(57)【要約】【課題】腐食性が強く重量のある水溶液をポンプのような駆動装置を用いずに移送して水素を製造する。【解決手段】熱化学的水素製造装置は、ヨウ素１５、二酸化硫酸１６及び水１４を熱化学的に分解してヨウ化水素１７及び硫酸１８を生成するブンゼン反応器１と、ヨウ化水素１７を水素２３及びヨウ素１５に分解するヨウ化水素分解器６と、濃縮された硫酸１８を三酸化硫黄１９及び水１４に分解する硫酸分解器１１と、ブンゼン反応器１、二相分離器２、ヨウ化水素精製器３、ヨウ化水素濃縮器４、ヨウ化水素蒸留器５、ヨウ化水素分解器６、ヨウ素回収器７、ヨウ化水素回収器８、硫酸精製器９、硫酸濃縮器１０、硫酸分解器１１、三酸化硫黄分解器１２及び硫酸回収器１３から選択された少なくとも１個の容器で生成された物質の移送手段は動的機器を使用せず静的機器のみを用いて構成されている。【選択図】図１
2007223838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨウ素、二酸化硫酸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器と、
このブンゼン反応器で生成されたヨウ化水素及び硫酸を分離する二相分離器と、
この分離されたヨウ化水素から硫酸を除去するヨウ化水素精製器と、
この精製されたヨウ化水素を濃縮するヨウ化水素濃縮器と、
この濃縮されたヨウ化水素から水を分離するヨウ化水素蒸留器と、
この水が分離されたヨウ化水素を水素及びヨウ素に分解するヨウ化水素分解器と、
この分解されたヨウ素を回収するヨウ素回収器と、
前記未分解のヨウ化水素を回収するヨウ化水素回収器と、
前記分離された硫酸からヨウ化水素を除去する硫酸精製器と、
この精製された硫酸を濃縮する硫酸濃縮器と、
この濃縮された硫酸を三酸化硫黄及び水に分解する硫酸分解器と、
この分解された三酸化硫黄を二酸化硫黄及び酸素に分解する三酸化硫黄分解器と、
前記未分解の硫酸を回収する硫酸回収器と、
前記ブンゼン反応器、二相分離器、ヨウ化水素精製器、ヨウ化水素濃縮器、ヨウ化水素蒸留器、ヨウ化水素分解器、ヨウ素回収器、ヨウ化水素回収器、硫酸精製器、硫酸濃縮器、硫酸分解器、三酸化硫黄分解器及び硫酸回収器から選択された少なくとも１個の容器で生成された物質の移送手段は動的機器を使用せず静的機器のみを用いて構成されていること、を特徴とする熱化学的水素製造装置。
【請求項２】
前記ヨウ化水素精製器は、前記ブンゼン反応工程に係るブンゼン反応器及び二相分離器よりも低い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項１記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項３】
前記ヨウ化水素濃縮器は、前記ヨウ化水素精製器よりも低い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項２記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記ヨウ化水素蒸留器は、前記ヨウ化水素濃縮器よりも低い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項３記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項５】
前記ヨウ化水素分解器は、前記ヨウ化水素蒸留器よりも高い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項４記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項６】
前記ヨウ素回収器は、前記ブンゼン反応器およびヨウ化水素分解器よりも高い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項５記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項７】
前記ヨウ化水素回収器は、前記ヨウ素回収器よりも高い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項６記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項８】
前記硫酸精製器は、前記ブンゼン反応工程に係るブンゼン反応器及び二相分離器よりも低い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項１記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項９】
前記硫酸濃縮器は、前記硫酸精製器よりも低い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項８記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項１０】
前記硫酸分解器は、前記硫酸濃縮器よりも高い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項９記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項１１】
前記三酸化硫黄分解器は、前記硫酸分解器よりも高い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項１０記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項１２】
前記硫酸回収器は、前記ブンゼン反応器および三酸化硫黄分解器よりも高い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項１１記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項１３】
前記硫酸濃縮器及び硫酸回収器の機能を併せ持つ直接熱交換型硫酸濃縮器を用いる場合に、前記三酸化硫黄分解器は、前記ブンゼン反応器よりも高い位置に配置されて構成されていること、を特徴とする請求項１記載の熱化学的水素製造装置。
【請求項１４】
ヨウ素、二酸化硫酸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、
この生成されたヨウ化水素及び硫酸を分離する二相分離工程と、
この分離されたヨウ化水素から硫酸を除去するヨウ化水素精製工程と、
この精製されたヨウ化水素を濃縮するヨウ化水素濃縮工程と、
この精製されたヨウ化水素から水を分離するヨウ化水素蒸留工程と、
この水が分解されたヨウ化水素を水素及びヨウ素に分解するヨウ化水素分解工程と、
この分解されたヨウ素を回収するヨウ素回収工程と、
前記未分解のヨウ化水素を回収するヨウ化水素回収工程と、
前記分離された硫酸からヨウ化水素を除去する硫酸精製工程と、
この精製された硫酸を濃縮する硫酸濃縮工程と、
この濃縮された硫酸を三酸化硫黄及び水に分解する硫酸分解工程と、
この分解された三酸化硫黄を二酸化硫黄及び酸素に分解する三酸化硫黄分解工程と、
この未分解の硫酸を回収する硫酸回収工程と、
前記ブンゼン反応工程、二相分離工程、ヨウ化水素精製工程、ヨウ化水素濃縮工程、ヨウ化水素蒸留工程、ヨウ化水素分解工程、ヨウ素回収工程、ヨウ化水素回収工程、硫酸精製工程、硫酸濃縮工程、硫酸分解工程、三酸化硫黄分解工程及び硫酸回収工程から選択された少なくとも１工程で生成された物質の移送工程は動的機器を使用せず静的機器のみを用いて構成されていること、を特徴とする熱化学的水素製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱化学的水素製造プロセスにより水素を製造する水素製造装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
未来社会の１つのビジョンとして循環型エネルギー社会の実現が必須と考えられているが、水素をエネルギー媒体とした水素エネルギー社会はその有力な候補の一つである。この水素エネルギー社会を実現するために、いくつかの水素製造方法のうち、熱化学水素製造プロセスである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製造する方法、ＳＩ法とも言われている。）が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
このＩＳ法は、水及び発電所等から得られた９００℃程度の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）による内部循環を経て水を水素と酸素へと変換するものである。このＩＳ法は、熱源として高温ガス炉等が用いられる。
【０００４】
上記のブンゼン反応工程において、水、ヨウ素、二酸化硫黄は、熱化学プロセスを経由してヨウ化水素（ＨＩ）及び硫酸に変更される。次に、ヨウ化水素濃縮分解工程において、前工程で生成されたヨウ化水素は加熱されることにより、水素及びヨウ素へ分解される。
【０００５】
次に、硫酸濃縮分解工程において、上記のブンゼン反応工程において生成された一方の硫酸は、やはり加熱することにより酸素、水、二酸化硫黄に分解される。この分解したヨウ素、水、二酸化硫黄は、上記のブンゼン反応工程へリサイクルされ、さらに水素と酸素を取り出すことができる。
【０００６】
上述のように、このＩＳ法においては、各反応工程間で腐食性の強いヨウ化水素や硫酸等を移送しなければならない。しかも、このヨウ化水素やヨウ素の水溶液は重量がある。このように、熱化学水素製造プロセスにおいては、腐食性が強くしかも重量がある物質を取り扱わねばならないところに特徴がある。
【特許文献１】特開２００５−４１７６４号公報
【非特許文献１】J.H. Norman et al., GA-A 16300, 1981
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来のＩＳ法においては、水及び発電所等から得られた熱を供給することにより、主にブンゼン反応工程、ヨウ化水素濃縮分解工程、硫酸濃縮分解工程による内部循環を経て水を水素と酸素へと変換するものである。この熱化学水素製造プロセスで処理する物質は、ヨウ化水素や硫酸からも分かるように腐食性の強い物質を取り扱わねばならず、加えてヨウ素やヨウ化水素の水溶液は重量がある。
【０００８】
しかし、このように腐食性が強く重量のある水溶液の移送用として、ポンプのような移送機器を主要機器として用いることは、ポンプ等の移送機器に負担がかかり、故障の主要因となる可能性がある、という課題があった。
【０００９】
またポンプのような駆動部分のある装置は、析出等によりヨウ素のような重い物質が駆動部分に付着することにより、ポンプに必要以上の負荷が加わることとなり、その結果、故障がかなりの確率で発生する恐れがある、という課題があった。
【００１０】
特に、原子力を熱源として考えたときには、定常的な運転を前提にしているので、このように腐食性が強く重量のある水溶液の移送用としてポンプのような移送機器を適用することに課題があった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、腐食性が強く重量のある水溶液をポンプのような駆動装置を用いずに移送して、故障の発生確率を軽減した状態で運転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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の熱化学的水素製造装置においては、ヨウ素、二酸化硫酸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器と、このブンゼン反応器で生成されたヨウ化水素及び硫酸を分離する二相分離器と、この分離されたヨウ化水素から硫酸を除去するヨウ化水素精製器と、この精製されたヨウ化水素を濃縮するヨウ化水素濃縮器と、この濃縮されたヨウ化水素から水を分離するヨウ化水素蒸留器と、この水が分離されたヨウ化水素を水素及びヨウ素に分解するヨウ化水素分解器と、この分解されたヨウ素を回収するヨウ素回収器と、前記未分解のヨウ化水素を回収するヨウ化水素回収器と、前記分離された硫酸からヨウ化水素を除去する硫酸精製器と、この精製された硫酸を濃縮する硫酸濃縮器と、この濃縮された硫酸を三酸化硫黄及び水に分解する硫酸分解器と、この分解された三酸化硫黄を二酸化硫黄及び酸素に分解する三酸化硫黄分解器と、前記未分解の硫酸を回収する硫酸回収器と、前記ブンゼン反応器、二相分離器、ヨウ化水素精製器、ヨウ化水素濃縮器、ヨウ化水素蒸留器、ヨウ化水素分解器、ヨウ素回収器、ヨウ化水素回収器、硫酸精製器、硫酸濃縮器、硫酸分解器、三酸化硫黄分解器及び硫酸回収器から選択された少なくとも１個の容器で生成された物質の移送手段は動的機器を使用せず静的機器のみを用いて構成されていること、を特徴とするものである。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明の熱化学的水素製造方法においては、ヨウ素、二酸化硫酸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、この生成されたヨウ化水素及び硫酸を分離する二相分離工程と、この分離されたヨウ化水素から硫酸を除去するヨウ化水素精製工程と、この精製されたヨウ化水素を濃縮するヨウ化水素濃縮工程と、この濃縮されたヨウ化水素から水を分離するヨウ化水素蒸留工程と、この水が分離されたヨウ化水素を水素及びヨウ素に分解するヨウ化水素分解工程と、この分解されたヨウ素を回収するヨウ素回収工程と、前記未分解のヨウ化水素を回収するヨウ化水素回収工程と、前記分離された硫酸からヨウ化水素を除去する硫酸精製工程と、この精製された硫酸を濃縮する硫酸濃縮工程と、この濃縮された硫酸を三酸化硫黄及び水に分解する硫酸分解工程と、この分解された三酸化硫黄を二酸化硫黄及び酸素に分解する三酸化硫黄分解工程と、この未分解の硫酸を回収する硫酸回収工程と、前記ブンゼン反応工程、二相分離工程、ヨウ化水素精製工程、ヨウ化水素濃縮工程、ヨウ化水素蒸留工程、ヨウ化水素分解工程、ヨウ素回収工程、ヨウ化水素回収工程、硫酸精製工程、硫酸濃縮工程、硫酸分解工程、三酸化硫黄分解工程及び硫酸回収工程から選択された少なくとも１工程で生成された物質の移送工程は動的機器を使用せず静的機器のみを用いて構成されていること、を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の熱化学的水素製造装置及びその方法によれば、腐食性が強く重量のある水溶液をポンプのような駆動装置を使用せず静的機器のみを用いて移送して、故障の発生確率を軽減した状態で水素を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る熱化学的水素製造装置及びその方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態の熱化学的水素製造装置のプロセスフローを示すフロー図であり、図２は、熱化学的水素製造装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【００１７】
まず、図２を用いて水素製造方法の基本的な工程について説明する。本図に示すように、ＩＳ法による熱化学的水素製造法は、主に３つの工程、すなわち、ブンゼン反応工程Ａ、ヨウ化水素（ＨＩ）分解工程Ｂ、硫酸濃縮分解工程Ｃを有する。
【００１８】
このブンゼン反応工程Ａについて説明する。ヨウ素１５、二酸化硫黄１６、水１４がブンゼン反応器１に供給される。このブンゼン反応器１において、ブンゼン反応と呼ばれる熱化学反応が生じ、ヨウ化水素１７及び硫酸１８が生成される。
【００１９】
この生成されたヨウ化水素１７及び硫酸１８は、二相分離器２に導入される。この二相分離器２において、比重の相違により、ヨウ化水素１７と硫酸１８とに分離される。この分離されたヨウ化水素１７と硫酸１８は、それぞれヨウ化水素分解工程Ｂ及び硫酸濃縮分解工程Ｃへと送られる。未反応のヨウ素１５、二酸化硫黄１６、水１４は、上記二相分離器２内の生成装置で分離されて元のブンゼン反応容器１に戻される。
【００２０】
次に、ヨウ化水素分解工程Ｂについて説明する。上記のブンゼン反応工程Ａで分離されたヨウ化水素１７は水１４と共に、ＨＩ精製器３を経由してＨＩ濃縮器４に送り込まれる。このＨＩ精製器３で分離された硫酸１８はブンゼン反応器１にリサイクルされる。
【００２１】
このＨＩ濃縮器４においては、加熱されてヨウ化水素１７の濃度が高められる。この加熱は、例えば、発電所から導かれた熱源による加熱器（図示せず）により行われる。ここで蒸留した水１４は、ブンゼン反応工程Ａに再循環される。
【００２２】
上記の加熱によって濃縮されたヨウ化水素１７は、ＨＩ蒸留器５経由してＨＩ分解器６に送り込まれる。このＨＩ蒸留器５では、水１４が分離される。また、このＨＩ分解器６では、加熱されてヨウ化水素１７は水素２３とヨウ素１５とに分解される。この加熱は、例えば、発電所から導かれた熱源による加熱器（図示せず）により行われる。
【００２３】
この分解した水素２３とヨウ素１５は、未分解のヨウ化水素１７と共に、ヨウ素回収器７を経由してＨＩ回収器８に送り込まれる。このヨウ素回収器７において、回収されたヨウ素１５はブンゼン反応器１に再循環される。
【００２４】
このＨＩ回収器８では、ヨウ化水素１７が回収され、前工程のＨＩ分解器６に再度戻される。このＨＩ回収器８おいて捕捉されなかった水素２３は、系外に排出され回収される。
【００２５】
次に、硫酸濃縮分解工程Ｃについて説明する。二相分離器２で分離した硫酸１８は水１４と共に、硫酸精製器９を経由して硫酸濃縮器１０に送り込まれる。この硫酸精製器９で分離されたヨウ化水素１７はブンゼン反応器１にリサイクルされる。
【００２６】
この硫酸濃縮器１０においては、加熱して硫酸１８の濃度が高められる。この加熱は、例えば、発電所から導かれた熱源による加熱器（図示せず）により行われる。ここで蒸留した水１４は、ブンゼン反応器１に再循環される。
【００２７】
上記加熱されて濃縮した硫酸１８は、硫酸分解器１１に送り込まれる。この硫酸分解器１１では、硫酸１８が加熱されて、三酸化硫黄１９や水１４が生成される。この生成された三酸化硫黄１９は、三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器１２に導入される。この三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器１２において、三酸化硫黄１９は、加熱して分解されて、二酸化硫黄１６や酸素２４が生成される。
【００２８】
また、この生成された二酸化硫黄１６、酸素２４及び水１４は、硫酸回収器１３に送り込まれる。この硫黄回収器１３では、二酸化硫黄１６は、回収されて元のブンゼン反応器１に戻される。酸素２４は、系外に排出され回収される。また、未反応の硫酸１８は、回収されて硫酸濃縮器１０にリサイクルされる。
【００２９】
上記のＩＳ法による熱化学的水素製造装置の構成は、本実施の形態を実現するための基本的な構成であって、場合によって、２段階に分けた反応工程を一つの反応工程にまとめることもある。例えば、充分高い濃度のヨウ化水素１７のＨＩ水溶液がブンゼン反応により得られれば、ＨＩ濃縮器４を省略することができる。また、硫酸分解器１１やＳＯ３分解器１２で使用した熱を回収して有効に利用するために、硫酸濃縮器１０と硫酸回収器１３とを組み合わせて構成することもある。
【００３０】
しかし、基本的な構成は図２に示す構成と大幅には変わらない。他方、重要なことは、各機器、反応プロセスにおいて扱う物質の状態である。例えば、ブンゼン反応工程では、以下の（１）式が示すような反応が行われる。
【００３１】
ＳＯ２（気体）＋２Ｈ２Ｏ（液体）＋Ｉ２（水溶液）→２ＨＩ（水溶液）
＋Ｈ２ＳＯ４（水溶液）                                        （１）
ここで、左辺のヨウ素１５は、水溶液でなくても固体や気体でもよい。
【００３２】
このように構成された本実施の形態において、ブンゼン反応器１においては、水１４、ヨウ素１５及び二酸化硫黄１６を加えることにより、ヨウ化水素（ＨＩ）１７及び硫酸１８を水溶液の状態で生成される。このヨウ化水素（ＨＩ）１７及び硫酸１８を含んだ水溶液は、それぞれＨＩ分解工程Ｂや硫酸濃縮分解工程Ｃへ送り込まれて分解される。
【００３３】
このＨＩ分解工程Ｂにおいて、ＨＩ精製器３では硫酸１８が除去される。この硫酸１８が除去されたヨウ化水素１７を含むＨＩ水溶液は、ＨＩ濃縮器４において濃縮されて、重量濃度５７％（共沸組成と呼ぶ）以上のＨＩ水溶液となる。この濃縮されたＨＩ水溶液は、ＨＩ蒸留器５に導入され、水１４を分離して純粋なヨウ化水素（ＨＩ）１７の気体となる。
【００３４】
この水１４を分離した純粋なヨウ化水素（ＨＩ）１７は、ＨＩ分解器６に導入され、水素２３とヨウ素１５に分解される。
【００３５】
この分解した水素２３とヨウ素１５は、ヨウ素回収器７及びＨＩ回収器８に導入される。このヨウ素回収器７においては、ヨウ素１５は分離され、ブンゼン反応器１にリサイクルされる。このＨＩ回収器８においては、ヨウ化水素（ＨＩ）１７は分離され、ＨＩ分解器６にリサイクルされる。このＨＩ回収器８おいて捕捉されなかった水素２３は、系外に排出され回収される。
【００３６】
一方、硫酸濃縮分解工程Ｃでは、硫酸精製器９において、ヨウ化水素（ＨＩ）１７を除去した後に、硫酸１８を含む水溶液は、硫酸濃縮器１０に導入される。この硫酸濃縮器１０において、水１４を除去し、ガス化した硫酸１８は、硫酸分解器１１を介して三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器１２に導入される。
【００３７】
この硫酸分解器１１においては、導入された硫酸１８は、三酸化硫黄（ＳＯ３）１９と水１４に分解される。また、この分解された三酸化硫黄（ＳＯ３）１９は、三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器１２に導入され、二酸化硫黄１６と酸素２４に分解される。
【００３８】
この分解した二酸化硫黄１６と酸素２４は、最終的には硫酸回収器１３に導入される。この硫酸回収器１３において、未分解の硫酸１８を含む水溶液は硫酸濃縮器１０へリサイクルされる。また、二酸化硫黄１６の気体はブンゼン反応器１へとリサイクルされる。さらに、酸素２４の気体は、系外に排出され回収される。
【００３９】
ここで、ヨウ化水素１７のように腐食性が強く、しかも重い物質を循環させる移送手段について、図１を用いて説明する。
【００４０】
上述のように、ＩＳ法においては、ヨウ化水素１７を用いることからも分かるように、腐食性が強くしかも重い物質を循環させることが必要である。このような物質を、化学プラントの循環機器として一般的に使用されているポンプを用いてシステム内を移送させることは、機器の腐食と共にポンプに大きな負荷をかけることになる。これは結果としてポンプの故障を招き、水素製造システムが効率的に運転しようとすることの障害となる。
【００４１】
このように、腐食性が強くしかも重い物質を循環させるときでも、稼働率の高い効率的な運転を行うために、極力ポンプのような駆動装置を有する動的機器を省くことで故障の原因を取り除き、課題の克服を図るものである。そこで、ポンプを使わずに物質を移送するために、各プロセスの高さ方向（重力方向）の位置関係を考えて配置し、重力落下のみ、すなわち静的機器のみにより物質の移送を行うことを特徴としている。
【００４２】
このような重力のみによる移送を行う箇所は、取り扱う物質が液体状態である箇所を重点的に適用するように考える。気体状態では、気体の対流により移送が可能となる場合が多いので、ポンプへの負荷が少なくなるからである。勿論、ポンプ付近で何らかの事情により液化する場合は当てはまらない。そのため、基本的に気体で扱っている箇所は圧力・温度管理が重要となる。
【００４３】
図１は上述のような事情を考慮し、図１中下を下方、上を上方とし、各プロセスを高さ方向３０に関して配置を工夫した実施例となっている。例えば、ブンゼン反応工程Ａにおいては、ブンゼン反応器１、二相分離器２の順に配置を低くして設置している。これら２基のプロセスを１基にする場合もあるが、その場合は自動的に高さ方向の位置関係は上記の順序になる。
【００４４】
上記ブンゼン反応工程Ａに係る機器よりも低い位置に、ＨＩ精製器３、ＨＩ濃縮器４を配置し、ＨＩ蒸留器５を最も低い位置に配置する。
【００４５】
このＨＩ蒸留器５から下流側は、物質が気体状態なので、高いところに配置する。すなわち、ＨＩ分解器６は、ＨＩ蒸留器５よりも高い位置に配置する。次いでヨウ素回収器７およびＨＩ回収器８は、このＨＩ分解器６およびブンゼン反応器１よりも高い位置に配置する。ヨウ素回収器７及びＨＩ回収器８において物質の一部が液体状態となり、この液体をポンプなしで重力でブンゼン反応器１に戻す必要がある。このために、ヨウ素回収器７及びＨＩ回収器８は、ＨＩ分解器６よりも高い位置に配置する。
【００４６】
他方、硫酸分解工程に関しては、二相分離器２から取り出された硫酸１８は、硫酸精製器９を経由して硫酸濃縮器１０に導入される。この硫酸精製器９は、二相分離器２よりも低い位置に配置され、さらに硫酸濃縮器１０を最も低い位置に配置する。この硫酸濃縮器１０から下流側は取り扱う物質が気体状態なので、硫酸分解器１１、三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器１２、硫酸回収器１３の順に位置を高く配置していく。この硫酸回収器１３以降では、物質の一部は液体状態となる。この液体をポンプなしで重力で移送させるために、硫酸回収器１３をブンゼン反応器１よりも高い位置に配置しておく。
【００４７】
本実施の形態によれば、腐食性が強く重量のある水溶液を、ポンプのような駆動装置を有する動的機器を省くことにより故障の原因を取り除き、各反応プロセスの配置を高さ方向に関して工夫して重力落下のみを利用して移送する。すなわち、腐食性が強く重量のある水溶液を、静的機器のみによって移送して、稼働率が高く信頼性の高い運転を維持しながら水素を製造することができる。
【００４８】
図３は、図１の物質移送制御方法の概略構成を示すブロック図である。
【００４９】
本図に示すように、反応器Ｉ２５から反応器ＩＩ２６へ腐食性が強く重量のある物質を移送する場合について説明する。この場合には、ポンプ等の移送機器を使用しないときは、単位時間当たりの流量を制御することが基本的に難しくなる。そこで、この反応器Ｉ２５と反応器ＩＩ２６との間にバッファタンク２７を設置して流量を制御できるようにしている。
【００５０】
このように構成された本実施の形態において、熱化学的水素製造プロセスにより水素を製造するＩＳ法は、各反応プロセスが比較的ゆっくりと進む。このために、上記バッファタンク２７を使用したバッジ処理的な制御でも、むだ時間に影響されることは少ない。
【００５１】
本実施の形態によれば、腐食性が強く重量のある水溶液をポンプのような駆動装置を有する動的機器を省くことにより故障の原因を取り除き、静的機器のみによって移送して、稼働率の高い効率的な運転を維持しながら水素を製造することができる。
【００５２】
図４は、本発明の他の実施の形態の熱化学的水素製造装置及びその方法のプロセスフローを示すフロー図である。本図は、図１の硫酸濃縮器１０等の代わりに直接熱交換型硫酸濃縮器２８設けたものであり、図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００５３】
本図に示すように、上記二相分離器２で分離した硫酸１８は、水１４と共に硫酸精製器９に送り込まれる。この硫酸精製器９で精製された硫酸１８は直接熱交換型硫酸濃縮器２８に導入される。この直接熱交換型硫酸濃縮器２８は、図１に示す硫酸濃縮器１０及び硫酸回収器１３の機能を併せ持つものである。
【００５４】
このように構成された本実施の形態において、この直接熱交換型硫酸濃縮器２８を最も低い位置に配置する。また、三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器１２は、ブンゼン反応器１よりも高い位置に配置する。この三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器１２では物質の一部は液体状態となる。この液体をポンプなしで移送ために、三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器１２をブンゼン反応器１よりも高い位置に配置しておく。
【００５５】
本実施の形態によれば、直接熱交換型硫酸濃縮器２８を用いる場合であっても、腐食性が強く重量のある水溶液をポンプのような駆動装置を有する動的機器を省くことで故障の原因を取り除き、静的機器のみによって移送して、稼働率の高い効率的な運転を維持しながら水素を製造することができる。
【００５６】
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の各実施例を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態の熱化学的水素製造装置のプロセスフローを示すフロー図。
【図２】熱化学的水素製造装置の基本的な構成を示すブロック図。
【図３】図１の物質移送制御方法の概略構成を示すブロック図。
【図４】本発明の他の実施の形態の熱化学的水素製造装置のプロセスフローを示すフロー図。
【符号の説明】
【００５８】
１…ブンゼン反応器、２…二相分離器、３…ヨウ化水素（ＨＩ）精製器、４…ヨウ化水素（ＨＩ）濃縮器、５…ヨウ化水素（ＨＩ）蒸留器、６…ヨウ化水素（ＨＩ）分解器、７…ヨウ素回収器、８…ヨウ化水素（ＨＩ）回収器、９…硫酸精製器、１０…硫酸濃縮器、１１…硫酸分解器、１２…三酸化硫黄（ＳＯ３）分解器、１３…硫酸回収器、１４…水、１５…ヨウ素、１６…二酸化硫黄、１７…ヨウ化水素、１８…硫酸、１９…三酸化硫黄、２３…水素、２４…酸素、２５…反応器Ｉ、２６…反応器ＩＩ、２７…バッファタンク、２８…直接熱交換型硫酸濃縮器、Ａ…ブンゼン反応工程、Ｂ…ヨウ化水素（ＨＩ）分解工程、Ｃ…硫酸濃縮分解工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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