熱化学水素製造法ISプロセスのための硫酸分解器の試作試験

Test fabrication of sulfuric acid decomposer applied for thermochemical hydrogen production IS Process

野口 弘喜  ; 大田 裕之*; 寺田 敦彦  ; 久保 真治  ; 小貫 薫; 日野 竜太郎

Noguchi, Hiroki; Ota, Hiroyuki*; Terada, Atsuhiko; Kubo, Shinji; Onuki, Kaoru; Hino, Ryutaro

水を原料として、二酸化炭素を排出することなく水素を製造するISプロセスでは、高温高圧下で腐食性の強い酸を取り扱うため、耐熱性,耐食性に優れた材料を用い、商用化を見据えた大型の反応装置の開発が必須の課題であった。中でも、ヘリウムガスの熱を用いて、300Cから500Cの高温下で、濃硫酸を蒸発・分解する硫酸分解器は、一般硫酸工業での使用条件(100C程度)を大幅に超えた過酷な条件で使用される熱交換型化学反応器である。この環境に適用できる材料として、これまでの腐食試験等から、SiCセラミックスだけが使用可能であることがわかっていたが、商用で必要となる大きなSiCセラミックス体は製作できないため、熱交換型化学反応器の大型化技術に関しては未解決であった。そこで、複雑な管群式熱交換構造ではなく、SiCの高い熱伝導率を活かして、円筒型SiCブロックに複数の熱交換流路穴を設け、これを1ユニットとして、直列・並列に接続することで大型化を図る新しい熱交換器の概念を構築した。本書は当該概念の成立性を確認する目的で行った硫酸分解器構造のSiCセラミック伝熱ブロックの設計と硫酸分解器主要構造部の試作の詳細について報告するものである。

Thermo-chemical IS process produces large amount of hydrogen effectively. Since the IS process uses strong acids such as sulfuric acid and hydriodic acid, it is necessary to develop large-scale chemical reactors featuring materials that exhibit excellent heat and corrosion resistance. A sulfuric acid decomposer is one of the key components of the IS process. The decomposer is exposed to severe corrosion condition of sulfuric acid boiling flow, where only the SiC ceramics shows good corrosion resistance. However, at the current status, it is very difficult to manufacture the large-scale SiC ceramics structure required in the commercial plant. Therefore, we devised a new concept of the decomposer, which featured a counter flow type heat exchanger consisting of cylindrical blocks made of SiC ceramics. This paper describes results of the design work and the test-fabrication study of the sulfuric acid decomposer, which was carried out in order to confirm its feasibility.