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JAEA's R&D on the thermochemical hydrogen production IS process

原子力機構における熱化学的水素製造ISプロセスの研究開発

笠原 清司; 田中 伸幸; 野口 弘喜; 岩月 仁; 竹上 弘彰; Yan, X.; 久保 真治

Kasahara, Seiji; Tanaka, Nobuyuki; Noguchi, Hiroki; Iwatsuki, Jin; Takegami, Hiroaki; Yan, X.; Kubo, Shinji

原子力機構は、高温ガス炉の熱利用法の一つとして、熱化学的に水を分解して水素を製造するISプロセスの研究を行っている。本稿では原子力機構における近年のISプロセス研究開発を概説する。工業材料製のブンゼン反応器、硫酸分解器、HI分解器試験装置を個別して作成し、健全性を確証する試験を行っている。ブンゼン反応器ではセミバッチ試験、熱サイクル試験を行った。現在、バイヨネット型硫酸分解器とラジアルフロー型HI分解断熱反応器の試験を行っている。加えて、ISプロセス全体の機器健全性および連続的水素製造を検証するため、連続水素製造試験装置を作成した。本装置は工業材料製で、設計水素製造量は200NL/hである。また、HI濃縮のための電解電気透析(EED)セルを組み込んでいる。ISプロセスの水素製造熱効率を推算する基本データとなるEEDセルの性能を実験的に得た。それにより、温度、溶液組成、不純物の存在がセル性能に及ぼす影響を評価した。この結果をプロセスフロー計算に反映させることにより、HI分離工程の投入熱量を削減できることを示した。

Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has studied iodine-sulfur (IS) process, a thermochemical cycle to produce hydrogen by water splitting. This process is a candidate application of high temperature heat from high temperature gas-cooled reactors (HTGRs). This paper outlines the IS process study in JAEA, in particular recent situation of the R&D. Reactor components and a total process facility are tested to evaluate their integrity. A Bunsen reactor, a H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ decomposer and a HI decomposer made of industrial materials have been examined separately as reactor components. A semi-batch test and a thermal cycle test were operated in the Bunsen reactor. H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ decomposition test is in a bayonet type reactor and HI decomposition test in an adiabatic radial flow type reactor are now under way. An experimental apparatus of the total IS process has just been constructed to verify integrity of process components and continuous hydrogen production. Electro-electrodialysis (EED) cells to concentrate HI before distillation is applied in the facility. Performance data of EED cells has been collected aiming to estimate H$$_{2}$$ production thermal efficiency. Influence of temperature, composition in solution and existence of impurities on the cell properties has been investigated. Reduction of heat input to HI separation step by applying the results of the study was shown by a process flow simulation.

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