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論文

IS process hydrogen production test for components and system made of industrial structural material, 2; H$$_{2}$$SO$$_{4}$$ decomposition, HI distillation, and HI decomposition section

野口 弘喜; 竹上 弘彰; 上地 優; 田中 伸幸; 岩月 仁; 笠原 清司; 久保 真治

Proceedings of 8th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2016) (CD-ROM), p.1029 - 1038, 2016/11

原子力機構では、高温ガス炉の核熱利用技術として熱化学法ISプロセスの研究開発を行っている。工業材料を用いて100L/h規模の連続水素製造試験装置を製作した。初めに、本試験装置の各機器の機能確認を行うため、5つに分割された工程毎に試験を実施した。本報告では、5工程のうち、硫酸分解工程、HI蒸留工程及びHI分解工程の結果を示した。硫酸分解工程では、硫酸分解器による硫酸分解反応試験を行い、酸素製造量は供給硫酸量に比例することを示し、また、SO$$_3$$分解率は約80%であった。以上より、設計通りの性能を有していることを明らかにした。HI蒸留工程では、共沸以上のHIx水溶液を用いた蒸留試験を行い、塔頂から高濃度HI水溶液、塔底から共沸組成のHIx水溶液の生成を確認し、蒸留による分離が設計通りに行われていることを示した。HI分解工程では、HI分解器によるHI分解反応試験を行い、分解率約18%で安定した水素製造が可能であることを示し、設計通りの性能を有していることを示した。シリーズ(I)で示すブンゼン反応工程、HI濃縮工程の結果と合わせて、工程別試験を完了した。その後、これらの結果を基に、連続水素製造試験を実施し、8時間の水素製造に成功した。

論文

IS process hydrogen production test for components and system made of industrial structural material, 1; Bunsen and HI concentration section

田中 伸幸; 竹上 弘彰; 野口 弘喜; 上地 優; 岩月 仁; 会田 秀樹; 笠原 清司; 久保 真治

Proceedings of 8th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2016) (CD-ROM), p.1022 - 1028, 2016/11

原子力機構では、工業製材料を使用した100L/hr規模の連続水素製造試験装置を完成させた。連続水素製造試験に先立って、製作した各機器の機能確認を行うため、5つある工程の工程別試験をそれぞれ実施した。本発表では、5工程のうち、ブンゼン反応工程及びHI濃縮工程の結果を示した。ブンゼン反応工程では、供給された反応原料がブンゼン反応器において混合され、ブンゼン反応が進行しなければならない。反応原料のSO$$_{2}$$が全て溶液中に吸収されていることから、原料が確実に混合され、かつ、ブンゼン反応が速やかに進行していることを示し、ブンゼン反応器の機能が設計通りであることを明らかにした。HI濃縮工程では、製作した電解電気透析(EED)スタックを用いて、HI濃縮試験を実施した。その結果、既報の予測式に一致する濃縮性能を持つことを確認し、EEDスタックの機能確認を完了した。シリーズ(II)で示す硫酸工程, HI蒸留, HI分解工程の結果と合わせて、工程別試験を完了した。その後、これらの結果を基に、連続水素製造試験を実施し、8時間の水素製造に成功した。

論文

Effects of process parameters of the IS process on total thermal efficiency to produce hydrogen from water

笠原 清司; Hwang, G.*; 中島 隼人; Choi, H.*; 小貫 薫; 野村 幹弘

Journal of Chemical Engineering of Japan, 36(7), p.887 - 899, 2003/07

 被引用回数:50 パーセンタイル:12.44(Engineering, Chemical)

熱化学的水素製造プロセスであるISプロセスについて熱効率に対する操作条件の影響を評価した。HI濃縮に電気透析(EED)セル,HIの分解反応にメンブレンリアクターを適用した。4つの操作条件(HI分解反応器の転化率,HI蒸留塔の還流比,HI蒸留塔の圧力,及びEEDセル直後のHI濃度)の感度解析を行った。EEDセル直後HI濃度が熱効率に最も大きい影響があり、熱効率が13.3%変動した。他の操作条件の熱効率への影響は2%以下であった。プロセスの非理想性(EEDセルの電気エネルギーロス,熱交換器のロス,及び排熱からの電力回収におけるロス)の影響が評価された。EEDセルのロスによる熱効率の損失は11.4%だった。熱交換器のロスによって熱効率は5.7%減少した。電力回収のロスは6.3%効率を低下させた。装置が改良された後には、最大の熱効率を得るためにEEDセル直後HI濃度のような操作条件を最適化すべきである。EEDセル,熱交換器及び排熱回収を理想的に行った条件の下では、操作条件を最適化したプロセスの熱効率は56.8%であった。

論文

Preliminary process analysis for the closed cycle operation of the iodine-sulfur thermochemical hydrogen production process

桜井 誠*; 中島 隼人; 小貫 薫; 池野谷 和彦*; 清水 三郎

International Journal of Hydrogen Energy, 24(7), p.603 - 612, 1999/00

熱化学水素製造ISプロセスにおいて、プロセスの閉サイクル化を実現するための予備的検討を行った。ブンゼン反応生成物の硫酸相とポリヨウ化水素酸相(HI$$_{x}$$相)の2液相分離特性を0$$^{circ}$$Cにおいて測定した。その測定データを用いて、系内のHI$$_{x}$$蒸留塔における出口溶液であるHI溶液とI$$_{2}$$溶液がプロセス内に及ぼす影響を検討した。HI$$_{x}$$蒸留塔出口溶液の変動は、2液相分離器内の組成に影響を及ぼすことがわかり、その影響について評価を行った。また、その検討、評価結果に基づいて、閉サイクル運転のための計測、制御法などについての考察も加えた。

論文

熱化学法ISプロセスの閉サイクル連続水素製造試験

中島 隼人; 池野谷 和彦*; 小貫 薫; 清水 三郎

化学工学論文集, 24(2), p.352 - 355, 1998/00

 被引用回数:38 パーセンタイル:14.4(Engineering, Chemical)

実験室規模の装置を用いて、熱化学水素製造法ISプロセスの閉サイクル連続水素製造試験を行った。酸生成反応、二液相分離、酸分解反応等に関する実験結果を考慮して全系物質収支を定めた。水素製造速度1.2dm$$^{3}$$(S,T,P)/hのもとで24時間の連続運転試験を行った結果、量論比の水素と酸素を安定に発生させることができた。運転の前後における循環溶液組成はほとんど変化しなかった。

論文

硫酸沸騰環境におけるFe-Si合金の耐食性

井岡 郁夫; 小貫 薫; 二川 正敏; 栗木 良郎*; 名越 正泰*; 中島 隼人; 清水 三郎

材料, 46(9), p.1041 - 1045, 1997/09

95wt%硫酸及び50wt%硫酸の沸騰環境におけるFe-Si合金の腐食挙動を調べた。合金の耐食性は、硫酸組成に応じて特定のSi含有量にて急変した。合金を不働態化するために必要な臨界組成は、95wt%硫酸では9~10%Si,50wt%硫酸では12~15%Siの範囲に存在する。耐食性合金表面に形成される酸化皮膜をオージェ分光及びX線回折により調べた結果、皮膜は非晶質のSiO$$_{2}$$から成り、酸化性の95wt%硫酸中で生成する場合はSを含み、還元性の50wt%硫酸中で生成する場合はSを含まないことが判明した。皮膜成長速度は、母材のSi含有量と硫酸濃度に大きく依存した。

論文

熱化学分解サイクルによる水素製造プロセスの研究

桜井 誠*

水素エネルギーシステム, 22(2), p.74 - 75, 1997/00

熱化学分析水素製造プロセスの説明、当研究室で研究を続けているISプロセスの説明、ISプロセスのこれまでの研究の概要、さらには今後の研究課題について簡単に紹介した。

論文

Laboratory scale demonstration of CIS process

清水 三郎; 小貫 薫; 中島 隼人; 池添 康正; 佐藤 章一

Int.J.Hydrogen Energy, 12(10), p.687 - 691, 1987/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:53.7

熱化学水素製造CISプロセスのサイクル実証試験のために実験室規模装置を設計、製作し、さらに装置の運転を実施した。この装置を用い、CISプロセスを構成する6反応のうち、4反応を逐次的に行うことが出来た。メタノール0.1モル/回を原料とする運転を行い、メタン及び酸素への転化率として63-80%を得た。反応自体あるいは生成物の輸送と分離に特別な困難なく、12回の運転が達成できた。メタンと酸素の積算製造量は、それぞれ、20.9lと10.4lである。全運転の終了後、少量の炭素質沈殿と硫黄の析出が観測された。

報告書

閉サイクル水素製造法の研究,5; 1980年度

佐藤 章一; 池添 康正; 諏訪 武; 清水 三郎; 中島 隼人; 小貫 薫

JAERI-M 9724, 128 Pages, 1981/10

JAERI-M-9724.pdf:3.66MB

核エネルギーによる閉サイクル水素製造プロセスに関して、昭和55年度に行った研究について報告した。熱化学法の研究では、ニッケル・沃素・硫黄を用いるプロセス(NISプロセス)について、沃化ニッケルと硫酸ニッケルの含水塩と無水塩の分解平衡圧の測定、沃化ニッケル無水塩の熱分解速度の測定、三酸化硫黄の触媒による分解など、プロセスに含まれる主要ステップの平衡、速度の測定を行った。メタノールを用いた新プロセスについて、予備的に検討した。放射線化学法の研究では、炭酸ガス分解反応における逆反応機構の研究、特にイオン反応に対する水と一酸化炭素を含むイオン種の影響について研究した。使用済核燃料の線源利用の文献調査結果についても述べた。

報告書

閉サイクル水素製造法の研究,4; 1978,1979年度

佐藤 章一; 池添 康正; 清水 三郎; 中島 隼人

JAERI-M 8828, 52 Pages, 1980/04

JAERI-M-8828.pdf:2.24MB

核エネルギーによる閉サイクル水素製造法について、昭和53年、54年度に行った研究について報告した。ニッケル、沃素、硫黄を用いた熱化学プロセスに関しては、硫酸ニッケルの熱分解、沃化ニッケルと硫酸ニッケルの脱水の速度、ならびにニッケル塩の含火エタノール中への溶解度などを研究した。本プロセスプラントの概念設計結果から、総合熱効率34%が期待され、エタノール抽出条件の変更などにより36%まで上昇が予想された。新しい熱化学プロセス、関連反応の熱力学的検討、一酸化炭素転化反応の実験についても述べた。放射線科学法の研究では、二酸化窒素とプロパンを添加物とする炭素ガス分解を研究した。炭酸ガスと水の放射線分解について、エネルギー変換効率を議論した。

報告書

閉サイクル水素製造法の研究III (1977年度)

佐藤 章一; 池添 康正; 清水 三郎; 中島 隼人; 小林 敏明

JAERI-M 7927, 43 Pages, 1978/10

JAERI-M-7927.pdf:1.33MB

核エネルギーによる閉サイクル水素製造プロセスに関する昭和52年度の研究プログレスレポートである。熱化学プロセスでは、炭酸セリウム(III)を中間反応物質とする8段反応の実行可能なプロセスを見出した。また炭酸ガスを高温で塩化鉄(II)または沃化鉄(II)と反応させて一酸化炭素を得る反応を用いて、別の実験的に可能な4段または5段の反応プロセスを見出した。さらに、硫黄サイクルの改良プロセスとして、溶媒抽出によるニッケル回収率70-80%を仮定すると、高燃焼熱基準熱効率か30-40%となる。放射線化学プロセスでは、炭酸ガスにプロパンまたは二酸化窒素を添加して、放射線照射したときの反応機構について検討した。

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