熱化学水素製造法ISプロセスに用いるSiCの構造設計手法案

Study on structural design technique of silicon carbide applied for thermochemical hydrogen production IS process

竹上 弘彰 ; 石倉 修一*; 寺田 敦彦  ; 稲垣 嘉之

Takegami, Hiroaki; Ishikura, Shuichi*; Terada, Atsuhiko; Inagaki, Yoshiyuki

熱化学法ISプロセスは硫酸の高温熱反応とヨウ素の化学反応サイクルを利用した水素製造プロセスであり、製造設備は高温かつ腐食性の環境に耐える設計が要求される。特に、ISプロセスの主要機器の一つである硫酸分解器は、90wt%の濃硫酸を高温ヘリウムにより加熱して蒸発させ硫酸蒸気を生成させるとともに、一部をSOに分解して次の工程であるSO分解器に供給する重要機器である。濃硫酸を蒸発させる熱交換器部は4MPaの高圧ヘリウムを内蔵するために耐圧構造とする必要があり、かつ700C以上の高温と腐食環境に耐えうる材料として現状では炭化ケイ素セラミックス(SiC)が最も優れた材料である。熱交換器となるセラミックブロックは、外側に位置する耐圧金属容器に格納される構造となっており、仮に内部でセラミックブロックが破損しても、硫酸等の流体が外部には漏れない構造となっている。しかしながら、セラミックスを構造部材として使用する場合に手引きとなる統一された構造設計手法が規格・基準として整備されていない。本報告書は、既存の構造設計基準類を参考に、ISプロセスに用いるSiCの材料強度特性を考慮した構造設計手法案を提案したものである。

The IS process is the hydrogen production method which used the thermochemical reaction cycle of sulfuric acid and iodyne. The sulfuric acid decomposer, which is one of the important equipment of the IS process, is the equipment to heat with hot helium and for the sulfuric acid of 90 wt% to evaporate. The heat exchanger is required to be pressure-resistant structure because it uses high-pressure helium of 4 MPa, and the material is required to have heat resistance and corrosion resistance with high temperature sulfuric acid more than 700 C. Therefore, silicon carbide (SiC) was selected from the corrosion experiment as the most excellent material. However, the structure design technique of ceramics structures is not serviced as the standard. In this report, the structural design technique was studied by the material strength characteristic of the ceramics into consideration.