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論文

Comparison of experimental and simulation results on catalytic HI decomposition in a silica-based ceramic membrane reactor

Myagmarjav, O.; 田中 伸幸; 野村 幹弘*; 久保 真治

International Journal of Hydrogen Energy, 44(59), p.30832 - 30839, 2019/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:70.22(Chemistry, Physical)

In this study, the catalytic decomposition of hydrogen iodide was theoretically and experimentally investigated in a silica-based ceramic membrane reactor to assess the reactors suitability for thermochemical hydrogen production. The silica membranes were fabricated by depositing a thin silica layer onto the surface of porous alumina ceramic support tubes via counter-diffusion chemical vapor deposition of hexyltrimethoxysilane. The performance of the silica-based ceramic membrane reactor was evaluated by exploring important operating parameters such as the flow rates of the hydrogen iodide feed and the nitrogen sweep gas. The influence of the flow rates on the hydrogen iodide decomposition conversion was investigated in the lower range of the investigated feed flow rates and in the higher range of the sweep-gas flow rates. The experimental data agreed with the simulation results reasonably well, and both highlighted the possibility of achieving a conversion greater than 0.70 at decomposition temperature of 400$$^{circ}$$C. Therefore, the developed silica-based ceramic membrane reactor could enhance the total thermal efficiency of the thermochemical process.

論文

Hydrogen production tests by hydrogen iodide decomposition membrane reactor equipped with silica-based ceramics membrane

Myagmarjav, O.; 田中 伸幸; 野村 幹弘*; 久保 真治

International Journal of Hydrogen Energy, 42(49), p.29091 - 29100, 2017/12

 被引用回数:10 パーセンタイル:50.46(Chemistry, Physical)

熱化学水素製造法ISプロセスにおいて水素生成する反応であるHI分解反応の分解率を向上させるため、水素分離膜を用いた膜反応器の適用を検討している。本研究では、高性能な水素分離膜を開発するため、HTMOSをシリカ源に用い$$alpha$$-アルミナ基材上に対向拡散CVD法を用いて製膜したシリカ膜の性能を調べた。$$alpha$$-アルミナに直接製膜した膜よりも$$gamma$$-アルミナをコーティングした$$alpha$$-アルミナ基材上に製膜した膜の方が、高い水素透過性を示すこと、および、450$$^{circ}$$Cの製膜条件で高い水素選択性ならびに水素透過性が得られることを見い出した。さらに、製膜した膜を適用した膜反応器において、HI分解反応を行い、平衡分解率(20%)を超える0.48の水素転化率を得ることができた。

論文

Preparation of an H$$_{2}$$-permselective silica membrane for the separation of H$$_{2}$$ from the hydrogen iodide decomposition reaction in the iodine-sulfur process

Myagmarjav, O.; 池田 歩*; 田中 伸幸; 久保 真治; 野村 幹弘*

International Journal of Hydrogen Energy, 42(9), p.6012 - 6023, 2017/03

 被引用回数:12 パーセンタイル:43.52(Chemistry, Physical)

A high performance hydrogen-permselective silica membrane derived from hexyltrimethoxysiline (HTMOS) Si-precursor was developed to enhance chemical equilibrium ratio of hydrogen iodide (HI) decomposition in thermochemical water-splitting iodine-sulfur (IS) process. The silica membrane, called the HTMOS membrane, was prepared via a counter diffusion chemical vapor deposition method. The HTMOS membrane prepared at an optimal condition of 450$$^{circ}$$C within 5 min showed highest H$$_{2}$$ permeance of the order of 10$$^{-7}$$ mol Pa$$^{-1}$$ m$$^{-2}$$ s$$^{-1}$$ with a H$$_{2}$$/SF$$_{6}$$ selectivity of 276. It was found that the HTMOS membrane was stable in HI exposure at 400$$^{circ}$$C during 8 h and its HI permeance was the order of 10$$^{-10}$$ mol Pa$$^{-1}$$ m$$^{-2}$$ s$$^{-1}$$. It was demonstrated that the newly developed the HTMOS membrane could be a promising candidate for HI decomposition membrane reactor at working temperature of around 400$$^{circ}$$C.

論文

Stability of a silica membrane prepared by CVD using $$gamma$$- and $$alpha$$-alumina tube as the support tube in the Hi-H$$_{2}$$O gaseous mixture

Hwang, G.*; Kim, J.*; Choi, H.*; 小貫 薫

Journal of Membrane Science, 215(1-2), p.293 - 302, 2003/04

 被引用回数:15 パーセンタイル:42.2

熱化学水素製造法ISプロセスへの応用を目的として、CVD法によって作製したシリカ系水素分離膜のHi-H$$_{2}$$O気相環境における安定性を調べた。平均細孔径10nmの$$gamma$$-アルミナ多孔体、また、平均細孔径100nmの$$alpha$$-アルミナ多孔体を基膜として、TEOSを前駆体とするCVDによって、シリカ膜を作製し、450$$^{circ}$$C,1気圧の条件下で、Hi-H$$_{2}$$O混合ガス雰囲気に約350時間暴露した。CVD条件を変えて数種の膜を作製したが、多くの膜は、暴露時間の経過とともに水素透過速度の増大と水素選択性の低下を示した。しかし、$$alpha$$アルミナを基体とする膜は、$$gamma$$アルミナを基体とする膜に比べて透過特性の変化が少なく、比較的高い安定性を示した。

論文

Simulation study on the catalytic decomposition of hydrogen iodide in a membrane reactor with a silica membrane for the thermochemical water-splitting IS process

Hwang, G.; 小貫 薫

Journal of Membrane Science, 194(2), p.207 - 215, 2001/12

 被引用回数:52 パーセンタイル:12.51(Engineering, Chemical)

熱化学法ISプロセスの水素発生工程の高効率化を目的として、膜反応器によるヨウ化水素接触分解反応に関する理論的検討を行った。解析にあたり、H$$_{2}$$及びHIの透過係数は、試作したシリカ膜における実測値を用いた。実測困難なI$$_{2}$$の透過係数については、H$$_{2}$$/I$$_{2}$$選択性が分解率に及ぼす影響を調べて評価した。検討の結果、90%以上のヨウ化水素分解率の得られる条件が存在することを明らかにした。さらに、反応部体積と膜面積との比,無次元長さなどの反応器パラメータと分解率との関係を明らかにし、その結果をもとに膜反応器の設計指針を論じた。

論文

Separation of hydrogen from H$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI gaseous mixture using a silica membrane

Hwang, G.; 小貫 薫; 清水 三郎

AIChE Journal, 46(1), p.92 - 98, 2000/01

 被引用回数:38 パーセンタイル:19.59(Engineering, Chemical)

熱化学法ISプロセスのヨウ化水素分離反応への適用を目的として、CVD法によりシリカ膜を作製し、H$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI混合ガスからの水素分離特性を評価した。平均孔径10mmの細孔を有する多孔質アルミナ管に、TEOSを原料とするCVD法によりシリカ被覆処理を施して、有効膜長20mm(S膜)及び100mm(L膜)の分離膜を試作した。試作に際して、シリカ蒸着量の制御により細孔閉塞度を制御して、低いHI透過速度及び高いH$$_{2}$$透過速度を発現させることを試みた。He/N$$_{2}$$選択性を指標としてシリカ蒸着量を制御した結果、600$$^{circ}C$$においてH$$_{2}$$/N$$_{2}$$選択性が53,9.2,4.1,135,6.6を示す膜(S1,S2,S3,L1,L2)を得た。300~600$$^{circ}C$$におけるH$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI混合ガス分離実験の結果、水素透過速度に対する共存ガスの影響は小さくないこと、また、H$$_{2}$$/H$$_{2}$$O及びH$$_{2}$$/HI分離係数がそれぞれ3及び150以上であることを明らかにした。特に、S3膜は、10$$^{-7}$$mol/Pa・m$$^{2}$$・sオーダーの水素透過速度を有し、かつ、450$$^{circ}C$$において高いH$$_{2}$$/HI分離係数(650)を示した。

論文

Hydrogen separation in H$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI gaseous mixture using the silica membrance prepared by chemical vapor deposition

Hwang, G.*; 小貫 薫; 清水 三郎; 大矢 晴彦*

J. Membr. Sci., 162(1-2), p.83 - 90, 1999/00

 被引用回数:62 パーセンタイル:8.99(Engineering, Chemical)

熱化学ISプロセスにおけるHI分解への適用のため、セラミックスを基膜とする水素分離膜を作製した。膜は、100nm(M1)と10nm(M2)の細孔径を有するアルミナ多孔質チューブを基膜として用い、TEOSを反応原料とする化学蒸着法により作製した。He,N$$_{2}$$,H$$_{2}$$の純ガス透過実験は、300~600$$^{circ}$$Cの範囲で行った。HeとN$$_{2}$$ガスは、細孔が析出するシリカによって閉塞されたため、活性化拡散機構により流れた。作製した膜の600$$^{circ}$$Cにおける水素ガス透過速度は、約6$$times$$10$$^{-9}$$mol/Pa・m$$^{2}$$・sであった。H$$_{2}$$/N$$_{2}$$の選択性はM1とM2膜でそれぞれ5.2と160を示した。H$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI混合ガス分離実験を300~600$$^{circ}$$C範囲で行った。水素の透過速度は水素単独に用いた場合とほぼ同等であり、HI透過速度は1$$times$$10$$^{-11}$$mol/Pa・m$$^{2}$$・s以下であった。450$$^{circ}$$CにおけるH$$_{2}$$-H$$_{2}$$O-HI(モル比0.23:0.65:0.12)混合ガスでの膜の水素透過速度は、一日後でも変化しなかった。

報告書

ISプロセス高効率化のための水素分離膜に関する研究; 多孔質$$alpha$$-アルミナチューブを基膜とした製膜方法

Hwang, G.*; 小貫 薫; 清水 三郎

JAERI-Research 98-002, 8 Pages, 1998/01

JAERI-Research-98-002.pdf:0.53MB

ISプロセスの水素発生工程におけるヨウ化水素分解の高効率化のため、水素分離膜の製作技術の研究を行った。細孔径100nmと10nmの$$alpha$$ーアルミナチューブを基膜として用い、TEOSを原料とする化学蒸着法(CVD)によりシリカを析出させる方法で水素分離膜を製膜した。製作した水素分離膜では、シリカにより細孔が緻密に閉塞され、ガスは活性化拡散機構により透過した。600$$^{circ}$$Cにおける窒素に対する水素の選択性は、細孔径が100nmの基膜の場合5.2,細孔径が10nmの基膜の場合160を示した。

論文

Gas permeation through CVD modified anodic alumina membrane

小貫 薫; 名越 正泰*; 中島 隼人; 清水 三郎

J. Chem. Eng. Jpn., 30(2), p.359 - 362, 1997/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.91(Engineering, Chemical)

多孔質陽極酸化アルミナ膜の表面をテトラエチルオルソシリケートの熱分解を利用した化学蒸着法により修飾した。反応は酸素共存下、380$$^{circ}$$Cにて行った。得られた膜は、He及びH$$_{2}$$に対して高い選択的透過性を示した。透過速度は高温ほど増大し、He及びH$$_{2}$$の100~315$$^{circ}$$Cにおける見かけの活性化エネルギーは各々12及び13kJ・mol$$^{-1}$$であった。315$$^{circ}$$CにおけるHe及びH$$_{2}$$の透過速度は各々2$$times$$10$$^{-8}$$及び7$$times$$10$$^{-9}$$mol・m$$^{-2}$$・s$$^{-1}$$・Pa$$^{-1}$$であり、N$$_{2}$$の透過速度は1$$times$$10$$^{-11}$$mol・m$$^{-2}$$・s$$^{-1}$$・Pa$$^{-1}$$以下であった。SEM観察、EDX及びXPS分析の結果、蒸着は細孔内部にて進行しており、蒸着物はケイ素酸化物と炭素から成ることが認められた。蒸着量は細孔表面にて最も多く、細孔内部にて緩やかに減少した。表面から約50$$mu$$mの深さまで蒸着物の存在が認められたが、ガス透過選択性の発現に寄与する比較的ち密な蒸着層の厚さは数$$mu$$m程度と考えられた。

口頭

Development of a silica membrane for H$$_{2}$$ production from HI decomposition in the IS process

Myagmarjav, O.; 池田 歩*; 野村 幹弘*; 久保 真治

no journal, , 

熱化学水素製造法ISプロセスにおけるHI分解反応のワンパス分解率を向上させるため、水素選択透過性シリカ膜の開発を行った。対向拡散CVDを用い、多孔質アルミナを基材(直径10mm)とした水素分離膜を作製した。H$$_{2}$$ガス, H$$_{2}$$ガスおよびSF$$_{6}$$を用いたガス透過試験により、CVDプロセス中の製膜条件(窒素ガス流量,酸素ガス流量)が膜性能(選択率)に関連すること明らかにし、製膜条件の最適化により膜性能が向上する可能性を示した。

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