JP2004284836A

JP2004284836A - 水素水和物による水素貯蔵方法及び輸送方法

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Publication number: JP2004284836A
Application number: JP2003076020A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ochiai; 淳一落合; Yasuhiko Mori; 康彦森; Shigeo Tomura; 重男戸村; Osamu Saida; 治斉田; Katsumi Takahashi; 克巳高橋; Masato Oguma; 正人小熊; Kazuo Miyoshi; 一雄三好; Kenji Fuchigami; 健児渕上
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】従来から用いられている技術を用いて水素を容易且つ安全に貯蔵及び輸送できるようにする。
【解決手段】水１と氷２と水素３とが混合された三相混合物Ｘを約２０００気圧の圧力、約−２５℃の温度の生成条件に保持することにより水中に水素水和物を生成させ、水素水和物混合水６から水１を除去することにより水素水和物８を分離し、水素水和物８をほぼ大気圧、約−１２５℃の貯蔵条件で貯蔵する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新エネルギとして今後利用の拡大が期待される水素を安定して貯蔵及び輸送するための水素水和物による水素貯蔵方法及び輸送方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、新たなエネルギとして注目されている水素の製造には、水を電気分解して水素を製造する方法、バイオマスから水素を製造する方法、或いは、メタンを改質して水素を製造する方法などの種々の方法が研究されている。
【０００３】
そして、このようにして製造された水素を貯蔵するには、水素を圧縮して高圧水素として圧力容器に貯蔵する方法、液化装置により水素を液化して液化水素として貯蔵する方法、或いは、水素吸蔵合金、炭素系材料（カーボンナノチューブ等）、ケミカルハイドライト（ベンゼン・シクロヘキサン）等の水素取込み物質に取込んで貯蔵する方法等が提案されている。
【０００４】
しかしながら、上記した水素を単に圧縮して圧力容器に貯蔵する方法では、比重が小さい水素を多量に貯蔵するために高圧で圧縮して貯蔵する必要があるが、大型の圧力容器を用いて高圧水素を大量に貯蔵することは技術面、安全面で難しい点が多く、このために高圧水素は小型の圧力容器に小容量ずつしか貯蔵することができない。また、上記した圧力容器は一般に高価である問題がある。更に、高圧に圧縮した水素は、取扱い時に漏洩の問題が生じ易く、高圧水素の漏洩を防止して安全且つ容易に取り扱えるようにすることは技術的に大変難しい。
【０００５】
また、水素を液化水素として貯蔵する方法では、先ず、水素を超高圧力に圧縮して液化するための液化装置が必要であるが、液化装置は多段且つ複雑な構成を有して非常に高価になる問題がある。更に、液化水素を貯蔵するには、−２５３℃という低い温度を保持できる極低温容器、冷凍設備及び複層構造の断熱装置を用いる必要があり、設備が複雑且つ大型になる問題がある。また、液化水素を目的地に輸送する場合には、上記極低温容器と同様の冷凍、断熱構造を備えた容器等を用いる必要があるために簡単には輸送できない問題がある。
【０００６】
また、水素吸蔵合金或いはその他の吸蔵物質に水素を取込んで貯蔵する方法においては、吸蔵物質に吸蔵した水素を取り出して目的地に輸送する際には水素を圧縮して体積を減少させる必要があるが、この場合にも圧力容器が必要となって装置が高価になる問題がある。更に、このように高圧に圧縮した水素は取扱い時に漏洩の問題が生じ易く、高圧水素の漏洩を防止して安全且つ容易に取り扱えるようにすることは技術的に大変難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記において、水素を水素水和物として取り扱うことができれば、従来の技術で容易且つ安全に水素の貯蔵、輸送が行えるようになるが、従来にはこのような水素水和物による水素貯蔵方法及び輸送方法は存在しない。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みてなしたものであり、従来から用いられている技術を用いて水素を容易且つ安全に貯蔵及び輸送し得るようにした水素水和物による水素貯蔵方法及び輸送方法を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、水と氷と水素とが混合された三相混合物を約２０００気圧の圧力、約−２５℃の温度の生成条件に保持することにより水中に水素水和物を生成させ、水素水和物混合水から水を除去することにより水素水和物を分離し、該水素水和物をほぼ大気圧、約−１２５℃の貯蔵条件で貯蔵することを特徴とする水素水和物による水素貯蔵方法、に係るものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記三相混合物の氷は、水素水和物生成時の生成熱を除去することを特徴とする請求項１に記載の水素水和物による水素貯蔵方法、に係るものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、水を２０００気圧以上に圧縮した後、約２０００気圧に減圧することによって水中に氷を生成させ、この氷を含有する水に水素を混入して得た三相混合物により水素水和物を生成させることを特徴とする請求項１または２に記載の水素水和物による水素貯蔵方法、に係るものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、氷を含有する水に、約２０００気圧に圧縮した水素を混合して得た三相混合物により水素水和物を生成させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の水素水和物による水素貯蔵方法、に係るものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記水素水和物混合水から水を除去して得られた水素水和物を粉砕することにより水素水和物の流動性を高めて貯蔵することを特徴とする請求項１に記載の水素水和物による水素貯蔵方法、に係るものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載の水素水和物の貯蔵方法によって貯蔵された水素水和物は、水素水和物に液体窒素を混合した混合スラリーとしてほぼ大気圧、約−１９６℃の輸送条件を保持して輸送されることを特徴とする水素水和物による水素輸送方法、に係るものである。
【００１５】
上記手段によれば、以下のように作用する。
【００１６】
請求項１に記載の発明では、水と氷と水素とが混合された三相混合物を約２０００気圧の圧力、約−２５℃の温度の生成条件に保持すると、水中に水素水和物（クラスレイト化合物）が生成する。この水素水和物は固体状であって安定しており、前記水素水和物混合水から水を除去して得られた水素水和物は、ほぼ大気圧、約−１２５℃の貯蔵条件において安定して貯蔵することができる。前記三相混合物を約２０００気圧の圧力、約−２５℃の温度に保持する生成条件は、従来から行われている技術で容易に可能であり、これによって水素水和物の生成を容易に可能にできる。また、生成した水素水和物を貯蔵するためのほぼ大気圧、約−１２５℃の貯蔵条件も従来から行われている技術で容易に可能であり、よって従来のように水素を高圧に圧縮して圧力容器で貯蔵する方法や、液体水素にして極低温で貯蔵する方法における問題を有することなしに、水素を水素水和物として容易且つ安全に貯蔵することができる。
【００１７】
このとき、貯蔵容器はほぼ大気圧での貯蔵が可能であるので、大型の貯蔵容器によって大量の水素水和物を貯蔵することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、前記三相混合物の氷を、水素水和物生成時の生成熱を除去できる量だけ存在させることによって、水素水和物生成時の生成熱を水素水和物の生成系内において除去することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、水を２０００気圧以上に圧縮した後、約２０００気圧に減圧することによって水中に氷を生成させ、この氷が含有した水に水素を混入することによって得た三相混合物により水素水和物を生成することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、氷を含有する水に、予め約２０００気圧に圧縮した水素を混合することによって得た三相混合物により水素水和物を生成することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明では、前記水素水和物混合水から水を除去して得られた水素水和物を粉砕することによって、水素水和物の流動性を高めた状態で貯蔵することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５に記載の水素水和物の貯蔵方法によって貯蔵された水素水和物は、水素水和物に液体窒素を混合して混合スラリーとし、ほぼ大気圧、約−１９６℃の輸送条件を保持することにより安定して輸送することができ、従って上記混合スラリーは従来のタンクローリ等の一般的な技術を用いて容易に輸送することができる。
【００２３】
更に、混合スラリーによる水素水和物の輸送は、ほぼ大気圧で輸送が可能であるので、漏洩などの問題を生じさせることなく水素水和物を安全に輸送することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は本発明の水素水和物による水素貯蔵方法及び輸送方法の形態の一例を示すブロック図であり、図１において、Ｘは水１と氷２と水素３を混合した三相混合物であり、この三相混合物Ｘを三相混合圧縮機４により約２０００気圧の圧力で圧縮し、続いてこの圧縮した三相混合物Ｘを冷却装置５により約−２５℃に冷却する。このように、水１と氷２と水素３とからなる三相混合物Ｘを、約２０００気圧の圧力、約−２５℃の温度の生成条件に保持することによって、まず水中に水素水和物を生成させる。これにより水素水和物混合水６が得られる。
【００２６】
図２は三相混合物Ｘによる水素水和物の圧力温度平衡曲線図であり、図２によれば、約２０００気圧（２００ＭＰａ）の圧力に保持すると約−２５℃の温度で水素水和物が生成されることが分かる。
【００２７】
前記三相混合物Ｘに混合した氷２は、水素水和物生成時に生じる生成熱をその潜熱によって除去するよう作用する。従って、水素水和物生成時の生成熱を除去するのに適した量の氷２を三相混合物Ｘに存在させておくことが好ましい。
【００２８】
前記三相混合物Ｘを約２０００気圧の圧力に圧縮する三相混合圧縮機４には、往復ピストン式圧縮機或いはスクリュー式圧縮機等の従来から用いられている種々の圧縮装置を用いることができ、また約−２５℃の生成条件も従来から一般に用いられている冷却装置によって容易に達成できる。
【００２９】
上記したようにして水素水和物を生成させた水素水和物混合水６は、固液分離器７に導いて水１を除去することにより、水素水和物８を取り出す。このとき、固液分離器７によって分離される水１と水素水和物８は夫々前記約２０００気圧の圧力を保持できる弁装置９等を備えて取り出される。
【００３０】
前記固液分離器７で分離されて取り出された水素水和物８は、冷却粉砕器１０に導かれて粉砕され、これにより流動性が高められた後、貯蔵容器１１に供給されて貯蔵される。このとき、貯蔵容器１１は、ほぼ大気圧、約−１２５℃の温度の貯蔵条件を保持して水素水和物８を貯蔵するよう構成している。この貯蔵条件の保持により水素水和物８は安定して貯蔵される。このときの水素水和物８は約５重量％の水素を含有する。前記約−１２５℃の貯蔵条件は、従来から使用されている冷却装置を用いることによって容易に保持することができる。
【００３１】
上記した貯蔵容器１１は、ほぼ大気圧での貯蔵が可能であるので、大型の貯蔵容器１１によって大量の水素水和物８を貯蔵することができる。
【００３２】
前記貯蔵容器１１に貯蔵された水素水和物８を輸送するには、水素水和物８に液体窒素１２を混合することにより混合スラリー１３とし、この混合スラリー１３を例えばタンクローリ１４等の輸送手段によって輸送する。この輸送手段で輸送する際の混合スラリー１３は、ほぼ大気圧、約−１９６℃の輸送条件が保持できるように構成されている。この輸送条件を保持することによって水素水和物８は安定して輸送することができる。前記約−１９６℃とする混合スラリー１３の輸送条件は、従来からＬＮＧの輸送等に使用されている冷却装置を用いて容易に保持することができる。このとき、前記貯蔵容器１１に水素水和物８を貯蔵する時に予め液体窒素１２を混合して混合スラリー１３として貯蔵しておいてもよく、或いは図１に示したように貯蔵した水素水和物８を取出して輸送する時に液体窒素１２を混合して混合スラリー１３として輸送してもよい。
【００３３】
上記したタンクローリ１４等の輸送手段で輸送する際に、ほぼ大気圧での輸送が可能であるので、漏洩などの問題を生じさせることなく水素水和物８を安全に輸送することができる。
【００３４】
タンクローリ１４等の輸送手段によって目的場所まで輸送された混合スラリー１３は、窒素分離器１５に導かれて窒素ガス１６が分離された後、水素水和物８は水素分離器１７に導かれて水１が除去されることにより水素３が取出されて利用系１８に供給される。
【００３５】
図３は、前記水素水和物８を生成させる方法の他の形態を示したものであり、水１を水圧縮機１９によって２０００気圧以上、例えば２５００気圧に圧縮した後、減圧式流動性氷生成器２０に導いて約２０００気圧に減圧することによって水１中に氷２を生成させ、この氷２が含有した水１に水素３を混入することによって得られた三相混合物Ｘを、内部冷却式三相混合圧縮機２１により約２０００気圧、約−２５℃の生成条件に保持させて、水中に水素水和物８を生成させるようにしている。
【００３６】
図４は、前記水素水和物８を生成させる方法の更に他の形態を示したものであり、図３と同様に、水１を水圧縮機１９によって２０００気圧以上、例えば２５００気圧に圧縮した後、減圧式流動性氷生成器２０に導いて約２０００気圧に減圧することによって水１中に氷２を生成させ、この氷２が含有した水１に、水素３を予め水素圧縮機２２で約２０００気圧に圧縮して混合器２３で混合すると共に生成条件に保持させた三相混合物Ｘにより、水中に水素水和物８を生成させるようにしている。
【００３７】
以下に、上記形態例の作用を説明する。
【００３８】
図１の形態によれば、水１と氷２と水素３を混合した三相混合物Ｘを三相混合圧縮機４で約２０００気圧の圧力に加圧し、更にこの圧縮した三相混合物Ｘを冷却装置５で約−２５℃に冷却すると、水中に水素水和物が生成され、これにより水素水和物混合水６が得られる。このとき、前記三相混合物Ｘに混合した氷２は、水素水和物生成時に生じる生成熱をその潜熱によって除去するように作用する。
【００３９】
前記水素水和物は、既知のメタンハイドレイトと同様に、クラスレイト・ハイドレイト（ｃｌａｔｈｒａｔｅｈｙｄｒａｅ）と称される包接水和物として生成される。このように生成した水素水和物は、上記生成条件を保持することによって水素水和物の状態が安定に保持される。
【００４０】
尚、前記水素水和物を生成させる方法としては、前記図３に示した方法或いは図４に示した方法を用いてもよい。即ち、図３の方法では、水１を水圧縮機１９によって２０００気圧以上、例えば２５００気圧に圧縮した後、減圧式流動性氷生成器２０に導いて約２０００気圧に減圧することによって水１中に氷２を生成させ、この氷２が含有した水１に水素３を混入することによって得られた三相混合物Ｘを内部冷却式三相混合圧縮機２１によって約２０００気圧、約−２５℃の生成条件に保持することによって水中に水素水和物を生成させる。
【００４１】
また図４の方法では、図３の方法と同様に、水１を水圧縮機１９によって２０００気圧以上、例えば２５００気圧に圧縮した後、減圧式流動性氷生成器２０に導いて約２０００気圧に減圧することによって水１中に氷２を生成させ、この氷２が含有した水１に、水素３を予め水素圧縮機２２で約２０００気圧に圧縮して混合器２３で混合し、この三相混合物Ｘを生成条件に保持することにより水中に水素水和物を生成させる。
【００４２】
上記したように、水素水和物が生成された水素水和物混合水６は、固液分離器７に導かれて水１が除去されることによって水素水和物８が取り出され、更にこの水素水和物８は冷却粉砕器１０に導かれて粉砕されることにより流動性が高められた後、貯蔵容器１１に供給されて貯蔵される。このとき、貯蔵容器１１は、ほぼ大気圧で、約−１２５℃となる貯蔵条件を保持して水素水和物８を貯蔵するようにしており、これによって水素水和物８は安定して貯蔵される。
【００４３】
このとき、貯蔵容器１１はほぼ大気圧での貯蔵が可能であるので、大型の貯蔵容器１１によって大量の水素水和物８を貯蔵することができる。このとき、上記水素水和物８は約５重量％の水素を含有している。
【００４４】
また、前記したように貯蔵容器１１に供給する水素水和物８を粉砕して流動性を高めているので、水素水和物８を貯蔵容器１１から取出して輸送する場合などにおける取扱い性を向上させることができる。
【００４５】
上記したように、貯蔵容器１１に貯蔵された水素水和物８を輸送するには、水素水和物８に液体窒素１２を混合して混合スラリー１３とした状態で例えばタンクローリ１４等の輸送手段に供給する。このとき、タンクローリ１４等の輸送手段は、混合スラリー１３をほぼ大気圧、約−１９６℃の輸送条件に保持するようにしているので、この輸送条件が保持されることによって水素水和物８は安定して輸送することができる。このとき、水素水和物８は、液体窒素１２の混合によって冷却されると同時に流動性が高められることにより取扱い性が向上される。
【００４６】
上記したタンクローリ１４等の輸送手段での混合スラリー１３による水素水和物８の輸送は、ほぼ大気圧で可能であるので、漏洩などの問題を生じさせることなく水素水和物８を安全に輸送することができる。
【００４７】
タンクローリ１４等の輸送手段によって目的場所まで輸送された混合スラリー１３は、窒素分離器１５に導かれて窒素ガス１６が分離された後、水素水和物８は水素分離器１７に導かれて水１が除去されることにより水素３が取出されて利用系１８に供給される。
【００４８】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の生成条件、貯蔵条件、輸送条件を保持するために種々の圧縮機、冷却装置を適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
上記本発明によれば、以下のような優れた効果を奏し得る。
【００５０】
請求項１に記載の発明によれば、水と氷と水素とが混合された三相混合物を約２０００気圧の圧力、約−２５℃の温度の生成条件に保持すると、水中に水素水和物（クラスレイト化合物）が生成する。この水素水和物は固体状であって安定しており、前記水素水和物混合水から水を除去して得られた水素水和物は、ほぼ大気圧、約−１２５℃の貯蔵条件において安定して貯蔵することができる。前記三相混合物を約２０００気圧の圧力、約−２５℃の温度に保持する生成条件は、従来から行われている技術で容易に可能であり、これによって水素水和物の生成を容易に可能にできる。また、生成した水素水和物を貯蔵するためのほぼ大気圧、約−１２５℃の貯蔵条件も従来から行われている技術で容易に可能であり、よって従来のように水素を高圧に圧縮して圧力容器で貯蔵する方法や、液体水素にして極低温で貯蔵する方法における問題を有することなしに、水素を水素水和物として容易且つ安全に貯蔵することができる。
【００５１】
このとき、貯蔵容器はほぼ大気圧での貯蔵が可能であるので、大型の貯蔵容器によって大量の水素水和物を貯蔵することができる。
【００５２】
請求項２に記載の発明によれば、前記三相混合物の氷を、水素水和物生成時の生成熱を除去できる量だけ存在させることによって、水素水和物生成時の生成熱を水素水和物の生成系内において除去することができる。
【００５３】
請求項３に記載の発明によれば、水を２０００気圧以上に圧縮した後、約２０００気圧に減圧することによって水中に氷を生成させ、この氷が含有した水に水素を混入することによって得た三相混合物により水素水和物を生成することができる。
【００５４】
請求項４に記載の発明によれば、氷を含有する水に、予め約２０００気圧に圧縮した水素を混合することによって得た三相混合物により水素水和物を生成することができる。
【００５５】
請求項５に記載の発明によれば、前記水素水和物混合水から水を除去して得られた水素水和物を粉砕することによって、水素水和物の流動性を高めた状態で貯蔵することができる。
【００５６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５に記載の水素水和物の貯蔵方法によって貯蔵された水素水和物は、水素水和物に液体窒素を混合して混合スラリーとし、ほぼ大気圧、約−１９６℃の輸送条件を保持することにより安定して輸送することができ、従って上記混合スラリーは従来のタンクローリ等の一般的な技術を用いて容易に輸送することができる。
【００５７】
更に、混合スラリーによる水素水和物の輸送は、ほぼ大気圧で輸送が可能であるので、漏洩などの問題を生じさせることなく水素水和物を安全に輸送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水素水和物による水素貯蔵方法及び輸送方法の形態の一例を示すブロック図である。
【図２】三相混合物における水素水和物の圧力温度平衡曲線図である。
【図３】水素水和物を生成させる方法の他の形態を示すブロック図である。
【図４】水素水和物を生成させる方法の更に他の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１水
２氷
３水素
４三相混合圧縮機
５冷却装置
６水素水和物混合水
７固液分離器
８水素水和物
１０冷却粉砕器
１１貯蔵容器
１２液体窒素
１３混合スラリー
１９水圧縮機
２０減圧式流動性氷生成器
２１内部冷却式三相混合圧縮機
２２水素圧縮機
Ｘ三相混合物

Claims

水と氷と水素とが混合された三相混合物を約２０００気圧の圧力、約−２５℃の温度の生成条件に保持することにより水中に水素水和物を生成させ、水素水和物混合水から水を除去することにより水素水和物を分離し、該水素水和物をほぼ大気圧、約−１２５℃の貯蔵条件で貯蔵することを特徴とする水素水和物による水素貯蔵方法。
前記三相混合物の氷は、水素水和物生成時の生成熱を除去することを特徴とする請求項１に記載の水素水和物による水素貯蔵方法。
水を２０００気圧以上に圧縮した後、約２０００気圧に減圧することによって水中に氷を生成させ、この氷を含有する水に水素を混入して得た三相混合物により水素水和物を生成させることを特徴とする請求項１または２に記載の水素水和物による水素貯蔵方法。
氷を含有する水に、約２０００気圧に圧縮した水素を混合して得た三相混合物により水素水和物を生成させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の水素水和物による水素貯蔵方法。
前記水素水和物混合水から水を除去して得られた水素水和物を粉砕することにより水素水和物の流動性を高めて貯蔵することを特徴とする請求項１に記載の水素水和物による水素貯蔵方法。
請求項１〜５に記載の水素水和物の貯蔵方法によって貯蔵された水素水和物は、水素水和物に液体窒素を混合した混合スラリーとしてほぼ大気圧、約−１９６℃の輸送条件を保持して輸送されることを特徴とする水素水和物による水素輸送方法。