(57)【要約】【課題】  低コストで腐食劣化を抑制しながら水素を製造できる装置を提供する。【解決手段】  ヨウ素と二酸化硫黄と水とを反応させて硫酸水溶液とヨウ化水素水溶液とを生成させる反応器１１０と、硫酸水溶液とヨウ化水素水溶液とを比重差により分離する分離器１２０と、分離したヨウ化水素水溶液を濃縮する濃縮器１３０と、濃縮したヨウ化水素をヨウ素と水素とに分解する分解器１４０と、分解生成した水素を単離する一方、分解生成したヨウ素を反応器１１０に供給する冷却分離器１５０と、分離した硫酸水溶液を濃縮する濃縮器１６０と、濃縮した硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに分解する分解器１７０と、分解生成した二酸化硫黄を反応器１１０に供給する冷却分離器１８０とを備えている水素製造装置において、濃縮器１６０が、硫酸水溶液から水を１００℃以下の減圧環境下で留去する第一，第二の減圧蒸留装置１６１，１６２を備えるようにした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨウ素又は臭素のハロゲンと二酸化硫黄と水とを反応させて硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを生成させる反応手段と、
硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを比重差により分離する分離手段と、
分離したハロゲン化水素水溶液を濃縮するハロゲン化水素濃縮手段と、
濃縮したハロゲン化水素をハロゲンと水素とに分解するハロゲン化水素分解手段と、
分解生成した水素を単離する一方、分解生成したハロゲンを前記反応手段に供給するハロゲン再利用手段と、
分離した硫酸水溶液を濃縮する硫酸濃縮手段と、
濃縮した硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに分解する硫酸分解手段と、
分解生成した二酸化硫黄、酸素、水のうち、少なくとも二酸化硫黄を前記反応手段に供給する二酸化硫黄再利用手段と
を備えている水素製造装置において、
前記硫酸濃縮手段が、
硫酸水溶液から水を１００℃以下の減圧環境下で留去する減圧蒸留手段である
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記減圧蒸留手段が、
硫酸水溶液から水を８０℃で０．０８気圧の減圧環境下で留去する第一の減圧蒸留装置と、
前記第一の減圧蒸留装置で濃縮された硫酸水溶液から水を４０℃で０．０１気圧の減圧環境下で留去する第二の減圧蒸留装置と
を備えていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記硫酸分解手段が、
前記硫酸濃縮手段で濃縮された硫酸を加圧環境下で加熱する第一の硫酸分解装置と、
前記第一の硫酸分解装置で処理された硫酸を当該第一の硫酸分解装置よりも低圧環境中にフラッシングしながら加熱することにより分解する第二の硫酸分解装置と
を備えていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
前記硫酸濃縮手段が、前記硫酸分解手段で生成した生成物の熱を利用して硫酸水溶液を加熱するものである
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記第一の硫酸分解装置が、前記第二の硫酸分解装置で生成した生成物の熱を利用して硫酸を加熱するものである
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
前記硫酸分解手段で生成した生成物の熱を系外の動力エネルギに利用する
ことを特徴とする水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヨウ素又は臭素及び二酸化硫黄を利用して熱化学的に水から水素を製造する水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヨウ素及び二酸化硫黄を利用して熱化学的に水から水素を製造する従来の水素製造装置を図３に示す。
【０００３】
図３に示すように、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）及びヨウ化水素（ＨＩ）を生成させる反応器１０には、当該反応により生成した硫酸水溶液とヨウ化水素水溶液とを比重差により分離する分離器２０が連絡している。分離器２０の下方側には、ヨウ化水素水溶液を濃縮するヨウ化水素用の濃縮器３０が連絡している。分離器２０の上方側には、硫酸水溶液を濃縮する硫酸用の濃縮器６０が連絡している。
【０００４】
ヨウ化水素用の濃縮器３０には、濃縮されたヨウ化水素を加熱してヨウ素（Ｉ2）ガスと水素（Ｈ2）ガスとに分解するヨウ化水素用の分解器４０が連絡している。ヨウ化水素用の分解器４０には、分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを冷却してヨウ素を液化させることによりヨウ素と水素ガスとを分離して当該水素ガスを水素回収容器１に単離する一方、液化したヨウ素を前記反応器１０に供給する冷却分離器５０が連絡している。
【０００５】
他方、硫酸用の濃縮器６０には、濃縮された硫酸を加熱して二酸化硫黄ガスと酸素（Ｏ2）ガスと水蒸気とに分解する硫酸用の分解器７０が連絡している。硫酸用の分解器７０には、分解生成した上記ガスを冷却して水蒸気を液化させることにより水と二酸化硫黄ガス及び酸素ガスとを分離して当該ガスを前記反応器１０に供給する一方、当該水（残留した硫酸を含む）を前記濃縮器６０に送給する冷却分離器８０が連絡している。また、前記反応器１０には、酸素回収容器２が連絡している。
【０００６】
このような従来の水素製造装置を使用する水素製造方法を次に説明する。
【０００７】
前記反応器１０内に水を供給すると共に、ヨウ素及び二酸化硫黄を供給して反応させると、ブンゼン反応により、下記の式（１）に示す発熱反応（約１００℃）を生じて硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液が生成する。
【０００８】
２Ｈ2Ｏ(L)＋Ｉ2(L)＋ＳＯ2(G)→Ｈ2ＳＯ4(aq)＋２ＨＩ(aq)・・・（１）
【０００９】
上記反応により生成した液分（硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液）を前記反応器１０から前記分離器２０に送給し、下方に位置したヨウ化水素水溶液を前記濃縮器３０に送給し、上方に位置した硫酸水溶液を前記濃縮器６０に送給する。
【００１０】
ヨウ化水素水溶液を前記濃縮器３０で加熱（約１００〜２５０℃）して水分を蒸発留去することにより、ヨウ化水素水溶液を濃縮した後、濃縮されたヨウ化水素を前記分解器４０に送給する。なお、留去された上記水分は、前記反応器１０内に戻されて原料として再利用される。
【００１１】
濃縮されたヨウ化水素を前記分解器４０で加熱（約２５０℃）すると、下記の式（２）に示すように、ヨウ化水素がヨウ素ガスと水素ガスとに分解する。
【００１２】
２ＨＩ(L)→Ｈ2(G)＋Ｉ2(G)・・・（２）
【００１３】
分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを前記冷却分離器５０に送給して冷却（約１００〜２００℃）し、ヨウ素ガスを液化させることにより水素ガスとヨウ素とを分離し、水素ガスを水素回収容器１に回収する。分離されたヨウ素は、付随していた水分と共に前記反応器１０内に再び供給されて、再利用される。
【００１４】
他方、前記濃縮器６０に送給した硫酸水溶液を加熱（約１００〜４５０℃）して水分を蒸発留去することにより、硫酸水溶液を濃縮した後、濃縮された硫酸を前記分解器７０に送給する。なお、留去された上記水分は、前記反応器１０内に戻されて原料として再利用される。
【００１５】
濃縮された硫酸を前記分解器７０で加熱（約４５０〜８５０℃）すると、下記の式（３）に示すように、硫酸が二酸化硫黄ガスと酸素ガスと水蒸気とに分解する。
【００１６】
Ｈ2ＳＯ4(L)→ＳＯ3(G)＋Ｈ2Ｏ(G)
→ＳＯ2(G)＋1/2O2(G)＋Ｈ2Ｏ(G)・・・（３）
【００１７】
分解生成した上記ガスを前記冷却分離器８０に送給して冷却（１００℃）し、水蒸気を液化させた後、前記ガスを前記反応器１０内に供給し、二酸化硫黄を再利用する一方、水を前記濃縮器６０に送給して、残存する硫酸の再分解を行う。前記反応器１０内に供給された酸素ガスは、前記反応に供されずに当該反応器１０内に残留するため、前記反応後、当該反応器１０内から酸素回収容器２に回収される。
【００１８】
したがって、上述したような水素製造装置によれば、ヨウ素及び二酸化硫黄を利用することにより、水のみを原料として水素を製造することができる。
【００１９】
【特許文献１】特開昭６３−２４８７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
前述したようなヨウ素及び二酸化硫黄を利用する水素製造装置においては、硫酸の濃縮や分解が高温（約１００〜８５０℃）、高圧（約２〜２０気圧）環境となるため、強酸性の液状の濃硫酸と接触する部分（例えば、前記濃縮器６０等）が非常に腐食しやすかった。このため、上記部分に高耐熱、高耐圧、高耐食性を有する高価な材料を多く使用しなければならず、コストが非常に高くなってしまっていた。
【００２１】
このようなことから、本発明は、低コストで腐食劣化を抑制しながら水素を製造することができる水素製造装置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】
【００２２】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る水素製造装置は、ヨウ素又は臭素のハロゲンと二酸化硫黄と水とを反応させて硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを生成させる反応手段と、硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを比重差により分離する分離手段と、分離したハロゲン化水素水溶液を濃縮するハロゲン化水素濃縮手段と、濃縮したハロゲン化水素をハロゲンと水素とに分解するハロゲン化水素分解手段と、分解生成した水素を単離する一方、分解生成したハロゲンを前記反応手段に供給するハロゲン再利用手段と、分離した硫酸水溶液を濃縮する硫酸濃縮手段と、濃縮した硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに分解する硫酸分解手段と、分解生成した二酸化硫黄、酸素、水のうち、少なくとも二酸化硫黄を前記反応手段に供給する二酸化硫黄再利用手段とを備えている水素製造装置において、前記硫酸濃縮手段が、硫酸水溶液から水を１００℃以下の減圧環境下で留去する減圧蒸留手段であることを特徴とする。
【００２３】
第二番目の発明に係る水素製造装置は、第一番目の発明において、前記減圧蒸留手段が、硫酸水溶液から水を８０℃で０．０８気圧の減圧環境下で留去する第一の減圧蒸留装置と、前記第一の減圧蒸留装置で濃縮された硫酸水溶液から水を４０℃で０．０１気圧の減圧環境下で留去する第二の減圧蒸留装置とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第三番目の発明に係る水素製造装置は、第一番目又は第二番目の発明において、前記硫酸分解手段が、前記硫酸濃縮手段で濃縮された硫酸を加圧環境下で加熱する第一の硫酸分解装置と、前記第一の硫酸分解装置で処理された硫酸を当該第一の硫酸分解装置よりも低圧環境中にフラッシングしながら加熱することにより分解する第二の硫酸分解装置とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
第四番目の発明に係る水素製造装置は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記硫酸濃縮手段が、前記硫酸分解手段で生成した生成物の熱を利用して硫酸水溶液を加熱するものであることを特徴とする。
【００２６】
第五番目の発明に係る水素製造装置は、第三番目の発明において、前記第一の硫酸分解装置が、前記第二の硫酸分解装置で生成した生成物の熱を利用して硫酸を加熱するものであることを特徴とする。
【００２７】
第六番目の発明に係る水素製造装置は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記硫酸分解手段で生成した生成物の熱を系外の動力エネルギに利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
第一番目の発明に係る水素製造装置によれば、硫酸濃縮手段が、硫酸水溶液から水を１００℃以下の減圧環境下で留去する減圧蒸留手段であることから、硫酸濃縮手段における硫酸による腐食力を大幅に低減することができるので、高耐熱、高耐圧、高耐食性を有する高価な材料の使用を大幅に削減することができ、低コストで腐食劣化を抑制しながら水素を製造することができる。
【００２９】
第二番目の発明に係る水素製造装置によれば、減圧蒸留手段が、硫酸水溶液から水を８０℃で０．０８気圧の減圧環境下で留去する第一の減圧蒸留装置と、第一の減圧蒸留装置で濃縮された硫酸水溶液から水を４０℃で０．０１気圧の減圧環境下で留去する第二の減圧蒸留装置とを備えているので、上述した効果を効率よく確実に得ることができる。
【００３０】
第三番目の発明に係る水素製造装置によれば、硫酸分解手段が、硫酸濃縮手段で濃縮された硫酸を加圧環境下で加熱する第一の硫酸分解装置と、第一の硫酸分解装置で処理された硫酸を当該第一の硫酸分解装置よりも低圧環境中にフラッシングしながら加熱することにより分解する第二の硫酸分解装置とを備えていることから、さらに、硫酸分解手段における硫酸による腐食力も大幅に低減することができるので、高耐熱、高耐圧、高耐食性を有する高価な材料の使用をさらに削減することができ、さらに低コストで腐食劣化を抑制しながら水素を製造することができる。
【００３１】
第四番目の発明に係る水素製造装置によれば、硫酸濃縮手段が、硫酸分解手段で生成した生成物の熱を利用して硫酸水溶液を加熱するものであるので、系内のエネルギ効率を高めることができ、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【００３２】
第五番目の発明に係る水素製造装置によれば、第一の硫酸分解装置が、第二の硫酸分解装置で生成した生成物の熱を利用して硫酸を加熱するものであるので、系内のエネルギ効率を高めることができ、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【００３３】
第六番目の発明に係る水素製造装置によれば、硫酸分解手段で生成した生成物の熱を系外の動力エネルギに利用するので、熱エネルギを有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明に係る水素製造装置の実施形態を図１，２に基づいて説明する。図１は、水素製造装置の概略構成図、図２は、図１の水素製造装置の硫酸側の概略構成図である。
【００３５】
図１に示すように、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）及びヨウ化水素（ＨＩ）を生成させる反応手段である反応器１１０には、当該反応により生成した硫酸水溶液とヨウ化水素水溶液とを比重差により分離する分離手段である分離器１２０が連絡している。分離器１２０の下方側には、ヨウ化水素水溶液を濃縮するハロゲン化水素濃縮手段であるヨウ化水素用の濃縮器１３０が連絡している。分離器１２０の上方側には、硫酸水溶液を濃縮する硫酸濃縮手段である硫酸用の濃縮器１６０が連絡している。
【００３６】
ヨウ化水素用の濃縮器１３０には、濃縮されたヨウ化水素を加熱してヨウ素（Ｉ2）ガスと水素（Ｈ2）ガスとに分解するハロゲン化水素分解手段であるヨウ化水素用の分解器１４０が連絡している。ヨウ化水素用の分解器１４０には、分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを冷却してヨウ素を液化させることによりヨウ素と水素ガスとを分離して当該水素ガスを水素回収容器１０１に単離する一方、液化したヨウ素を前記反応器１１０に供給するハロゲン再利用手段である冷却分離器１５０が連絡している。
【００３７】
他方、硫酸用の濃縮器１６０は、図２に示すように、硫酸水溶液から水を８０℃で０．０８気圧の減圧環境下で留去する第一の減圧蒸留装置１６１と、第一の減圧蒸留装置１６１で濃縮された硫酸水溶液から水を４０℃で０．０１気圧の減圧環境下で留去する第二の減圧蒸留装置１６２とを備え、硫酸水溶液から水を１００℃以下の減圧環境下で留去する減圧蒸留手段となっている。なお、図２中、１６３〜１６５はバルブ、１６６，１６７は減圧ポンプ、１６８，１６９は凝縮器である。
【００３８】
硫酸用の前記濃縮器２６０の第二の減圧蒸留装置１６２には、濃縮された硫酸を加熱して二酸化硫黄ガスと酸素（Ｏ2）ガスと水蒸気とに分解する硫酸分解手段である硫酸用の分解器１７０が連絡している。この硫酸用の分解器１７０は、前記濃縮器１６０の第二の減圧蒸留装置１６２で濃縮された硫酸を加圧環境下（２〜４０気圧）で加熱（約４５０〜５５０℃）する第一の硫酸分解装置１７１と、この第一の硫酸分解装置１７１で処理された硫酸を当該第一の硫酸分解装置１７１よりも低圧環境（１〜１０気圧程度）中にフラッシングしながら加熱（約５５０〜８５０℃）することにより分解する第二の硫酸分解装置１７２とを備えている。なお、図２中、１７３は供給ポンプである。
【００３９】
硫酸用の前記分解器１７０の第二の硫酸分解装置１７２には、分解生成した上記ガスを冷却して水蒸気を液化させることにより水と二酸化硫黄ガス及び酸素ガスとを分離して当該ガスを前記反応器１１０に供給する一方、当該水を各種利用する二酸化硫黄再利用手段である冷却分離器１８０が連絡している。この冷却分離器１８０は、前記分解器１７０の第二の硫酸分解装置１７２からの前記ガスに水をシャワリングして冷却（約６０℃）することにより水蒸気を液化させる冷却塔１８１と、この冷却塔１８１で冷却された上記ガスをさらに冷却（約３０℃程度）して水分を凝縮させる凝縮器１８２と、当該ガスと凝縮水とを分離する気液分離器１８３と、上記冷却塔１８１で生成した水を前記分離器１２０で分離された硫酸水溶液と共に前記濃縮器１６０へ供給する供給ポンプ１８４とを備えている。
【００４０】
なお、前記分解器１７０の第二の硫酸分解器１７２で分解生成したガスは、当該分解器１７０の第一の硫酸分解器１７１を流通した後、熱交換器１９１，１９２を流通してから前記冷却分離器１８０の冷却塔１８１に送給されるようになっており、その熱エネルギを、上記分解器１７０の第一の硫酸分解器２７１での濃縮硫酸の加熱用熱源に利用した後、上記熱交換器１９１を介して、系外の動力発生装置２００の動力エネルギに利用し、さらに、上記熱交換器１９２を介して、前記分離器１２０から前記濃縮器１６０の第一の減圧蒸留装置１６１に送給される硫酸水溶液の加熱用熱源に利用するようにしている。
【００４１】
また、前記冷却分離器１８０の冷却塔１８１で生成した水は、熱交換器１９３を経由してから前記分離器１２０からの硫酸水溶液と共に前記濃縮器１６０へ供給されることにより、その熱エネルギが、前記濃縮器１６０の第一の硫酸分解装置１７１から第二の硫酸分解装置１７２に送給される硫酸の加熱用熱源に上記熱交換器１９３を介して利用されると共に、上記熱交換器１９３を経由した後の一部が、冷却器１８５及び送給ポンプ１８６を介して当該冷却塔１１８の内部でのシャワリングに再び利用されるようになっている。なお、図２中、１８７，１８８は供給ポンプ、図１中、２は酸素回収容器である。
【００４２】
このような本実施形態に係る水素製造装置を使用する水素製造方法を次に説明する。
【００４３】
前記反応器１１０内に水を供給すると共に、ヨウ素及び二酸化硫黄を供給して反応させると、ブンゼン反応により、下記の式（１）に示す発熱反応（約１００℃）を生じて硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液が生成する。
【００４４】
２Ｈ2Ｏ(L)＋Ｉ2(L)＋ＳＯ2(G)→Ｈ2ＳＯ4(aq)＋２ＨＩ(aq)・・・（１）
【００４５】
上記反応により生成した液分（硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液）を前記反応器１１０から前記分離器１２０に送給し、下方に位置するヨウ化水素水溶液を前記濃縮器１３０に送給し、上方に位置する硫酸水溶液を前記濃縮器１６０に送給する。
【００４６】
ヨウ化水素水溶液を前記濃縮器１３０で加熱（約１００〜２５０℃）して水分を蒸発留去することにより、ヨウ化水素水溶液を濃縮した後、濃縮されたヨウ化水素を前記分解器１４０に送給する。なお、留去された上記水分は、前記反応器１１０内に戻されて原料として再利用される。
【００４７】
濃縮されたヨウ化水素を前記分解器１４０で加熱（約２５０℃）すると、下記の式（２）に示すように、ヨウ化水素がヨウ素ガスと水素ガスとに分解する。
【００４８】
２ＨＩ(L)→Ｈ2(G)＋Ｉ2(G)・・・（２）
【００４９】
分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを前記冷却分離器１５０に送給して冷却（約１００〜２００℃）し、ヨウ素ガスを液化させることにより水素ガスとヨウ素とを分離し、水素ガスを水素回収容器１０１に回収する。分離されたヨウ素は、付随していた水分と共に前記反応器１１０内に再び供給されて、再利用される。
【００５０】
他方、前記濃縮器２６０に送給された硫酸水溶液は、第一の減圧蒸留装置１６１において、８０℃で０．０８気圧の減圧環境下で水が加熱されて気化留去された後、第二の減圧蒸留装置１６２において、４０℃で０．０１気圧の減圧環境下で水が加熱されてさらに気化留去されることにより、濃縮される。なお、第一、第二の減圧蒸留装置１６１，１６２で留去された水蒸気は、減圧ポンプ１６６，１６７を介して凝縮器１６８，１６９で冷却されて凝縮することにより水に戻される。
【００５１】
前記濃縮器１６０で濃縮された硫酸は、前記分解器１７０に供給され、供給ポンプ１７３で加圧され、第一の硫酸分解装置１７１において、加圧環境下（２〜４０気圧）で加熱（約４５０〜５５０℃）することにより、三酸化硫黄ガス、水蒸気等に分解された後、第二の硫酸分解装置１７２において、当該第一の硫酸分解装置１７１よりも低圧環境（１〜１０気圧程度）中にフラッシングされることで急速に気化しながらさらに加熱（約５５０〜８５０℃）されることにより、二酸化硫黄ガスと酸素ガスと水蒸気とに分解する（下記（３）式参照）。
【００５２】
Ｈ2ＳＯ4(L)→ＳＯ3(G)＋Ｈ2Ｏ(G)
→ＳＯ2(G)＋1/2O2(G)＋Ｈ2Ｏ(G)・・・（３）
【００５３】
分解生成した上記ガスは、その熱エネルギが、前記第二の硫酸分解装置１７２において、濃縮硫酸の加熱用熱源に利用された後、前記熱交換器１９１において、系外の動力発生装置２００の動力エネルギに利用され、さらに、前記熱交換器１９２において、硫酸水溶液の加熱用熱源に利用されてから、前記冷却分離器１８０の冷却塔１８１内に送給される。
【００５４】
前記冷却分離器１８０の冷却塔１８１内に送給された上記ガスは、水が噴き掛けられて冷却（６０℃）されることにより、水蒸気が液化除去される。水蒸気を除去された当該ガス（二酸化硫黄及び酸素）は、凝縮器１８２で水分を凝縮されて気液分離器１８３で水を除去された後、前記反応器１１０内に供給され、二酸化硫黄が再利用される一方、酸素ガスが前記反応に供されずに当該反応器１１０内に残留することにより、前記反応後に当該反応器１１０内から酸素回収容器１０２に回収される。
【００５５】
また、前記冷却分離器１８０の冷却塔１８１で回収された水は、その熱エネルギが、前記熱交換器１９３により、前記濃縮器１６０の第一の硫酸分解装置１７１から第二の硫酸分解装置１７２に送給される硫酸の加熱用熱源に利用された後、その一部が、冷却器１８５及び送給ポンプ１８６を介して当該冷却塔１１８の内部でのシャワリングに再び利用され、その残りが供給ポンプ１８４を介して前記濃縮器１６０に送給されて、残存する硫酸の再分解が行われる。
【００５６】
なお、前記気液分離器１８３及び前記凝縮器１６８，１６９で回収された前記水は、供給ポンプ１８７，１８８により、前記反応器１１０内に原料として再度供給されるか、又は、前記冷却分離器１８０の冷却塔１８１の冷却用の水として補充されるか、必要に応じて適宜選択される。
【００５７】
つまり、本実施形態では、硫酸水溶液から水を８０℃で０．０８気圧の減圧環境下で留去する第一の減圧蒸留装置１６１と、第一の減圧蒸留装置１６１で濃縮された硫酸水溶液から水を４０℃で０．０１気圧の減圧環境下で留去する第二の減圧蒸留装置１６２とを備える濃縮器１６０を用いることにより、硫酸水溶液から水を１００℃以下の減圧環境下で留去できるようにすると共に、濃縮された硫酸を加圧環境下で加熱する第一の硫酸分解装置１７１と、第一の硫酸分解装置１７１で処理された硫酸を当該第一の硫酸分解装置１７１よりも低圧環境中にフラッシングしながら加熱することにより分解する第二の硫酸分解装置１７２とを備えることにより、濃硫酸の加熱分解を気相中で行うようにしたのである。
【００５８】
このため、前記濃縮器１６０及び前記分解器１７０の第二の硫酸分解装置１７２における硫酸による腐食力を大幅に低減することができる。
【００５９】
したがって、本実施形態によれば、高耐熱、高耐圧、高耐食性を有する高価な材料の使用を前記分解器１７０の第一の硫酸分解装置１７１及びその周辺部分のみとすることができるので、高耐熱、高耐圧、高耐食性を有する高価な材料の使用量を大幅に削減することができ、低コストで腐食劣化を抑制しながら水素を製造することができる。
【００６０】
また、前記分解器１７０の第二の硫酸分解装置１７２で分解生成した前記ガスの熱エネルギを第一の硫酸分解装置１７１での濃硫酸の加熱用熱源及び前記濃縮器１６０の第一の減圧蒸留装置１６１での硫酸水溶液の加熱用熱源に利用すると共に、前記冷却分離器１８０で回収された水の熱エネルギを前記濃縮器１６０の第二の減圧蒸留装置１６２に供給する硫酸の加熱用熱源に利用しているので、系内のエネルギ効率を高めることができ、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【００６１】
さらに、前記分解器１７０の第二の硫酸分解装置１７２で分解生成した前記ガスの熱エネルギを系外の動力発生装置２００の動力エネルギに利用するようにしたので、熱エネルギを有効に利用することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、第一の減圧蒸留装置１６１と第二の減圧蒸留装置１６２とを備えた二段の濃縮器１６０を適用するようにしたが、系内の反応条件や濃縮条件等の各種条件によっては、一段又は三段以上の濃縮器とすることも可能である。
【００６３】
また、本実施形態では、冷却分離器１８０において、冷却塔１８１で分離した二酸化硫黄ガス及び酸素ガスを凝縮器１８２で凝縮して水分を除去してから反応器１１０に供給するようにしたが、冷却塔１８１で分離した二酸化硫黄ガス及び酸素ガスをそのまま凝縮させずに水分を除去することなく反応器１１０に供給することも可能である。他方、二酸化硫黄ガスと酸素ガスとを酸素分離膜等の酸素分離手段により分離して酸素ガスを酸素回収容器に回収して、二酸化硫黄ガスのみを反応器１１０に供給することも可能である。
【００６４】
また、本実施形態では、ヨウ素を用いて水素を製造するようにしたが、ヨウ素に代えて臭素を用いて水素を製造する場合にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係る水素製造装置は、各種の原料や燃料として利用可能な水素を低コストで製造することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る水素製造装置の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１の水素製造装置の硫酸側の概略構成図である。
【図３】従来の水素製造装置の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１  水素回収容器
１０２  酸素回収容器
１１０  反応容器
１２０  分離器
１２１  切換弁
１３０  濃縮器
１４０  分解器
１５０  冷却分離器
１６０  濃縮器
１６１  第一の減圧蒸留装置
１６２  第二の減圧蒸留装置
１６３〜１６５  バルブ
１６６，１６７  減圧ポンプ
１６８，１６９  凝縮器
１７０  分解器
１７１  第一の硫酸分解器
１７２  第二の硫酸分解器
１７３  供給ポンプ
１８０  冷却分離器
１８１  冷却塔
１８２  凝縮器
１８３  気液分離器
１８４  供給ポンプ
１８５  冷却器
１８６  送給ポンプ
１８７，１８８  供給ポンプ
１９１〜１９３熱交換器
２００  動力発生装置
【図１】
2005306621.tif 000003
【図２】
2005306621.tif 000004
【図３】
2005306621.tif 000005