JP7468859B2 - Hydrogen Production Plant - Google Patents
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Description
本開示は、熱化学分解法（ＩＳ法：Iodine Sulfur Process）を利用して、水素を製造する水素製造プラントに関する。 This disclosure relates to a hydrogen production plant that produces hydrogen using a thermochemical decomposition method (IS method: Iodine Sulfur Process).
ＩＳ法は、水に特定の化学物質を反応させ、この反応において入熱或いは除熱行い、水素を生成する方法である。このＩＳ法は、基本的に三つの反応を実行する。 The IS method is a method in which specific chemical substances are reacted with water, and heat is input or removed during this reaction to produce hydrogen. The IS method basically involves three reactions:
第一の反応は、水とヨウ素と二酸化硫黄とを反応させて、ヨウ化水素と硫酸とを生成するブンゼン反応である。 The first reaction is the Bunsen reaction, which reacts water, iodine, and sulfur dioxide to produce hydrogen iodide and sulfuric acid.
第二の反応は、ブンゼン反応で得られた硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解させる硫酸熱分解反応である。この硫酸熱分解反応で得られた二酸化硫黄と水は、ブンゼン反応の反応材料になる。 The second reaction is the sulfuric acid thermal decomposition reaction, in which the sulfuric acid obtained in the Bunsen reaction is thermally decomposed into sulfur dioxide, oxygen, and water. The sulfur dioxide and water obtained in this sulfuric acid thermal decomposition reaction become the reaction materials for the Bunsen reaction.
第三の反応は、ブンゼン反応で得られたヨウ化水素をヨウ素と水素とに熱分解するヨウ化水素熱分解反応である。このヨウ化水素熱分解反応で得られたヨウ素は、ブンゼン反応の反応材料になる。 The third reaction is the hydrogen iodide thermal decomposition reaction, in which the hydrogen iodide obtained in the Bunsen reaction is thermally decomposed into iodine and hydrogen. The iodine obtained in this hydrogen iodide thermal decomposition reaction becomes the reactant for the Bunsen reaction.
このＩＳ法を利用する水素製造プラントとしては、例えば、以下の特許文献１に開示されているプラントがある。このプラントでは、太陽光により加熱された、溶融塩等の第一熱媒体を硫酸熱分解反応の熱源とし、この第一熱媒体により加熱された第二熱媒体をヨウ化水素熱分解反応の熱源とする。
An example of a hydrogen production plant that uses the IS method is the plant disclosed in the following
特許文献１に記載のプラントでは、以上のように、再生可能エネルギーの一種である太陽光のエネルギーの有効利用を図ることができる。
As described above, the plant described in
本開示は、太陽光のエネルギーをより有効利用することができる水素製造プラントを提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a hydrogen production plant that can more effectively utilize solar energy.
上記目的を達成するための発明に係る一態様の水素製造プラントは、
二酸化硫黄と水とヨウ素とをブンゼン反応させて、ヨウ化水素と硫酸とを生成するブンゼン反応設備と、前記ブンゼン反応設備で生成された前記硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解させ、前記二酸化硫黄及び前記水を前記ブンゼン反応設備に送る硫酸反応設備と、前記ブンゼン反応設備で生成された前記ヨウ化水素を水素とヨウ素とに熱分解させ、前記水素を外部に排出すると共に、前記ヨウ素を前記ブンゼン反応設備に送るヨウ化水素反応設備と、を備える。前記硫酸反応設備は、蓄熱体を有する第一蓄熱器と、太陽光を前記第一蓄熱器に導いて、前記第一蓄熱器の前記蓄熱体を加熱する第一太陽光ガイド装置と、前記ブンゼン反応設備で生成された前記硫酸を一時的に蓄える硫酸タンクと、前記第一蓄熱器の前記蓄熱体に蓄えられた熱を利用して、前記硫酸タンクからの前記硫酸を前記二酸化硫黄と前記酸素と前記水とに熱分解させる硫酸反応器と、前記硫酸タンク内の前記硫酸を前記硫酸反応器に送る硫酸供給機と、前記硫酸反応器で生成された前記二酸化硫黄を一時的に蓄える二酸化硫黄タンクと、前記二酸化硫黄タンク内の前記二酸化硫黄を前記ブンゼン反応設備に送る二酸化硫黄供給機と、を有する。前記ヨウ化水素反応設備は、蓄熱体を有する第二蓄熱器と、太陽光を前記第二蓄熱器に導いて、前記第二蓄熱器の前記蓄熱体を加熱する第二太陽光ガイド装置と、前記第二蓄熱器の前記蓄熱体に蓄えられた熱を利用して、前記ブンゼン反応設備で生成された前記ヨウ化水素を前記水素と前記ヨウ素とに熱分解させるヨウ化水素反応器と、を有する。
In order to achieve the above object, a hydrogen production plant according to one aspect of the invention comprises:
The system includes a Bunsen reaction facility that generates hydrogen iodide and sulfuric acid by a Bunsen reaction between sulfur dioxide, water, and iodine, a sulfuric acid reaction facility that thermally decomposes the sulfuric acid generated in the Bunsen reaction facility into sulfur dioxide, oxygen, and water, and sends the sulfur dioxide and the water to the Bunsen reaction facility, and a hydrogen iodide reaction facility that thermally decomposes the hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction facility into hydrogen and iodine, discharges the hydrogen to the outside, and sends the iodine to the Bunsen reaction facility. The sulfuric acid reaction equipment includes a first heat storage device having a heat storage body, a first sunlight guide device that guides sunlight to the first heat storage device and heats the heat storage body of the first heat storage device, a sulfuric acid tank that temporarily stores the sulfuric acid produced in the Bunsen reaction equipment, a sulfuric acid reactor that uses the heat stored in the heat storage body of the first heat storage device to thermally decompose the sulfuric acid from the sulfuric acid tank into the sulfur dioxide, the oxygen, and the water, a sulfuric acid supplying machine that sends the sulfuric acid in the sulfuric acid tank to the sulfuric acid reactor, a sulfur dioxide tank that temporarily stores the sulfur dioxide produced in the sulfuric acid reactor, and a sulfur dioxide supplying machine that sends the sulfuric dioxide in the sulfur dioxide tank to the Bunsen reaction equipment. The hydrogen iodide reaction equipment includes a second heat storage device having a heat storage body, a second sunlight guide device that guides sunlight to the second heat storage device and heats the heat storage body of the second heat storage device, and a hydrogen iodide reactor that utilizes the heat stored in the heat storage body of the second heat storage device to thermally decompose the hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction equipment into the hydrogen and the iodine.
本開示の一態様に係る水素製造プラントによれば、水素の製造にあたり、太陽光のエネルギーを有効利用し、水素製造プラントの稼働率を向上させることができる。 According to a hydrogen production plant according to one aspect of the present disclosure, solar energy can be effectively utilized to produce hydrogen, thereby improving the operating rate of the hydrogen production plant.
以下、本開示に係る水素製造プラントの各種実施形態、及びこれらの各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。 Various embodiments of the hydrogen production plant according to the present disclosure and various variations thereof will be described in detail below with reference to the drawings.
「第一実施形態」
本実施形態の水素製造プラントは、図１に示すように、ブンゼン反応設備ＢＥと、硫酸反応設備ＳＥと、ヨウ化水素反応設備ＩＥと、これらの設備を制御する制御装置１３０と、を備える。
"First embodiment"
As shown in FIG. 1, the hydrogen production plant of this embodiment includes a Bunsen reaction facility BE, a sulfuric acid reaction facility SE, a hydrogen iodide reaction facility IE, and a
ブンゼン反応設備ＢＥは、ブンゼン反応器１０と、分離器１１と、硫酸ライン１２と、硫酸ポンプ１３と、ヨウ化水素ライン１４と、ヨウ化水素ポンプ１５と、水補給ライン１６と、を有する。
The Bunsen reaction equipment BE has a
ブンゼン反応器１０は、二酸化硫黄と水とヨウ素とを反応させて、ヨウ化水素（液体）と硫酸（液体）とを生成する反応器である。このブンゼン反応器１０には、水補給ライン１６が接続されている。このブンゼン反応器１０内には、水素の生成量に応じて、この水補給ライン１６から液体の水が補給される。また、このブンゼン反応器１０には、酸素を排出する酸素排出口が形成されている。分離器１１は、ブンゼン反応器１０で生成されたヨウ化水素（液体）と硫酸（液体）とを二液相分離現象及び比重の違いにより、両者を上層と下層とに分離する分離器１１である。硫酸ライン１２は、分離器１１内の硫酸（液体）を硫酸反応設備ＳＥに導くラインである。硫酸ポンプ１３は、硫酸ライン１２内の硫酸を硫酸反応設備ＳＥに送るポンプである。ヨウ化水素ライン１４は、分離器１１内のヨウ化水素（液体）をヨウ化水素反応設備ＩＥに導くラインである。ヨウ化水素ポンプ１５は、ヨウ化水素ライン１４内のヨウ化水素をヨウ化水素反応設備ＩＥに送るポンプである。
The
なお、このブンゼン反応設備ＢＥは、さらに、硫酸精製塔、硫酸濃縮塔、ヨウ化水素精製塔、ヨウ化水素濃縮器、ヨウ化水素蒸留塔をさらに有してもよい。この場合、硫酸精製塔及び硫酸濃縮塔は、硫酸ライン１２中で硫酸ポンプ１３より上流側の位置に設けられる。また、ヨウ化水素精製塔、ヨウ化水素濃縮器及びヨウ化水素蒸留塔は、ヨウ化水素ライン１４中に設けられる。
The Bunsen reaction equipment BE may further include a sulfuric acid purification tower, a sulfuric acid concentration tower, a hydrogen iodide purification tower, a hydrogen iodide concentrator, and a hydrogen iodide distillation tower. In this case, the sulfuric acid purification tower and the sulfuric acid concentration tower are provided in the
硫酸反応設備ＳＥは、ブンゼン反応設備ＢＥからの硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解させ、二酸化硫黄及び水をブンゼン反応設備ＢＥに送る設備である。この硫酸反応設備ＳＥは、第一蓄熱器２０と、第一太陽光ガイド装置４０と、硫酸タンク５０と、硫酸供給ライン５１と、硫酸供給機５２と、硫酸流量調節器５３と、二酸化硫黄タンク５４と、二酸化硫黄供給ライン５５と、二酸化硫黄供給機５６と、二酸化硫黄流量調節器５７と、冷却器５８と、水供給ライン５９と、複数の硫酸反応器６０と、を有する。
The sulfuric acid reaction equipment SE is an equipment that thermally decomposes the sulfuric acid from the Bunsen reaction equipment BE into sulfur dioxide, oxygen, and water, and sends the sulfur dioxide and water to the Bunsen reaction equipment BE. This sulfuric acid reaction equipment SE has a first
第一蓄熱器２０は、ケース２１と、ケース２１内に気体を送る第一送風機３１と、ケース２１内に配置された蓄熱体３０と、を有する。第一送風機３１の吐出口とケース２１とは、第一気体ライン３２で接続されている。この第一気体ライン３２中には、第一気体ライン３２を流れる流動用気体の流量を調節する第一気体調節弁３３が設けられている。第一太陽光ガイド装置４０は、太陽光Ｒを第一蓄熱器２０に導いて、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０を加熱する装置である。この第一太陽光ガイド装置４０は、太陽光Ｒを目的の位置に導く一以上のヘリオスタット４１と、目的の位置に配置されている固定反射鏡４２と、を有する。ヘリオスタット４１は、太陽光Ｒを反射する反射鏡４１ａと、この反射鏡４１ａの向きを変える反射鏡駆動機４１ｂと、を有する。反射鏡駆動機４１ｂは、太陽の日周運動に合わせて、反射鏡４１ａの向きを変えて、太陽光Ｒを目的の位置に導く装置である。固定反射鏡４２は、全てのヘリオスタット４１からの太陽光Ｒを第一蓄熱器２０に導く。
The first
硫酸タンク５０は、硫酸ライン１２に接続され、ブンゼン反応設備ＢＥからの硫酸を一時的蓄えるタンクである。硫酸供給ライン５１は、硫酸タンク５０と硫酸反応器６０とを接続し、硫酸タンク５０内の硫酸を硫酸反応器６０に導くラインである。硫酸供給機５２は、硫酸供給ライン５１に設けられている。この硫酸供給機５２は、硫酸供給ライン５１内の液体の硫酸を硫酸反応器６０に送るポンプである。硫酸流量調節器５３は、硫酸供給ライン５１に設けられ、硫酸反応器６０に送る硫酸の流量を調節する流量調節弁である。硫酸反応器６０は、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０に蓄えらえた熱を利用して、硫酸（液体）を二酸化硫黄（気体）と酸素（気体）と水（気体）とに熱分解させる反応器である。
The
二酸化硫黄供給ライン５５は、硫酸反応器６０とブンゼン反応器１０と接続し、硫酸反応器６０で生成された二酸化硫黄をブンゼン反応器１０に導くラインである。二酸化硫黄タンク５４は、二酸化硫黄供給ライン５５に設けられている。この二酸化硫黄タンク５４は、硫酸反応器６０で生成された二酸化硫黄（気体）を一時的に蓄えるタンクである。この二酸化硫黄タンク５４には、圧力計５４ｐが設けられている。二酸化硫黄供給機５６は、二酸化硫黄供給ライン５５中で、二酸化硫黄タンク５４よりもブンゼン反応器１０側の位置に設けられている。この二酸化硫黄供給機５６は、二酸化硫黄タンク５４内の気体の二酸化硫黄をブンゼン反応器１０に送る圧縮機である。二酸化硫黄流量調節器５７は、二酸化硫黄供給ライン５５中で、二酸化硫黄供給機５６よりもブンゼン反応器１０側の位置に設けられている。この二酸化硫黄流量調節器５７は、ブンゼン反応器１０に送る二酸化硫黄の流量を調節する流量調節弁である。水供給ライン５９は、硫酸反応器６０とブンゼン反応器１０とを接続し、硫酸反応器６０で生成された水をブンゼン反応器１０に導くラインである。冷却器５８は、水供給ライン５９に設けられている。この冷却器５８は、硫酸反応器６０で生成された気体の水を冷却して、液体の水にする。
The sulfur
なお、二酸化硫黄供給ライン５５中で、二酸化硫黄タンク５４と硫酸反応器６０との間に、硫酸反応器６０からの二酸化硫黄を冷却する冷却器、及びこの二酸化硫黄を昇圧するコンプレッサを設けてもよい。
In addition, a cooler for cooling the sulfur dioxide from the
ヨウ化水素反応設備ＩＥは、ブンゼン反応設備ＢＥで生成されたヨウ化水素を水素とヨウ素とに熱分解させ、水素を外部に排出すると共に、ヨウ素をブンゼン反応設備ＢＥに送る設備である。このヨウ化水素反応設備ＩＥは、第二蓄熱器７０と、第二太陽光ガイド装置８０と、複数のヨウ化水素反応器９０と、ヨウ素供給ライン８６と、を有する。
The hydrogen iodide reaction equipment IE is an equipment that thermally decomposes the hydrogen iodide produced in the Bunsen reaction equipment BE into hydrogen and iodine, discharges the hydrogen to the outside, and sends the iodine to the Bunsen reaction equipment BE. This hydrogen iodide reaction equipment IE has a second
第二蓄熱器７０は、ケース２１と、ケース２１内に気体を送る第二送風機７１と、ケース２１内に配置された蓄熱体３０と、を有する。第二送風機７１の吐出口とケース２１とは、第二気体ライン７２で接続されている。この第二気体ライン７２中には、第二気体ライン７２を流れる流動用気体の流量を調節する第二気体調節弁７３が設けられている。第二太陽光ガイド装置８０は、太陽光Ｒを第二蓄熱器７０に導いて、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０を加熱する装置である。この第二太陽光ガイド装置８０は、第一太陽光ガイド装置４０と同様、太陽光Ｒを目的の位置に導く一以上のヘリオスタット４１と、目的の位置に配置されている固定反射鏡４２と、を有する。
The second
ヨウ化水素反応器９０は、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０に蓄えらえた熱を利用して、ヨウ化水素（液体）をヨウ素（気体）と水素（気体）とに熱分解させる反応器である。ヨウ素供給ライン８６は、ヨウ化水素反応器９０とブンゼン反応器１０と接続し、ヨウ化水素反応器９０からのヨウ素をブンゼン反応器１０に導くラインである。
The
制御装置１３０は、反応制御器１３１と、硫酸供給制御器１３２と、を有する。反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始指示を受け付けると、ヨウ化水素ポンプ１５及び二酸化硫黄供給機５６に対して駆動を指示すると共に、二酸化硫黄流量調節器５７に対して二酸化硫黄タンク５４からブンゼン反応器１０へ二酸化硫黄を送れる状態にするよう指示する。硫酸供給制御器１３２は、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度より高くなると、硫酸供給機５２に対して駆動を指示すると共に、硫酸流量調節器５３に対して硫酸タンク５０から硫酸反応器６０へ硫酸を送れる状態にするよう指示する。
The
この制御装置１３０は、例えば、コンピュータで構成される。この場合、制御装置１３０の機能構成要素である硫酸供給制御器１３２及び反応制御器１３１は、いずれも、この機能を実現するためのプログラムが記憶されている外部記憶装置と、このプログラムを実行するＣＰＵと、ＣＰＵの実行結果等が展開される主記憶装置と、を有して構成される。
This
第一蓄熱器２０及び第二蓄熱器７０は、いずれも、前述したように、ケース２１と、ケース２１内に気体を送る送風機３１（７１）と、蓄熱体３０と、を有する。第一蓄熱器２０及び第二蓄熱器７０は、いずれも、図２に示すように、さらに、分散板２９を有する。ケース２１は、底板２７と、この底板２７と間隔をあけて対向する天板２２と、底板２７と天板２２とを接続する側板２８と、を有する。分散板２９は、ケース２１内を流動層室２９ｆと気体室２９ｇとに上下に仕切る板である。蓄熱体３０は、複数の蓄熱材粒子である。蓄熱材粒子は、珪砂で形成されている。流動層室２９ｆは、分散板２９を基準にして上側の室である。この流動層室２９ｆ内には、複数の蓄熱材粒子が配置されている。気体室２９ｇは、分散板２９を基準にして下側の室である。分散板２９には、気体室２９ｇから流動層室２９ｆへ貫通する複数の孔が形成されている。ケース２１の底板２７には、送風機３１（７１）からの気体を気体室２９ｇに導く気体導入口２７ｉが形成されている。この気体導入口２７ｉから気体室２９ｇに流入した気体は、分散板２９の複数の孔を経て、流動層室２９ｆ内に流入し、流動層室２９ｆ内の複数の蓄熱材粒子を流動させる。すなわち、この気体は、流動層室２９ｆ内の複数の蓄熱材粒子を流動層にする。ケース２１の側板２８中の上部には、気体を排気する気体排気口２８ｏが形成されている。ケース２１の天板２２は、天板本体２３と窓２４とを有する。天板本体２３は、開口を有する。窓２４は、光透過性を有する材料で形成され、開口を塞ぐ。光透過性を有する材料としては、例えば、石英ガラスである。ケース２１には、蓄熱体３０の温度を検知する温度計２１ｔが取り付けられている。
As described above, both the first
硫酸反応器６０とヨウ化水素反応器９０とは、本実施形態において同一構造である。これらの反応器６０，９０は、図３に示すように、外筒６１と、内筒６２と、分離筒６３と、対象物受入部６４と、反応物排出部６５と、触媒６６と、を有する。外筒６１は、筒状を成して両端を有する。この両端のうちの一端が閉端６１ｃを成し、他端が開口６１ｉを成す。この外筒６１は、外筒６１の閉端６１ｃを含み且つ開口６１ｉを含まない外筒本体６１ｂの外周面が蓄熱体３０に接し得るよう、ケース２１に取り付けられている。内筒６２は、筒状を成して両端を有する。この両端のうちの一端が入口開口６２ｉを成し、他端が出口開口６２ｏを成す。この内筒６２の外径は、外筒６１の内径よりも小さい。この内筒６２は、内筒６２の入口開口６２ｉを含み且つ出口開口６２ｏを含まない内筒本体６２ｂの少なくとも一部が外筒本体６１ｂ内に位置するよう、配置されている。分離筒６３は、筒状を成して両端を有する。この両端のうちの一端が閉端６３ｃを成し、他端が出口開口６３ｏを成す。この分離筒６３の外径は、内筒６２の内径よりも小さい。分離筒６３は、分離筒６３の閉端６３ｃを含み且つ出口開口６３ｏを含まない分離筒本体６３ｂの少なくとも一部が外筒本体６１ｂ内及び内筒本体６２ｂ内に位置するよう、配置されている。
The
分離筒６３は、熱分解対象物Ｏの熱分解で得られた第一反応物Ｒ１と第二反応物Ｒ２とうち、第一反応物Ｒ１を分離筒６３の内側に通す一方で、第二反応物Ｒ２を前記内側に通さない分離膜を有する。なお、硫酸反応器６０における熱分解対象物Ｏは、硫酸であり、第一反応物Ｒ１は、二酸化硫黄及び酸素であり、第二反応物Ｒ２は、水及び未分解の硫酸である。また、ヨウ化水素反応器９０における熱分解対象物Ｏは、ヨウ化水素であり、第一反応物Ｒ１は、水素であり、第二反応物Ｒ２は、ヨウ素及び未分解のヨウ化水素である。分離膜は、一定のサイズ未満の分子のみを通すフィルターとして機能し、多孔質材で形成されている。この分離膜は、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、ゼオライト、シリカ、ガラス、カーボン等で形成されている。
The
対象物受入部６４は、熱分解対象物Ｏを受け入れる入口６４ｉを有し、この入口６４ｉから受け入れた熱分解対象物Ｏを外筒６１の開口６１ｉから外筒６１と内筒６２との間に導く部材である。硫酸反応器６０の対象物受入部６４における入口６４ｉには、硫酸供給ライン５１が接続されている。また、ヨウ化水素反応器９０の対象物受入部６４における入口６４ｉには、ヨウ化水素ライン１４が接続されている。反応物排出部６５は、熱分解対象物Ｏの熱分解で得られた第二反応物Ｒ２を外部に排出する排出口６５ｏを有する。硫酸反応器６０の反応物排出部６５における排出口６５ｏには、水供給ライン５９が接続されている。ヨウ化水素反応器９０の反応物排出部６５における排出口６５ｏには、ヨウ素供給ライン８６が接続されている。分離筒６３の出口開口６３ｏは、熱分解対象物Ｏの熱分解で得られた第一反応物Ｒ１を外部に排出する排出口を成す。硫酸反応器６０における分離筒６３の出口開口６３ｏには、二酸化硫黄供給ライン５５が接続されている。ヨウ化水素反応器９０における分離筒６３の出口開口６３ｏには、水素ライン９４が接続されている。
The
前述した外筒６１は、開口６１ｉに対して閉端６１ｃが上に位置するように傾斜して、ケース２１の側板２８に取り付けられている。このため、外筒６１内の内筒６２も、出口開口６２ｏに対して入口開口６２ｉが上に位置するよう傾斜している。さらに、内筒６２内の分離筒６３も、出口開口６３ｏに対して閉端６３ｃが上に位置するよう傾斜している。本実施形態では、流動層室２９ｆ内の複数の蓄熱材粒子を流動化させるために、ケース２１の下部に気体室２９ｇを設けており、ケース２１の底板２７に、外筒６１を設けることが困難である。このため、本実施形態では、外筒６１をケース２１の側板２８に取り付けている。
The
触媒６６は、熱分解対象物Ｏの熱分解を促進する触媒である。この触媒６６は、分離筒本体６３ｂの外周面中で、分離筒本体６３ｂの少なくとも一部が外筒本体６１ｂ内及び内筒本体６２ｂ内に位置している部分に取り付けられている。硫酸反応器６０における触媒６６は、例えば、白金、酸化鉄（III）（Ｆｅ２Ｏ３）等である。また、ヨウ化水素反応器９０における触媒６６は、例えば、白金、活性炭等である。
The
次に、以上で説明した水素製造プラントの動作について説明する。 Next, we will explain the operation of the hydrogen production plant described above.
太陽が水素製造プラントの敷地を照らしていると、この太陽からの太陽光Ｒが第一太陽光ガイド装置４０により第一蓄熱器２０に導かれ、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０が加熱される。この結果、この蓄熱体３０の温度が上昇する。また、この太陽からの太陽光Ｒは、第二太陽光ガイド装置８０により第二蓄熱器７０に導かれ、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０が加熱される。この結果、この蓄熱体３０の温度が上昇する。
When the sun shines on the site of the hydrogen production plant, the sunlight R from the sun is guided by the first
制御装置１３０の反応制御器１３１は、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度よりも高くなった後、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付けると、硫酸ポンプ１３に対して駆動を指示する。この結果、分離器１１内の硫酸（液体）が硫酸タンク５０内に送られ、硫酸タンク５０内には、液体の硫酸が蓄えられる。
When the
反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付けると、さらに、ヨウ化水素ポンプ１５に対して駆動を指示する。この結果、分離器１１内のヨウ化水素（液体）がヨウ化水素反応器９０に送られる。
When the
液体のヨウ化水素は、ヨウ化水素反応器９０の外筒６１と内筒６２との間に流入する。液体のヨウ化水素は、外筒本体６１ｂの外部に存在する蓄熱体３０との熱交換により、加熱されて気化する。前述したように、外筒６１は、開口６１ｉに対して閉端６１ｃが上に位置するように傾斜し、この外筒６１内の内筒６２は、出口開口６２ｏに対して入口開口６２ｉが上に位置するよう傾斜している。このため、液体のヨウ化水素は、外筒６１と内筒６２との間に留まり、気体のヨウ化水素は、内筒６２の入口開口６２ｉから内筒６２と分離筒６３との間に流入する。気体のヨウ化水素は、この間も、蓄熱体３０との熱交換により加熱される。この結果、以下の式（１）に示すように、気体のヨウ化水素（ＨＩ）は、ヨウ素（Ｉ２）と水素（Ｈ２）とに熱分解する。
２ＨＩ→Ｉ２＋Ｈ２ （１）
Liquid hydrogen iodide flows between the
2HI → I2 + H2 (1)
なお、ヨウ化水素反応器９０より上流側に蒸留塔に設けた場合には、ヨウ化水素反応器９０には、蒸留塔から気体のヨウ化水素が流入することになる。
If the
この熱分解反応は、分離筒６３の外周面に取り付けられている触媒６６により促進される。この触媒環境下での熱分解に必要な温度は、約４００℃である。第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度に対する予め定められた温度は、ヨウ化水素の熱分解に必要な温度よりも、例えば、５０～１００℃程度高い温度である。すなわち、この予め定められた温度は、例えば、４５０～５００℃である。このように、ヨウ化水素の熱分解に必要な温度よりも、予め定められた温度を、例えば、５０～１００℃程度高い温度にすることで、蓄熱体３０の温度がヨウ化水素の熱分解に必要な温度以上である限り、雲天時や夜間においても、この蓄熱体３０の熱よりに熱分解反応を行うことができる。
This thermal decomposition reaction is accelerated by the
この熱分解反応で生成されたヨウ素と水素とのうち、第一反応物Ｒ１である気体の水素は、分離筒６３の分離膜を通過して、分離筒６３内に流入する。この水素は、分離筒６３の出口開口６３ｏから排出される。分離筒６３の出口開口６３ｏから排出された水素は、水素ライン９４を介して、例えば、水素タンク等に蓄えられる。一方、熱分解反応で生成されたヨウ素と水素とのうち、第二反応物Ｒ２である気体のヨウ素及び未分解のヨウ化水素は、分離筒６３の分離膜を通過できず、内筒６２と分離筒６３との間を経由して、反応物排出部６５の排気口から流出する。
Of the iodine and hydrogen produced by this thermal decomposition reaction, the gaseous hydrogen, which is the first reactant R1, passes through the separation membrane of the
ヨウ化水素反応器９０から流出したヨウ素は、ヨウ素供給ライン８６を介して、ブンゼン反応器１０内に流入する。
The iodine flowing out of the
反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付けると、さらに、二酸化硫黄供給機５６に対して駆動を指示すると共に、二酸化硫黄流量調節器５７に対して二酸化硫黄タンク５４からブンゼン反応器１０へ二酸化硫黄を送れる状態にするよう指示する。この結果、二酸化硫黄タンク５４内の気体の二酸化硫黄は、二酸化硫黄供給ライン５５を介して、ブンゼン反応器１０内に流入する。
When the
ブンゼン反応器１０内には、水とヨウ素とヨウ化水素と硫酸との混合溶液が蓄えられている。ブンゼン反応器１０内では、１００℃以下で、以下の式（２）に示すように、液体のヨウ素（Ｉ２）と、気体の二酸化硫黄（ＳＯ２）と、液体の水（Ｈ２Ｏ）とがブンゼン反応して、液体のヨウ化水素（ＨＩ）及び液体の硫酸（Ｈ２ＳＯ４）になる。
Ｉ２＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ→２ＨＩ＋Ｈ２ＳＯ４ （２）
A mixed solution of water, iodine, hydrogen iodide, and sulfuric acid is stored in the
I2 + SO2 + 2H2O → 2HI + H2SO4 ( 2)
ブンゼン反応器１０内で生成された液体のヨウ化水素及び液体の硫酸は、分離器１１内に流入し、ここで、二液相分離現象及び比重の違いにより、両者が上層と下層とに分離され、この分離器１１内で、分離された状態で一時的に蓄えられる。
The liquid hydrogen iodide and liquid sulfuric acid produced in the
制御装置１３０の反応制御器１３１は、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度がヨウ化水素の熱分解に必要な温度（例えば、４００℃）以下になった場合、又は、二酸化硫黄タンク５４内に二酸化硫黄がなくなった場合、硫酸ポンプ１３に対して停止を指示する。この結果、分離器１１内の硫酸が硫酸タンク５０内に送られなくなる。なお、反応制御器１３１は、二酸化硫黄タンク５４に設けられている圧力計５４ｐで検知されたタンク内圧力が予め定められた圧力より低くなると、二酸化硫黄タンク５４内に二酸化硫黄がなくなったと判断する。
The
反応制御器１３１は、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度がヨウ化水素の熱分解に必要な温度以下になった場合、又は、二酸化硫黄タンク５４内に二酸化硫黄がなくなった場合、さらに、ヨウ化水素ポンプ１５に対して停止を指示する。この結果、分離器１１内のヨウ化水素は、ヨウ化水素反応器９０に送られなくなる。このため、ヨウ化水素反応器９０から、水素及びヨウ素が流出しなくなる。すなわち、水素が製造されなくなると共に、ブンゼン反応器１０内にヨウ素が流入しなくなる。
When the temperature of the
以上のように、本実施形態では、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度よりも高くなった後、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付けると、ヨウ化水素反応設備ＩＥでのヨウ化水素の熱分解反応、及びブンゼン反応設備ＢＥでのブンゼン反応が実行される。
As described above, in this embodiment, after the temperature of the
制御装置１３０の硫酸供給制御器１３２は、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度よりも高くなると、硫酸供給機５２に対して駆動を指示すると共に、硫酸流量調節器５３に対して硫酸タンク５０から硫酸反応器６０へ硫酸を送れる状態にするよう指示する。この結果、硫酸タンク５０内の液体の硫酸は、硫酸供給ライン５１を介して、硫酸反応器６０内に流入する。
When the temperature of the
液体の硫酸は、硫酸反応器６０の外筒６１と内筒６２との間に流入する。液体の硫酸は、外筒本体６１ｂの外部に存在する蓄熱体３０との熱交換により、加熱されて気化する。前述したように、外筒６１は、開口６１ｉに対して閉端６１ｃが上に位置するように傾斜し、この外筒６１内の内筒６２は、出口開口６２ｏに対して入口開口６２ｉが上に位置するよう傾斜している。このため、液体の硫酸は、外筒６１と内筒６２との間に留まり、気体の硫酸は、内筒６２の入口開口６２ｉから内筒６２と分離筒６３との間に流入する。気体の硫酸は、この間も、蓄熱体３０との熱交換により加熱される。この結果、以下の式（３）に示すように、気体の硫酸（Ｈ２ＳＯ４）は、二酸化硫黄（ＳＯ２）と酸素（Ｏ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに熱分解する。
２Ｈ２ＳＯ４→２ＳＯ２＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ （３）
Liquid sulfuric acid flows between the
2H2SO4 → 2SO2 + O2 + 2H2O ( 3 )
この熱分解反応で生成された二酸化硫黄と酸素と水とのうち、第一反応物Ｒ１である気体の二酸化硫黄及び気体の酸素は、分離筒６３の分離膜を通過して、分離筒６３内に流入する。この二酸化硫黄及び酸素は、分離筒６３の出口開口６３ｏから排出される。分離筒６３の出口開口６３ｏから排出された二酸化硫黄及び酸素は、二酸化硫黄タンク５４内に蓄えられる。反応制御器１３１は、以下の条件を満たすと、二酸化硫黄供給機５６に対して駆動を指示すると共に、二酸化硫黄流量調節器５７に対して開を指示する。上記条件は、反応制御器１３１が外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付け、又は、自身がブンゼン反応設備ＢＥでの反応を開始してよいと判断し、且つ二酸化硫黄タンク５４内の二酸化硫黄の量が予め定められた量以上であることである。この結果、二酸化硫黄タンク５４内から二酸化硫黄及び酸素が、ブンゼン反応器１０に送られる。一方、熱分解反応で生成された二酸化硫黄と酸素と水とのうち、第二反応物Ｒ２である気体の水は、分離筒６３の分離膜を通過できず、内筒６２と分離筒６３との間を経由して、反応物排出部６５の排気口から流出する。この気体の水は、冷却器５８で冷却されて液体の水になった後、水供給ライン５９を介して、ブンゼン反応器１０内に流入する。
Of the sulfur dioxide, oxygen, and water produced by this thermal decomposition reaction, the gaseous sulfur dioxide and gaseous oxygen, which are the first reactant R1, pass through the separation membrane of the
この熱分解に必要な温度は、触媒６６が存在していたとしても単なる容器内では、８５０～９００℃である。本実施形態では、ａ）熱分解反応環境下に熱分解反応を促進する触媒６６が存在すること、ｂ）熱分解で生成された二酸化硫黄と酸素とは、触媒層内の熱分解環境下に留まらず、分離筒６３内に流入すること、等の理由により、この熱分解に必要な温度は、６５０～６００℃程度まで低くなる。第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度に対する予め定められた温度は、硫酸の熱分解に必要な温度よりも、例えば、５０～１００℃程度高い温度である。すなわち、本実施形態において、この予め定められた温度は、例えば、６５０～７５０℃である。このように、硫酸の熱分解に必要な温度よりも、予め定められた温度を、例えば、５０～１００℃程度高い温度にすることで、蓄熱体３０の温度が硫酸の熱分解に必要な温度以上である限り、雲天時や夜間においても、この蓄熱体３０の熱よりに熱分解反応を行うことができる。
The temperature required for this thermal decomposition is 850 to 900°C in a simple container even if the
硫酸供給制御器１３２は、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度が硫酸の熱分解に必要な温度（例えば、６５０～６００℃）以下になると、硫酸供給機５２に対して停止を指示すると共に、硫酸流量調節器５３に対して硫酸タンク５０から硫酸反応器６０へ硫酸を送れない状態にするよう指示する。この結果、硫酸タンク５０内の液体の硫酸は、硫酸反応器６０内に流入しなくなる。
When the temperature of the
以上のように、本実施形態では、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度よりも高くなると、硫酸反応設備ＳＥでの硫酸の熱分解反応が実行される。ヨウ化水素反応設備ＩＥでのヨウ化水素の熱分解反応、及びブンゼン反応設備ＢＥでのブンゼン反応が実行されている間、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度より高くなることがある。この場合には、ヨウ化水素反応設備ＩＥでのヨウ化水素の熱分解反応と、ブンゼン反応設備ＢＥでのブンゼン反応と、硫酸反応設備ＳＥでの硫酸の熱分解反応とが同時進行する。
As described above, in this embodiment, when the temperature of the
本実施形態では、太陽光のエネルギーを硫酸の熱分解及びヨウ化水素の熱分解に利用している。 In this embodiment, solar energy is used for the thermal decomposition of sulfuric acid and hydrogen iodide.
ところで、硫酸の熱分解に必要な温度は、ヨウ化水素の熱分解に必要な温度よりも高い。夜間や雲天時には、蓄熱体が保持する熱の利用に伴い、蓄熱体に温度降下が生じて、硫酸の熱分解率が低下する。このため、水素製造プラントの年間水素製造量が低下するか、水素製造プラントの稼働率が低下する。従って、特許文献１に記載のプラントでは、太陽光のエネルギーを水素製造に十分に有効利用しているとは言い難い。
However, the temperature required for the thermal decomposition of sulfuric acid is higher than that required for the thermal decomposition of hydrogen iodide. At night or on cloudy days, as the heat stored in the heat storage body is utilized, the temperature of the heat storage body drops, and the thermal decomposition rate of sulfuric acid decreases. This results in a decrease in the annual amount of hydrogen produced by the hydrogen production plant or a decrease in the operating rate of the hydrogen production plant. Therefore, it is difficult to say that the plant described in
本実施形態の硫酸反応設備ＳＥは、ブンゼン反応器１０に送る二酸化硫黄を一時的に蓄える二酸化硫黄タンク５４を備えている。このため、本実施形態では、二酸化硫黄タンク５４内に二酸化硫黄を蓄えている限り、ブンゼン反応器１０に流入するヨウ素に対して、ブンゼン反応に必要な二酸化硫黄を確保することができる。よって、本実施形態でも、ブンゼン反応を効率的に行うことができ、太陽光のエネルギーを水素製造に有効利用することができる。この結果、本実施形態では、水素製造プラントの稼働率を向上させることができる。
The sulfuric acid reaction equipment SE of this embodiment is equipped with a
なお、本実施形態の反応制御器１３１は、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度よりも高くなった後、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付けた場合に、硫酸ポンプ１３、ヨウ化水素ポンプ１５、二酸化硫黄供給機５６、及び二酸化硫黄流量調節器５７に指示を与える。しかしながら、反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付けた後、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度よりも高くなった場合に、硫酸ポンプ１３、ヨウ化水素ポンプ１５、二酸化硫黄供給機５６、及び二酸化硫黄流量調節器５７に指示を与えてもよい。また、反応制御器１３１は、自身がブンゼン反応設備ＢＥでの反応を開始してよいと判断した場合に、硫酸供給機５２、ヨウ化水素ポンプ１５、二酸化硫黄供給機５６、及び二酸化硫黄流量調節器５７に指示を与えてもよい。この場合、反応制御器１３１は、例えば、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度よりも高くなったこと、及び、二酸化硫黄タンク５４内の圧力が予め定められた圧力以上であることを条件にして、ブンゼン反応設備ＢＥでの反応を開始してよいと判断する。
In addition, the
「第二実施形態」
本開示に係る水素製造プラントの第二実施形態について、図４を用いて説明する。
Second Embodiment
A second embodiment of the hydrogen production plant according to the present disclosure will be described with reference to FIG.
本実施形態の水素製造プラントも、第一実施形態の水素製造プラントと同様、ブンゼン反応設備ＢＥと、硫酸反応設備ＳＥと、ヨウ化水素反応設備ＩＥａと、制御装置１３０ａと、を備える。但し、本実施形態のヨウ化水素反応設備ＩＥａは、第一実施形態のヨウ化水素反応設備ＩＥと異なる。この関係で、本実施形態の制御装置１３０ａも、第一実施形態の制御装置１３０と異なる。
Like the hydrogen production plant of the first embodiment, the hydrogen production plant of this embodiment also includes a Bunsen reaction facility BE, a sulfuric acid reaction facility SE, a hydrogen iodide reaction facility IEa, and a
本実施形態のヨウ化水素反応設備ＩＥａは、第一実施形態のヨウ化水素反応設備ＩＥと同様、第二蓄熱器７０と、第二太陽光ガイド装置８０と、ヨウ化水素反応器９０と、ヨウ素供給ライン８６と、を有する。本実施形態のヨウ化水素反応設備ＩＥａは、さらに、ヨウ化水素タンク８１と、ヨウ化水素供給ライン８２と、ヨウ化水素供給機８３と、ヨウ化水素流量調節器８４と、ヨウ素タンク８５と、ヨウ素供給機８７と、ヨウ素流量調節器８８と、を有する。
The hydrogen iodide reaction equipment IEa of this embodiment, like the hydrogen iodide reaction equipment IE of the first embodiment, has a second
ヨウ化水素タンク８１は、ヨウ化水素ライン１４に接続され、ブンゼン反応設備ＢＥからのヨウ化水素を一時的に蓄えるタンクである。ヨウ化水素供給ライン８２は、ヨウ化水素タンク８１とヨウ化水素反応器９０とを接続し、ヨウ化水素タンク８１内のヨウ化水素をヨウ化水素反応器９０に導くラインである。なお、このヨウ化水素供給ライン８２は、ヨウ化水素反応器９０の対象物受入部６４における入口６４ｉに接続されている。ヨウ化水素供給機８３は、ヨウ化水素供給ライン８２に設けられ、ヨウ化水素供給ライン８２内の液体のヨウ化水素をヨウ化水素反応器９０に送るポンプである。ヨウ化水素流量調節器８４は、ヨウ化水素供給ライン８２に設けられ、ヨウ化水素反応器９０に送るヨウ化水素の流量を調節する流量調節弁である。
The
ヨウ素タンク８５は、ヨウ素供給ライン８６に設けられている。このヨウ素タンク８５は、ヨウ化水素反応器９０で生成されたヨウ素（気体）を一時的に蓄えるタンクである。このヨウ素タンク８５には、圧力計８５ｐが設けられている。ヨウ素供給機８７は、ヨウ素供給ライン８６中で、ヨウ素タンク８５よりもブンゼン反応器１０側の位置に設けられている。このヨウ素供給機８７は、ヨウ素タンク８５内の気体のヨウ素をブンゼン反応器１０に送る圧縮機である。ヨウ素流量調節器８８は、ヨウ素供給ライン８６中で、ヨウ素供給機８７よりもブンゼン反応器１０側の位置に設けられている。このヨウ素流量調節器８８は、ブンゼン反応器１０に送るヨウ素の流量を調節する流量調節弁である。
The
本実施形態の制御装置１３０ａは、第一実施形態の制御装置１３０と同様、反応制御器１３１と、硫酸供給制御器１３２と、を有する。本実施形態の制御装置１３０ａは、さらに、ヨウ化水素供給制御器１３３を有する。ヨウ化水素供給制御器１３３は、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度より高くなると、ヨウ化水素供給機８３に対して駆動を指示すると共に、ヨウ化水素流量調節器８４に対してヨウ化水素タンク８１からヨウ化水素反応器９０へヨウ化水素を送れる状態にするよう指示する。
The
次に、以上で説明した水素製造プラントの動作について説明する。 Next, we will explain the operation of the hydrogen production plant described above.
制御装置１３０ａの反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付け、且つ二酸化硫黄タンク５４内の二酸化硫黄の量が予め定められた量以上であることを条件として、二酸化硫黄供給機５６に対して駆動を指示すると共に、二酸化硫黄流量調節器５７に対して二酸化硫黄タンク５４からブンゼン反応器１０へ二酸化硫黄を送れる状態にするよう指示する。この結果、二酸化硫黄タンク５４内の気体の二酸化硫黄は、二酸化硫黄供給ライン５５を介して、ブンゼン反応器１０内に流入する。
The
反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付け、且つヨウ素タンク８５内のヨウ素の量が予め定められた量以上であることを条件として、ヨウ素供給機８７に対して駆動を指示すると共に、ヨウ素流量調節器８８に対してヨウ素タンク８５からブンゼン反応器１０へヨウ素を送れる状態にするよう指示する。この結果、ヨウ素タンク８５内の気体のヨウ素は、ヨウ素供給ライン８６を介して、ブンゼン反応器１０内に流入する。
The
ブンゼン反応器１０内では、ブンゼン反応器１０内の液体の水と、二酸化硫黄タンク５４からの二酸化硫黄と、ヨウ素タンク８５からのヨウ素とが、ブンゼン反応する。
In the
反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥでの反応開始の指示を受け付けると、さらに、硫酸ポンプ１３及びヨウ化水素ポンプ１５に対して駆動を指示する。この結果、分離器１１内の硫酸（液体）が硫酸タンク５０内に送られ、硫酸タンク５０内には、液体の硫酸が蓄えられる。さらに、分離器１１内のヨウ化水素（液体）がヨウ化水素タンク８１内に送られ、ヨウ化水素タンク８１内には、液体のヨウ化水素が蓄えられる。
When the
反応制御器１３１は、二酸化硫黄タンク５４内に二酸化硫黄がなくなった場合、又は、ヨウ素タンク８５内のヨウ素がなくなった場合、二酸化硫黄供給機５６に対して停止を指示すると共に、二酸化硫黄流量調節器５７に対して二酸化硫黄タンク５４からブンゼン反応器１０へ二酸化硫黄を送れない状態にするよう指示する。この結果、二酸化硫黄タンク５４内からブンゼン反応器１０内へ二酸化硫黄は、流入しなくなる。なお、反応制御器１３１は、ヨウ素タンク８５に設けられている圧力計８５ｐで検知されたタンク内圧力が予め定められた圧力より低くなると、ヨウ素タンク８５内にヨウ素がなくなったと判断する。
When there is no more sulfur dioxide in the
反応制御器１３１は、二酸化硫黄タンク５４内に二酸化硫黄がなくなった場合、又は、ヨウ素タンク８５内のヨウ素がなくなった場合、さらに、ヨウ素供給機８７に対して停止を指示すると共に、ヨウ素流量調節器８８に対してヨウ素タンク８５からブンゼン反応器１０へヨウ素を送れない状態にするよう指示する。この結果、ヨウ素タンク８５内からブンゼン反応器１０内へヨウ素は、流入しなくなる。
When there is no more sulfur dioxide in the
制御装置１３０ａの硫酸供給制御器１３２は、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度（例えば、６５０～７５０℃）よりも高くなると、第一実施形態と同様、硫酸供給機５２に対して駆動を指示すると共に、硫酸流量調節器５３に対して硫酸タンク５０から硫酸反応器６０へ硫酸を送れる状態にするよう指示する。この結果、硫酸タンク５０内の液体の硫酸は、硫酸供給ライン５１を介して、硫酸反応器６０内に流入する。硫酸反応器６０内では、硫酸が熱分解反応して、二酸化硫黄と酸素と水とが生成される。二酸化硫黄と酸素とは、二酸化硫黄供給ライン５５を介して、二酸化硫黄タンク５４に蓄えられる。
When the temperature of the
硫酸供給制御器１３２は、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度が硫酸の熱分解に必要な温度（例えば、６５０～６００℃）以下になると、硫酸供給機５２に対して停止を指示すると共に、硫酸流量調節器５３に対して硫酸タンク５０から硫酸反応器６０へ硫酸を送れない状態にするよう指示する。この結果、硫酸タンク５０内の液体の硫酸は、硫酸反応器６０内に流入しなくなる。
When the temperature of the
制御装置１３０ａのヨウ化水素供給制御器１３３は、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度が予め定められた温度（例えば、４５０～５００℃））よりも高くなると、ヨウ化水素供給機８３に対して駆動を指示すると共に、ヨウ化水素流量調節器８４に対してヨウ化水素タンク８１からヨウ化水素反応器９０へヨウ化水素を送れる状態にするよう指示する。この結果、ヨウ化水素タンク８１内の液体のヨウ化水素は、ヨウ化水素供給ライン８２を介して、ヨウ化水素反応器９０内に流入する。ヨウ化水素反応器９０内では、ヨウ化水素が熱分解反応して、ヨウ素と水素とが生成される。ヨウ素は、ヨウ素供給ライン８６を介して、ヨウ素タンク８５に蓄えられる。
When the temperature of the
ヨウ化水素供給制御器１３３は、第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度がヨウ化水素の熱分解に必要な温度（例えば、４００℃）以下になると、ヨウ化水素供給機８３に対して停止を指示すると共に、ヨウ化水素流量調節器８４に対してヨウ化水素タンク８１からヨウ化水素反応器９０へヨウ化水素を送れない状態にするよう指示する。この結果、ヨウ化水素タンク８１内の液体のヨウ化水素は、ヨウ化水素反応器９０内に流入しなくなる。
When the temperature of the
本実施形態の水素製造プラントも、第一実施形態の水素製造プラントと同様、ブンゼン反応器１０に送る二酸化硫黄を一時的に蓄える二酸化硫黄タンク５４を備えている。このため、本実施形態でも、二酸化硫黄タンク５４内に二酸化硫黄を蓄えている限り、ブンゼン反応器１０に流入するヨウ素に対して、ブンゼン反応に必要な二酸化硫黄を確保することができる。よって、本実施形態でも、ブンゼン反応を効率的に行うことができ、太陽光のエネルギーを水素製造に有効利用することができる。
The hydrogen production plant of this embodiment, like the hydrogen production plant of the first embodiment, is equipped with a
本実施形態の水素製造プラントは、ブンゼン反応器１０に送るヨウ素を一時的に蓄えてヨウ素タンク８５を備えている。このため、本実施形態では、ヨウ化水素の熱分解反応とブンゼン反応とを同時に実行しなくてもよく、第一実施形態よりもプラントの運用態様のパターンを多くすることができる。従って、例えば、ヨウ化水素反応器９０での水素生成により、ヨウ化水素タンク８１内のヨウ化水素が不足してきたときには、ブンゼン反応設備ＢＥでのブンゼン反応を実行することで、ヨウ化水素タンク８１内のヨウ化水素を補うことができる。
The hydrogen production plant of this embodiment is equipped with an
「第三実施形態」
本開示に係る水素製造プラントの第三実施形態について、図５を用いて説明する。
"Third embodiment"
A third embodiment of the hydrogen production plant according to the present disclosure will be described with reference to FIG.
本実施形態の水素製造プラントは、第二実施形態の水素製造プラントに、第二硫酸反応設備ＳＥｂ及び第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂを追加したプラントである。なお、以下の説明の都合上、第二実施形態の水素製造プラントにおける硫酸反応設備ＳＥを第一硫酸反応設備ＳＥとし、第二実施形態の水素製造プラントにおけるヨウ化水素反応設備ＩＥａを第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａとする。 The hydrogen production plant of this embodiment is a plant in which a second sulfuric acid reaction equipment SEb and a second hydrogen iodide reaction equipment IEb are added to the hydrogen production plant of the second embodiment. For convenience of the following explanation, the sulfuric acid reaction equipment SE in the hydrogen production plant of the second embodiment will be referred to as the first sulfuric acid reaction equipment SE, and the hydrogen iodide reaction equipment IEa in the hydrogen production plant of the second embodiment will be referred to as the first hydrogen iodide reaction equipment IEa.
本実施形態のブンゼン反応設備ＢＥｂは、第一及び第二実施形態の水素製造プラントにおけるブンゼン反応設備ＢＥと同様、ブンゼン反応器１０と、分離器１１と、第一硫酸反応設備ＳＥに対する第一硫酸ライン１２と、第一硫酸反応設備ＳＥに対する第一硫酸ポンプ１３と、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａに対する第一ヨウ化水素ライン１４と、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａに対する第一ヨウ化水素ポンプ１５と、水補給ライン１６と、を有する。本実施形態のブンゼン反応設備ＢＥｂは、さらに、第二硫酸反応設備ＳＥｂに対する第二硫酸ライン１２ｂと、第二硫酸反応設備ＳＥｂに対する第二硫酸ポンプ１３ｂと、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂに対する第二ヨウ化水素ライン１４ｂと、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂに対する第二ヨウ化水素ポンプ１５ｂと、を有する。
The Bunsen reaction equipment BEb of this embodiment has a
第二硫酸ライン１２ｂは、第一硫酸ライン１２から分岐している。第二硫酸ポンプ１３ｂは、この第二硫酸ライン１２ｂに設けられている。第二ヨウ化水素ライン１４ｂは、第一ヨウ化水素ライン１４から分岐している。第二ヨウ化水素ポンプ１５ｂは、この第二ヨウ化水素ライン１４ｂに設けられている。
The second
なお、本実施形態のブンゼン反応設備ＢＥｂも、第一及び第二実施形態の水素製造プランにおけるブンゼン反応設備ＢＥと同様、さらに、硫酸精製塔、硫酸濃縮塔、ヨウ化水素精製塔、ヨウ化水素濃縮器、ヨウ化水素蒸留塔をさらに有してもよい。 The Bunsen reaction equipment BEb of this embodiment may further include a sulfuric acid purification tower, a sulfuric acid concentration tower, a hydrogen iodide purification tower, a hydrogen iodide concentrator, and a hydrogen iodide distillation tower, similar to the Bunsen reaction equipment BE in the hydrogen production plans of the first and second embodiments.
第二硫酸反応設備ＳＥｂも、第一硫酸反応設備ＳＥと同様、ブンゼン反応設備ＢＥｂからの硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解させ、二酸化硫黄及び水をブンゼン反応設備ＢＥｂに送る設備である。この第二硫酸反応設備ＳＥｂは、第一蓄熱器２０ｂと、第一太陽光ガイド装置４０ｂと、二酸化硫黄供給ライン５５ｂと、二酸化硫黄流量調節器５７ｂと、冷却器５８ｂと、水供給ライン５９ｂと、複数の硫酸反応器６０ｂと、を有する。但し、第二硫酸反応設備ＳＥｂは、第一硫酸反応設備ＳＥにおける硫酸タンク５０と、硫酸供給ライン５１と、硫酸供給機５２と、硫酸流量調節器５３と、二酸化硫黄タンク５４と、二酸化硫黄供給機５６と、を有していない。
The second sulfuric acid reaction equipment SEb, like the first sulfuric acid reaction equipment SE, thermally decomposes sulfuric acid from the Bunsen reaction equipment BEb into sulfur dioxide, oxygen, and water, and sends the sulfur dioxide and water to the Bunsen reaction equipment BEb. This second sulfuric acid reaction equipment SEb has a first
第一蓄熱器２０ｂ、第一太陽光ガイド装置４０ｂ、二酸化硫黄流量調節器５７ｂ、冷却器５８ｂ、水供給ライン５９ｂ、硫酸反応器６０ｂは、いずれも、第一硫酸反応設備ＳＥにおける対応機器又はラインと同様である。第二硫酸ライン１２ｂは、複数の硫酸反応器６０ｂに接続されている。
The first
第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂも、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａと同様、ブンゼン反応設備ＢＥｂで生成されたヨウ化水素を水素とヨウ素とに熱分解させ、水素を外部に排出すると共に、ヨウ素をブンゼン反応設備ＢＥｂに送る設備である。この第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂは、第二蓄熱器７０ｂと、第二太陽光ガイド装置８０ｂと、複数のヨウ化水素反応器９０ｂと、ヨウ素供給ライン８６ｂと、ヨウ素流量調節器８８ｂと、水素ライン９４ｂと、を有する。但し、この第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂは、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ化水素タンク８１と、ヨウ化水素供給ライン８２と、ヨウ化水素供給機８３と、ヨウ化水素流量調節器８４と、ヨウ素タンク８５と、ヨウ素供給機８７と、を有していない。
The second hydrogen iodide reaction equipment IEb, like the first hydrogen iodide reaction equipment IEa, is a facility that thermally decomposes hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction equipment BEb into hydrogen and iodine, discharges the hydrogen to the outside, and sends the iodine to the Bunsen reaction equipment BEb. This second hydrogen iodide reaction equipment IEb has a second
第二蓄熱器７０ｂ、第二太陽光ガイド装置８０ｂ、ヨウ化水素反応器９０ｂ、ヨウ素供給ライン８６ｂ、ヨウ素流量調節器８８ｂは、いずれも、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおける対応機器又はラインと同様である。第二ヨウ化水素ライン１４ｂは、複数のヨウ化水素反応器９０ｂに接続されている。
The second
本実施形態の制御装置１３０ｂは、第二実施形態の制御装置１３０ａと同様、反応制御器１３１と、硫酸供給制御器１３２と、ヨウ化水素供給制御器１３３を有する。
The
次に、以上で説明した水素製造プラントの動作について説明する。 Next, we will explain the operation of the hydrogen production plant described above.
太陽が水素製造プラントの敷地を照らしていると、第一硫酸反応設備ＳＥにおける第一蓄熱器２０の蓄熱体３０、第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける第一蓄熱器２０ｂの蓄熱体３０、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおける第二蓄熱器７０の蓄熱体３０、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおける第二蓄熱器７０ｂの蓄熱体３０は、太陽光により加熱される。この結果、これら蓄熱体３０の温度が上昇する。
When the sun shines on the site of the hydrogen production plant, the
制御装置１３０ｂの反応制御器１３１は、第一蓄熱器２０，２０ｂの蓄熱体３０の温度が前述の予め定められた温度（例えば、６５０～７５０℃）よりも高くなり、且つ、第二蓄熱器７０，７０ｂの蓄熱体３０の温度が前述の予め定められた温度（例えば、４５０～５００℃）よりも高くなった後、外部からブンゼン反応設備ＢＥｂでの反応開始の指示を受け付けると、第二硫酸ポンプ１３ｂ及び第二ヨウ化水素ポンプ１５ｂに対して、駆動を指示する。
When the
この結果、分離器１１内の硫酸が、第二硫酸ライン１２ｂを介して、第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける複数の硫酸反応器６０ｂ内に送られる。さらに、分離器１１内のヨウ化水素が、第二ヨウ化水素ライン１４ｂを介して、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおける複数のヨウ化水素反応器９０ｂ内に送られる。複数の硫酸反応器６０ｂ内では、硫酸の熱分解反応により、二酸化硫黄と酸素と水とが生成される。複数の硫酸反応器６０ｂ内で生成された二酸化硫黄は、第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける二酸化硫黄供給ライン５５ｂ及び二酸化硫黄流量調節器５７ｂを介して、ブンゼン反応器１０に流入する。また、複数の硫酸反応器６０ｂ内で生成された水は、第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける冷却器５８ｂ及び水供給ライン５９ｂを介して、ブンゼン反応器１０内に流入する。複数のヨウ化水素反応器９０ｂ内では、ヨウ化水素の熱分解反応により、ヨウ素と水素とが生成される。複数のヨウ化水素反応器９０ｂ内で生成された水素は、水素ライン９４ｂを介して、例えば、水素タンク等に流入する。また、複数のヨウ化水素反応器９０ｂ内で生成されたヨウ素は、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおけるヨウ素供給ライン８６ｂ及びヨウ素流量調節器８８ｂを介して、ブンゼン反応器１０内に流入する。
As a result, the sulfuric acid in the
ブンゼン反応器１０内では、第二硫酸反応設備ＳＥｂからの二酸化硫黄及び水と、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂからのヨウ素とがブンゼン反応して、ヨウ化水素及び硫酸になる。これらヨウ化水素及び硫酸は、分離器１１に送られ、ここで、これらが分離している状態で一時的に蓄えられる。
In the
制御装置１３０ｂの硫酸供給制御器１３２は、第一硫酸反応設備ＳＥにおける硫酸タンク５０内の硫酸の量が予め定められた量以下になると、第一硫酸ポンプ１３に対して駆動を指示する。このため、硫酸タンク５０内の硫酸の量は、基本的に、予め定められた量以上である。また、ヨウ化水素供給制御器１３３は、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ化水素タンク８１内のヨウ化水素の量が予め定められた量以下になると、第一ヨウ化水素ポンプ１５に対して駆動を指示する。このため、ヨウ化水素タンク８１内のヨウ化水素の量は、基本的に、予め定められた量以上である。
The sulfuric
制御装置１３０ｂの反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥｂでの反応開始の指示を受け付けると、さらに、硫酸供給制御器１３２に対してその旨を伝える。硫酸供給制御器１３２は、反応制御器１３１から反応開始の指示を受け付けると、第一硫酸反応設備ＳＥにおける硫酸供給機５２に対して駆動を指示すると共に、第一硫酸反応設備ＳＥにおける硫酸流量調節器５３に対して開を指示する。この結果、第一硫酸反応設備ＳＥにおける硫酸タンク５０内の硫酸が、硫酸供給ライン５１を介して、第一硫酸反応設備ＳＥにおける複数の硫酸反応器６０内に送られる。複数の硫酸反応器６０内では、硫酸の熱分解反応により、二酸化硫黄と酸素と水とが生成される。複数の硫酸反応器６０内で生成された二酸化硫黄は、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄タンク５４内に蓄えられる。このとき、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄供給機５６は駆動しておらず、且つ、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄流量調節器５７が閉じている。このため、第一硫酸反応設備ＳＥで生成された二酸化硫黄は、ブンゼン反応器１０に流入せず、二酸化硫黄タンク５４内に留まる。また、第一硫酸反応設備ＳＥにおける複数の硫酸反応器６０内で生成された水は、第一硫酸反応設備ＳＥにおける、冷却器５８及び水供給ライン５９を介して、ブンゼン反応器１０内に流入する。
When the
反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥｂでの反応開始の指示を受け付けると、さらに、ヨウ化水素供給制御器１３３に対してその旨を伝える。ヨウ化水素供給制御器１３３は、反応制御器１３１から反応開始の指示を受け付けると、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ化水素供給機８３に対して駆動を指示すると共に、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ化水素流量調節器８４に対して開を指示する。この結果、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ化水素タンク８１内のヨウ化水素が、ヨウ化水素供給ライン８２を介して、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおける複数のヨウ化水素反応器９０内に送られる。複数のヨウ化水素反応器９０内では、ヨウ化水素の熱分解反応により、ヨウ素と水素とが生成される。複数のヨウ化水素反応器９０内で生成された水素は、水素ライン９４を介して、例えば、水素タンク等に流入する。また、複数のヨウ化水素反応器９０内で生成されたヨウ素は、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素タンク８５内に蓄えられる。このとき、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素供給機８７は駆動しておらず、且つ、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素流量調節器８８が閉じているため、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａで生成されたヨウ素は、ブンゼン反応器１０に流入せず、ヨウ素タンク８５内に留まる。
When the
以上のように、本実施形態では、第二硫酸反応設備ＳＥｂがブンゼン反応器１０に二酸化硫黄を供給しているときには、第一硫酸反応設備ＳＥはブンゼン反応器１０に二酸化硫黄を供給しない。また、本実施形態では、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂがブンゼン反応器１０にヨウ素を供給しているときには、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａはブンゼン反応器１０にヨウ素を供給しない。
As described above, in this embodiment, when the second sulfuric acid reaction equipment SEb is supplying sulfur dioxide to the
晴天から雲天に変化し、又は昼間から夜間に変化し、太陽が水素製造プラントの敷地を照らさなくなると、第一硫酸反応設備ＳＥにおける第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度、第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける第一蓄熱器２０ｂの蓄熱体３０の温度、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおける第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおける第二蓄熱器７０ｂの蓄熱体３０の温度が低下する。
When the weather changes from clear to cloudy, or from daytime to nighttime, and the sun no longer shines on the hydrogen production plant site, the temperature of the
反応制御器１３１は、第一蓄熱器２０，２０ｂの蓄熱体３０の温度が前述の予め定められた温度（例えば、６５０～７５０℃）よりも低く硫酸の熱分解反応に必要な温度（６００～６５０℃）に近くなると（例えば、６２０～６７０℃）、第二硫酸ポンプ１３ｂに対して停止を指示すると共に、第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける二酸化硫黄流量調節器５７ｂに対して閉を指示する。この結果、第二硫酸反応設備ＳＥｂからブンゼン反応器１０に二酸化硫黄及び水が供給されなくなる。また、反応制御器１３１は、硫酸供給制御器１３２に対して、第一蓄熱器２０，２０ｂの蓄熱体３０の温度が前述の予め定められた温度よりも低く硫酸の熱分解反応に必要な温度に近くなった旨を伝える。硫酸供給制御器１３２は、第一硫酸反応設備ＳＥにおける硫酸供給機５２に対して停止を指示すると共に、第一硫酸反応設備ＳＥにおける硫酸流量調節器５３に対して閉を指示する。また、反応制御器１３１は、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄供給機５６に対して駆動を指示すると共に、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄流量調節器５７に対して開を指示する。なお、反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥｂでの反応開始の指示を受け付け、又は、自身がブンゼン反応設備ＢＥｂでの反応を開始してよいと判断し、且つ二酸化硫黄タンク５４内の二酸化硫黄の量が予め定められた量以上であり、さらに、第二硫酸反応設備ＳＥｂからブンゼン反応設備ＢＥｂへの二酸化硫黄の供給が停止したことを条件として、二酸化硫黄供給機５６への駆動指示等を行う。この結果、第一硫酸反応設備ＳＥでは、二酸化硫黄及び水が生成されなくなるものの、この第一硫酸反応設備ＳＥの二酸化硫黄タンク５４内の二酸化硫黄がブンゼン反応器１０に流入する。
When the temperature of the
制御装置１３０ｂの反応制御器１３１は、第二蓄熱器７０，７０ｂの蓄熱体３０の温度が前述の予め定められた温度（例えば、４５０～５００℃）よりも低くヨウ化水素の熱分解反応に必要な温度（約４００℃）に近くなると（例えば、約４２０℃）、第二ヨウ化水素ポンプ１５ｂに対して停止を指示すると共に、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおけるヨウ素流量調節器８８に対して閉を指示する。この結果、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂからブンゼン反応器１０にヨウ素が供給されなくなる。また、反応制御器１３１は、ヨウ化水素供給制御器１３３に対して、第二蓄熱器７０，７０ｂの蓄熱体３０の温度が前述の予め定められた温度よりも低くヨウ化水素の熱分解反応に必要な温度に近くなった旨を伝える。ヨウ化水素供給制御器１３３は、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ化水素供給機８３に対して停止を指示すると共に、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ化水素流量調節器８４に対して閉を指示する。また、反応制御器１３１は、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素供給機８７に対して駆動を指示すると共に、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素流量調節器８８に対して開を指示する。なお、反応制御器１３１は、外部からブンゼン反応設備ＢＥｂでの反応開始の指示を受け付け、又は、自身がブンゼン反応設備ＢＥｂでの反応を開始してよいと判断し、且つヨウ素タンク８５内のヨウ素の量が予め定められた量以上であり、さらに、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂからブンゼン反応設備ＢＥｂへのヨウ素の供給が停止したことを条件として、ヨウ素供給機８７への駆動指示等を行う。この結果、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａでは、ヨウ素及び水素が生成されなくなるものの、この第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａのヨウ素タンク８５内のヨウ素がブンゼン反応器１０に流入する。
When the temperature of the
以上のように、本実施形態では、第一蓄熱器２０，２０ｂの蓄熱体３０の温度が前述の予め定められた温度よりも低く硫酸の熱分解反応に必要な温度に近くなり、硫酸反応器６０，６０ｂでの硫酸の熱分解反応量が低下すると、若しくは熱分解反応がしなくなると、第二硫酸反応設備ＳＥｂがブンゼン反応器１０に二酸化硫黄を供給しなくなり、第一硫酸反応設備ＳＥは二酸化硫黄タンク５４内の二酸化硫黄をブンゼン反応器１０に供給するようになる。また、本実施形態では、第二蓄熱器７０，７０ｂの蓄熱体３０の温度が前述の予め定められた温度よりも低くヨウ化水素の熱分解反応に必要な温度に近くなり、ヨウ化水素反応器９０でのヨウ化水素の熱分解反応量が低下すると、若しくは熱分解反応がしなくなると、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂがブンゼン反応器１０にヨウ素を供給しなくなり、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａはヨウ素タンク８５内のヨウ素をブンゼン反応器１０に供給するようになる。
As described above, in this embodiment, when the temperature of the
反応制御器１３１は、圧力計５４ｐで検知されたタンク内圧力に基づいて、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄タンク５４内の二酸化硫黄がなくなったと判断すると、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄供給機５６に対して停止を指示すると共に、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄流量調節器５７に対して閉を指示する。また、反応制御器１３１は、圧力計８５ｐで検知されたタンク内圧力に基づいて、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素タンク８５内のヨウ素がなくなったと判断すると、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素供給機８７に対して停止を指示すると共に、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素流量調節器８８に対して閉を指示する。
When the
本実施形態では、第一硫酸反応設備ＳＥは、太陽が水素製造プラントの敷地を照らしているとき、硫酸反応器６０で生成された二酸化硫黄をブンゼン反応器１０に供給せずに、二酸化硫黄タンク５４内に溜めておき、太陽が水素製造プラントの敷地を照らさなくなると、この二酸化硫黄タンク５４内の二酸化硫黄をブンゼン反応器１０に供給する。さらに、本実施形態では、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａは、太陽が水素製造プラントの敷地を照らしているとき、ヨウ化水素反応器９０で生成されたヨウ素をブンゼン反応器１０に供給せずに、ヨウ素タンク８５内に溜めておき、太陽が水素製造プラントの敷地を照らさなくなると、このヨウ素タンク８５内のヨウ素をブンゼン反応器１０に供給する。このため、本実施形態では、太陽が水素製造プラントの敷地を照らさなくなっても、長時間にわたって、ブンゼン反応器１０内でブンゼン反応が行われる。従って、本実施形態では、第一実施形態や第二実施形態よりも、水素製造プラントの稼働率を向上させることができる。
In this embodiment, when the sun is shining on the site of the hydrogen production plant, the first sulfuric acid reaction equipment SE does not supply the sulfur dioxide generated in the
本実施形態の水素製造プラントは、前述したように、第二実施形態の水素製造プラントに、第二硫酸反応設備ＳＥｂ及び第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂを追加したプラントである。しかしながら、第一実施形態の水素製造プラントに、本実施形態の第二硫酸反応設備ＳＥｂを追加してもよい。 As described above, the hydrogen production plant of this embodiment is a plant in which a second sulfuric acid reaction equipment SEb and a second hydrogen iodide reaction equipment IEb are added to the hydrogen production plant of the second embodiment. However, the second sulfuric acid reaction equipment SEb of this embodiment may be added to the hydrogen production plant of the first embodiment.
「第四実施形態」
本開示に係る水素製造プラントの第四実施形態について、図６を用いて説明する。
"Fourth embodiment"
A fourth embodiment of the hydrogen production plant according to the present disclosure will be described with reference to FIG.
本実施形態の水素製造プラントは、第一実施形態の水素製造プラントに、高温気体供給設備ＨＧＥを追加したプラントである。 The hydrogen production plant of this embodiment is a plant in which a high-temperature gas supply equipment (HGE) is added to the hydrogen production plant of the first embodiment.
高温気体供給設備ＨＧＥは、予備送風機１０１と、気体加熱器１０２と、高温気体ライン１０３と、第一高温気体調節弁１０４ａと、第二高温気体調節弁１０４ｂと、を有する。
The high-temperature gas supply equipment HGE has a
気体加熱器１０２は、高温媒体発生源１０５から高温媒体と気体とを熱交換させて、気体を加熱する熱交換器である。予備送風機１０１は、気体加熱器１０２に気体を圧送する。高温媒体発生源１０５は、原子炉等の高温ガス炉等である。この場合、高温媒体は、例えば、９００℃以上のヘリウムガスである。気体加熱器１０２は、このような高温媒体と気体とを熱交換させて、この気体を例えば８００℃程度まで加熱する。高温気体ライン１０３は、気体加熱器１０２で加熱された気体である高温気体が流れるラインである。この高温気体ライン１０３は、気体加熱器１０２に接続されている主高温気体ライン１０３ｍと、この主高温気体ライン１０３ｍから分岐している第一高温気体ライン１０３ａ及び第二高温気体ライン１０３ｂと、を有する。第一高温気体ライン１０３ａは、第一気体ライン３２中で、第一気体調節弁３３よりも第一蓄熱器２０のケース２１側の位置に接続されている。この第一高温気体ライン１０３ａには、第一高温気体調節弁１０４ａが設けられている。第二高温気体ライン１０３ｂは、第二気体ライン７２中で、第二気体調節弁７３よりも第二蓄熱器７０のケース２１側の位置に接続されている。この第二高温気体ライン１０３ｂには、第二高温気体調節弁１０４ｂが設けられている。
The
本実施形態では、第一気体調節弁３３、第二気体調節弁７３、第一高温気体調節弁１０４ａ及び第二高温気体調節弁１０４ｂで、各蓄熱器２０，７０のケース２１内に高温気体を送れる状態と高温気体を送れない状態とに切り替える切替機を構成する。
In this embodiment, the first
以上の各実施形態の水素製造プラントでは、このプラントの敷地を太陽光が照らしているときに、硫酸熱分解反応及びヨウ化水素熱分解反応が基本的に実行される。言い換えると、以上の各実施形態の水素製造プラントでは、このプラントの敷地を太陽光が照らしていないとき、硫酸熱分解反応及びヨウ化水素熱分解反は基本的に実行されない。このため、以上の各実施形態の水素製造プラントでは、このプラントの敷地を太陽光が照らしていないとき、水素は基本的に生成されない。 In the hydrogen production plant of each of the above embodiments, the sulfuric acid thermal decomposition reaction and the hydrogen iodide thermal decomposition reaction are basically carried out when sunlight is shining on the plant site. In other words, in the hydrogen production plant of each of the above embodiments, the sulfuric acid thermal decomposition reaction and the hydrogen iodide thermal decomposition reaction are basically not carried out when sunlight is not shining on the plant site. For this reason, in the hydrogen production plant of each of the above embodiments, hydrogen is basically not produced when sunlight is not shining on the plant site.
本実施形態の水素製造プラントは、このプラントの敷地を太陽光が照らしていないときでも、水素を生成できるようにするために、高温媒体発生源１０５から高温媒体の熱を利用する。
The hydrogen production plant of this embodiment utilizes the heat of the high-temperature medium from the high-temperature
本実施形態の水素製造プラントでは、このプラントの敷地を太陽光Ｒが照らしているとき、高温気体供給設備ＨＧＥの予備送風機１０１を停止しておくと共に、第一高温気体調節弁１０４ａ及び第二高温気体調節弁１０４ｂを閉じておく。また、このとき、第一送風機３１及び第二送風機７１を駆動すると共に、第一気体調節弁３３及び第二気体調節弁７３を開ける。この結果、第一蓄熱器２０のケース２１内に、第一送風機３１から気体が圧送され、このケース２１内の複数の蓄熱材粒子がこのケース２１内で流動する。また、第二蓄熱器７０のケース２１内に、第二送風機７１から気体が圧送され、このケース２１内の複数の蓄熱材粒子がこのケース２１内で流動する。各ケース２１内で流動している複数の蓄熱材粒子には、太陽光Ｒが照射されて、複数の蓄熱材粒子が加熱される。
In the hydrogen production plant of this embodiment, when sunlight R shines on the site of the plant, the
本実施形態の水素製造プラントでは、このプラントの敷地を太陽光Ｒが照らしていないとき、第一送風機３１及び第二送風機７１を停止しておくと共に、第一気体調節弁３３及び第二気体調節弁７３を閉じておく。また、このとき、高温気体供給設備ＨＧＥの予備送風機１０１を駆動すると共に、第一高温気体調節弁１０４ａ及び第二高温気体調節弁１０４ｂを開ける。この結果、第一蓄熱器２０のケース２１内に、気体加熱器１０２で加熱された高温気体が圧送され、このケース２１内の複数の蓄熱材粒子がこのケース２１内で流動すると共に、高温気体により複数の蓄熱材粒子が加熱される。また、第二蓄熱器７０のケース２１内に、気体加熱器１０２で加熱された高温気体が圧送され、このケース２１内の複数の蓄熱材粒子がこのケース２１内で流動すると共に、高温気体により複数の蓄熱材粒子が加熱される。
In the hydrogen production plant of this embodiment, when the site of the plant is not illuminated by sunlight R, the
よって、本実施形態では、プラントの敷地を太陽光Ｒが照らしていないときでも、第一蓄熱器２０の蓄熱体３０及び第二蓄熱器７０の蓄熱体３０を加熱することができる。このため、本実施形態では、プラントの敷地を太陽光Ｒが照らしていないときでも、硫酸反応器６０内での硫酸熱分解反応及びヨウ化水素反応器９０内でのヨウ化水素熱分解反応を実行することができる。
Therefore, in this embodiment, even when sunlight R is not shining on the plant site, the
以上のように、本実施形態では、プラントの敷地を太陽光Ｒが照らしていないときでも、ヨウ化水素熱分解反応を実行することができるので、水素の生産性を高めることができる。 As described above, in this embodiment, the hydrogen iodide thermal decomposition reaction can be carried out even when sunlight R is not shining on the plant site, thereby increasing hydrogen productivity.
なお、本実施形態では、予備送風機１０１に対して、気体の流れの下流側に気体加熱器１０２を配置している。しかしながら、予備送風機１０１に対して、気体の流れの上流側に気体加熱器１０２を配置してもよい。
In this embodiment, the
また、本実施形態のプラントに、第一気体循環ライン、第二気体循環ライン、第三気体循環ライン、さらにこれらのライン内の気体の流れを調節する調節器と、を追加してもよい。第一気体循環ラインは、第一蓄熱器２０の気体排気口２８ｏと送風機３１の上流側の部分とを接続するラインである。第二気体循環ラインは、第二蓄熱器７０の気体排気口２８ｏと送風機７１の上流側の部分とを接続するラインである。第三気体循環ラインは、第一蓄熱器２０の気体排気口２８ｏ及び第二蓄熱器７０の気体排気口２８ｏと、予備送風機１０１とを接続するラインである。このように、気体循環ライン等を追加することで、各蓄熱器２０,７０から流出した高温の気体を有効に再利用することができる。
In addition, the plant of this embodiment may be added with a first gas circulation line, a second gas circulation line, a third gas circulation line, and a regulator for adjusting the flow of gas in these lines. The first gas circulation line is a line that connects the gas exhaust port 28o of the
本実施形態は、気体加熱器１０２で加熱された気体を第一蓄熱器２０のケース２１内及び第二蓄熱器７０のケース２１内に送れるようにしている。しかしながら、気体加熱器１０２で加熱された気体を第一蓄熱器２０のケース２１内のみに送れるようにしてもよい。この場合、第一高温気体調節弁１０４ａと第二高温気体調節弁１０４ｂとのうち、第一高温気体調節弁１０４ａのみが切替機を構成する。この切替機は、第一蓄熱器２０のケース２１内に高温気体を送れる状態と高温気体を送れない状態とに切り替える。また、加熱器１０２で加熱された気体を第二蓄熱器７０のケース２１内のみに送れるようにしてもよい。この場合、第一高温気体調節弁１０４ａと第二高温気体調節弁１０４ｂとのうち、第二高温気体調節弁１０４ｂのみが切替機を構成する。この切替機は、第二蓄熱器７０のケース２１内に高温気体を送れる状態と高温気体を送れない状態とに切り替える。
In this embodiment, the gas heated by the
本実施形態は、前述したように、第一実施形態の水素製造プラントに、高温気体供給設備ＨＧＥを追加したプラントである。しかしながら、第二実施形態や第三実施形態の水素製造プラントに以上で説明した高温気体供給設備ＨＧＥを追加してもよい。 As described above, this embodiment is a plant in which a high-temperature gas supply equipment HGE is added to the hydrogen production plant of the first embodiment. However, the high-temperature gas supply equipment HGE described above may be added to the hydrogen production plant of the second or third embodiment.
「電力供給設備の例」
本開示に係る水素製造プラントにおける電力供給設備の例について、図７を用いて説明する。
"Example of power supply equipment"
An example of a power supply facility in a hydrogen production plant according to the present disclosure will be described with reference to FIG.
以上の各実施形態の水素製造プラントでは、電力供給設備について何ら限定していない。本例は、以上の各実施形態の水素製造プラントにおける電力供給設備の例である。 In the hydrogen production plants of the above embodiments, there are no limitations on the power supply equipment. This example is an example of the power supply equipment in the hydrogen production plants of the above embodiments.
この電力供給設備ＰＥは、蒸気により駆動する蒸気タービン１１０と、蒸気タービン１１０の駆動で発電する発電機１１１と、蒸気タービン１１０から排気された蒸気を水に戻す復水器１１２と、給水ライン１１３と、給水ポンプ１１４と、蒸気発生装置１１５と、主蒸気ライン１２２と、を備える。
This power supply facility PE includes a
蒸気発生装置１１５は、蓄熱器１１６と、蒸気発生器１２０と、太陽光ガイド装置１２１と、を有する。蓄熱器１１６は、以上の実施形態における各蓄熱器２０,７０と同様、ケース２１と、分散板２９と、ケース２１内に気体を送る送風機１１７と、ケース２１内の流動層室２９ｆに配置された蓄熱体３０と、を有する。送風機１１７の吐出口とケース２１とは、気体ライン１１８で接続されている。この気体ライン１１８中には、気体ライン１１８を流れる流動用気体の流量を調節する気体調節弁１１９が設けられている。太陽光ガイド装置１２１は、太陽光Ｒを蓄熱器１１６に導いて、蓄熱器１１６の蓄熱体３０を加熱する装置である。この太陽光ガイド装置１２１も、以上の実施形態における太陽光ガイド装置４０,８０と同様、太陽光Ｒを目的の位置に導く一以上のヘリオスタット４１と、目的の位置に配置されている固定反射鏡４２と、を有する。
The
復水器１１２には、復水器１１２内の水を蒸気発生器１２０に導く給水ライン１１３の一端が接続されている。蓄熱器１１６の流動層室２９ｆ内には、蒸気発生器１２０としての伝熱管が配置されている。給水ライン１１３の他端は、この伝熱管の一端に接続されている。この伝熱管の他端は、主蒸気ライン１２２を介して、蒸気タービン１１０の蒸気入口に接続されている。
One end of a
蓄熱体３０は、太陽光により、加熱される。蓄熱器１１６内の蒸気発生器１２０は、給水ライン１１３からの水と蓄熱体３０とを熱交換させて、水を加熱して、この水を蒸気にする。この蒸気は、主蒸気ライン１２２を介して、蒸気タービン１１０に送られ、蒸気タービン１１０を駆動させる。この蒸気タービン１１０の駆動により、発電機１１１は発電する。
The
発電機１１１には、主電力経路１２５が接続されている。この主電力経路１２５には、変圧器１２６及び遮断器１２７が設けられている。この主電力経路１２５には、外部系統１２８及び所内系統１２９が接続されている。発電機１１１で発電された電力は、主電力経路１２５及び所内系統１２９を介して、以上の各実施形態におけるブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂ、硫酸反応設備ＳＥ，ＳＥｂ及びヨウ化水素反応設備ＩＥ，ＩＥａ，ＩＥｂでの電気駆動源（例えば、モータ）に供給される。
A
以上の各実施形態の水素製造プラントで、本例の電力供給設備ＰＥを採用することにより、太陽光Ｒのエネルギーを有効利用して、外部系統１２８から受ける電力を少なくすることができる。
By adopting the power supply equipment PE of this example in the hydrogen production plant of each of the above embodiments, it is possible to effectively utilize the energy of sunlight R and reduce the amount of power received from the
「蓄熱器の第一変形例」
本開示に係る水素製造プラントにおける蓄熱器の第一変形例について、図８を用いて説明する。
"First Variation of Heat Storage Unit"
A first modified example of the heat accumulator in the hydrogen production plant according to the present disclosure will be described with reference to FIG.
本変形例の蓄熱器１４０は、以上の各実施形態における蓄熱器２０，７０,１１６と同様、ケース２１ａと、分散板２９と、ケース２１ａ内に気体を送る送風機３１と、ケース２１ａ内の流動層室２９ｆに配置された蓄熱体３０と、を有する。但し、本変形例の蓄熱器１４０のケース２１ａは、以上の各実施形態における蓄熱器２０，７０,１１６のケース２１と異なる。本変形例の蓄熱器１４０のケース２１ａは、底板２７と、この底板２７と間隔をあけて対向する天板２２ａと、底板２７と天板２２ａとを接続する側板２８と、蓋２５と、を有する。本変形例の天板２２ａは、開口を有する。蓋２５は、天板２２ａの開口を開閉可能に設けられている。本変形例では、ヘリオスタット４１（図１等参照）に太陽光Ｒが届いている場合、蓋２５が開状態になる。一方、ヘリオスタット４１に太陽光Ｒが届いていない場合、蓋２５が閉状態になり、ケース２１ａ内の蓄熱体３０からの放熱を抑制する。特に、前述の高温気体供給設備ＨＧＥを備えるプラントの蓄熱器として、本変形例の蓄熱器１４０を用いることにより、蓄熱器１４０からの高温の気体の放出を抑制でき、省エネルギーを図ることができる。
The
「蓄熱器の第二変形例」
本開示に係る水素製造プラントにおける蓄熱器の第二変形例について、図９を用いて説明する。
"Second Variation of Heat Storage Unit"
A second modified example of the heat accumulator in the hydrogen production plant according to the present disclosure will be described with reference to FIG.
本変形例の蓄熱器１５０は、以上の各実施形態における蓄熱器２０，７０,１１６と同様、ケース２１ｂと、分散板２９と、ケース２１ｂ内に気体を送る送風機３１と、ケース２１ｂ内の流動層室２９ｆに配置された蓄熱体３０と、を有する。但し、本変形例の蓄熱器１５０のケース２１ｂは、以上の各実施形態における蓄熱器２０，７０,１１６のケース２１と異なる。本変形例の蓄熱器１５０のケース２１ｂは、底板２７と、この底板２７と間隔をあけて対向する天板２２ｂと、底板２７と天板２２ｂとを接続する側板２８と、受光部２６と、を有する。本変形の天板２２ｂは、開口を有する。受光部２６は、この天板２２ｂの開口を塞ぐように設けられている。受光部２６は、下方に向かうに連れて次第に内径が小さくなる円錐部２６ａと、円錐部２６ａの下端に接続されている円筒部２６ｂと、を有する。円錐部２６ａの上端及び下端は、開口している。円筒部２６ｂの上端は、開口し、円錐部２６ａの下端開口に接続されている。円筒部２６ｂの下端は閉じている。円筒部２６ｂの内面は、反射率の低い材料、例えば、黒塗料等で形成されている。円筒部２６ｂは、流動層室２９ｆ内に配置されている。太陽光Ｒは、円錐部２６ａの上端開口から受光部２６内に入光する。受光部２６内に入光した太陽光Ｒの一部は、円筒部２６ｂの内面に達し、円筒部２６ｂを加熱する。受光部２６内に入光した太陽光Ｒの他の一部は、円錐部２６ａの内面に反射してから円筒部２６ｂの内面に達し、円筒部２６ｂを加熱する。太陽光Ｒにより加熱された円筒部２６ｂは、流動層を形成する複数の蓄熱材粒子を加熱する。
The
「蓄熱体の変形例」
以上の実施形態における蓄熱材粒子は、珪砂である。しかしながら、蓄熱材粒子は、珪砂でなくてもよい。例えば、蓄熱材粒子は、スラグ、金属酸化物（例えば、鉄酸化物等）、セラミックス（例えば、炭化ケイ素、アルミナ等）で形成されていてもよい。また、蓄熱材粒子は、珪砂、スラグ、金属酸化物、セラミックスのうち、二以上の材料の混合物であってもよい。また、蓄熱体３０は、複数の蓄熱材粒子でなくてもよい。具体的に、蓄熱体３０は、例えば、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、若しくはこれらの混合物である溶融塩等であってもよい。なお、蓄熱体３０として複数の蓄熱材粒子を用いる場合、蓄熱体３０として溶融塩を用いる場合よりも、蓄熱体３０の購入コストを抑えることができる。さらに、この場合、蓄熱体３０の取り扱いが簡単な上に、ケース２１からの蓄熱体３０の漏れを厳重に管理する必要もない。このため、以上の各実施形態のように、蓄熱体３０として、珪砂、スラグ、金属酸化物、セラミックスのうち、少なくとも一の材料で形成されている複数の蓄熱材粒子を用いる場合、高温水供給設備の製造コストを抑えることができる。
"Modification of heat storage body"
The heat storage material particles in the above embodiment are silica sand. However, the heat storage material particles do not have to be silica sand. For example, the heat storage material particles may be formed of slag, metal oxides (e.g., iron oxides, etc.), or ceramics (e.g., silicon carbide, alumina, etc.). The heat storage material particles may be a mixture of two or more materials among silica sand, slag, metal oxides, and ceramics. The
「付記」
以上の実施形態における水素製造プラントは、例えば、以下のように把握される。
（１）第一態様における水素製造プラントは、
二酸化硫黄と水とヨウ素とをブンゼン反応させて、ヨウ化水素と硫酸とを生成するブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂと、前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂで生成された前記硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解させ、前記二酸化硫黄及び前記水を前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送る硫酸反応設備ＳＥと、前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂで生成された前記ヨウ化水素を水素とヨウ素とに熱分解させ、前記水素を外部に排出すると共に、前記ヨウ素を前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送るヨウ化水素反応設備ＩＥ，ＩＥａと、を備える。前記硫酸反応設備ＳＥは、蓄熱体３０を有する第一蓄熱器２０と、太陽光を前記第一蓄熱器２０に導いて、前記第一蓄熱器２０の前記蓄熱体３０を加熱する第一太陽光ガイド装置４０と、前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂで生成された前記硫酸を一時的に蓄える硫酸タンク５０と、前記第一蓄熱器２０の前記蓄熱体３０に蓄えられた熱を利用して、前記硫酸タンク５０からの前記硫酸を前記二酸化硫黄と前記酸素と前記水とに熱分解させる硫酸反応器６０と、前記硫酸タンク５０内の前記硫酸を前記硫酸反応器６０に送る硫酸供給機５２と、前記硫酸反応器６０で生成された前記二酸化硫黄を一時的に蓄える二酸化硫黄タンク５４と、前記二酸化硫黄タンク５４内の前記二酸化硫黄を前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送る二酸化硫黄供給機５６と、を有する。前記ヨウ化水素反応設備ＩＥ，ＩＥａは、蓄熱体３０を有する第二蓄熱器７０と、太陽光を前記第二蓄熱器７０に導いて、前記第二蓄熱器７０の前記蓄熱体３０を加熱する第二太陽光ガイド装置８０と、前記第二蓄熱器７０の前記蓄熱体３０に蓄えられた熱を利用して、前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂで生成された前記ヨウ化水素を前記水素と前記ヨウ素とに熱分解させるヨウ化水素反応器９０と、を有する。
"Additional Notes"
The hydrogen production plant in the above embodiment can be understood, for example, as follows.
(1) A hydrogen production plant according to a first aspect,
The system includes Bunsen reaction equipment BE, BEb which generates hydrogen iodide and sulfuric acid by a Bunsen reaction between sulfur dioxide, water, and iodine, sulfuric acid reaction equipment SE which thermally decomposes the sulfuric acid generated in the Bunsen reaction equipment BE, BEb into sulfur dioxide, oxygen, and water, and sends the sulfur dioxide and the water to the Bunsen reaction equipment BE, BEb, and hydrogen iodide reaction equipment IE, IEa which thermally decomposes the hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction equipment BE, BEb into hydrogen and iodine, discharges the hydrogen to the outside, and sends the iodine to the Bunsen reaction equipment BE, BEb. The sulfuric acid reaction equipment SE includes a first
ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂでは、二酸化硫黄と水とヨウ素とがブンゼン反応して、ヨウ化水素と硫酸とが生成される。硫酸反応設備ＳＥでは、ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂで生成された硫酸が二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解する。本態様では、太陽光で加熱された蓄熱体３０の熱を利用して硫酸を加熱し、この硫酸を熱分解させる。硫酸反応設備ＳＥは、硫酸の熱分解で生成された二酸化硫黄及び水をブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送る。ヨウ化水素反応設備ＩＥ，ＩＥａでは、ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂで生成されたヨウ化水素が水素とヨウ素とに熱分解する。本態様では、太陽光で加熱された蓄熱体３０の熱を利用してヨウ化水素を加熱し、このヨウ化水素を熱分解させる。
In the Bunsen reaction equipment BE, BEb, sulfur dioxide, water, and iodine undergo a Bunsen reaction to produce hydrogen iodide and sulfuric acid. In the sulfuric acid reaction equipment SE, the sulfuric acid produced in the Bunsen reaction equipment BE, BEb is thermally decomposed into sulfur dioxide, oxygen, and water. In this embodiment, the heat of the
以上のように、本態様では、太陽光のエネルギーを硫酸の熱分解及びヨウ化水素の熱分解に利用している。 As described above, in this embodiment, solar energy is used for the thermal decomposition of sulfuric acid and hydrogen iodide.
ところで、硫酸の熱分解に必要な温度は、ヨウ化水素の熱分解に必要な温度よりも高い。夜間や雲天時には、蓄熱体が保持する熱の利用に伴い、蓄熱体に温度降下が生じて、硫酸の熱分解率が低下する。このため、水素製造プラントの年間水素製造量が低下するか、水素製造プラントの稼働率が低下する。従って、特許文献１に記載のプラントでは、太陽光のエネルギーを水素製造に十分に有効利用しているとは言い難い。
However, the temperature required for the thermal decomposition of sulfuric acid is higher than that required for the thermal decomposition of hydrogen iodide. At night or on cloudy days, as the heat stored in the heat storage body is utilized, the temperature of the heat storage body drops, and the thermal decomposition rate of sulfuric acid decreases. This results in a decrease in the annual amount of hydrogen produced by the hydrogen production plant or a decrease in the operating rate of the hydrogen production plant. Therefore, it is difficult to say that the plant described in
本態様の硫酸反応設備ＳＥは、ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送る二酸化硫黄を一時的に蓄えて二酸化硫黄タンク５４を備えている。このため、本態様では、二酸化硫黄タンク５４内に二酸化硫黄を蓄えている限り、ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに流入するヨウ素に対して、ブンゼン反応に必要な二酸化硫黄を確保することができる。よって、本態様では、ブンゼン反応を効率的に行うことができ、太陽光のエネルギーを水素製造に有効利用して、水素製造プラントの稼働率を向上させることができる。
The sulfuric acid reaction equipment SE of this embodiment is equipped with a
（２）第二態様における水素製造プラントは、
前記第一態様の水素製造プラントにおいて、前記硫酸反応設備ＳＥは、前記硫酸タンク５０から前記硫酸反応器６０へ送られる前記硫酸の流量を調節する硫酸流量調節器５３と、前記二酸化硫黄タンク５４から前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送られる前記二酸化硫黄の流量を調節する二酸化硫黄流量調節器５７と、を有する。さらに、前記第一蓄熱器２０の前記蓄熱体３０の温度が、前記硫酸の熱分解反応可能な温度より高いことを条件にして、前記硫酸流量調節器５３に対して、前記硫酸タンク５０から前記硫酸反応器６０へ硫酸を送れる状態にするよう指示する硫酸供給制御器１３２と、外部から前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂでの反応開始の指示を受け付け、又は、自身が前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂでの反応を開始してよいと判断し、且つ前記二酸化硫黄タンク内の前記二酸化硫黄の量が予め定められた量以上であることを条件として、前記二酸化硫黄供給機５６に対して、駆動を指示すると共に、前記二酸化硫黄流量調節器５７に対して、前記二酸化硫黄タンク５４から前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂへ前記二酸化硫黄を送れる状態にするよう指示する反応制御器１３１と、を備える。
(2) The hydrogen production plant according to the second aspect comprises:
In the hydrogen production plant of the first embodiment, the sulfuric acid reaction equipment SE has a sulfuric acid
（３）第三態様における水素製造プラントは、
前記第二態様における水素製造プラントにおいて、前記硫酸反応設備としての第一硫酸反応設備ＳＥの他に、さらに、前記ブンゼン反応設備ＢＥｂで生成された前記硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解させ、前記二酸化硫黄及び前記水を前記ブンゼン反応設備ＢＥｂに送る第二硫酸反応設備ＳＥｂを備える。前記第二硫酸反応設備ＳＥｂは、蓄熱体３０を有する第一蓄熱器２０ｂと、太陽光を前記第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける前記第一蓄熱器２０ｂに導いて、前記第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける前記第一蓄熱器２０ｂの前記蓄熱体３０を加熱する第一太陽光ガイド装置４０ｂと、前記第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける前記第一蓄熱器２０ｂの前記蓄熱体３０に蓄えられた熱を利用して、前記ブンゼン反応設備ＢＥｂで生成された前記硫酸を前記二酸化硫黄と前記酸素と前記水とに熱分解させる硫酸反応器６０ｂと、を有する。前記反応制御器１３１は、前記第二硫酸反応設備ＳＥｂから前記ブンゼン反応設備ＢＥｂへの前記二酸化硫黄の供給が停止したことを条件として、前記二酸化硫黄供給機５６に対して、駆動を指示すると共に、前記二酸化硫黄流量調節器５７に対して、前記二酸化硫黄タンク５４から前記ブンゼン反応設備ＢＥｂへ前記二酸化硫黄を送れる状態にするよう指示する。
(3) A hydrogen production plant according to a third aspect,
In the hydrogen production plant according to the second embodiment, in addition to the first sulfuric acid reaction equipment SE as the sulfuric acid reaction equipment, the second sulfuric acid reaction equipment SEb is further provided, which thermally decomposes the sulfuric acid generated in the Bunsen reaction equipment BEb into sulfur dioxide, oxygen, and water, and sends the sulfur dioxide and the water to the Bunsen reaction equipment BEb. The second sulfuric acid reaction equipment SEb includes a
太陽が水素製造プラントの敷地を照らしていると、第一硫酸反応設備ＳＥにおける第一蓄熱器２０の蓄熱体３０、第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける第一蓄熱器２０ｂの蓄熱体３０は、太陽光により加熱される。この結果、これら蓄熱体３０の温度が上昇する。このため、第一硫酸反応設備ＳＥの硫酸反応器６０及び第二硫酸反応設備ＳＥｂの硫酸反応器６０ｂ内で、硫酸が熱分解して、二酸化硫黄と酸素と水とが生成される。第二硫酸反応設備ＳＥｂの硫酸反応器６０ｂ内で生成された二酸化硫黄は、ブンゼン反応設備ＢＥｂに送られ、二酸化硫黄と水とヨウ素とがブンゼン反応する。一方、第一硫酸反応設備ＳＥにおける硫酸反応器６０内で生成された二酸化硫黄は、二酸化硫黄タンク５４に送られて、ここに留まり、ブンゼン反応設備ＢＥｂに送られない。
When the sun shines on the site of the hydrogen production plant, the
太陽が水素製造プラントの敷地を照らさなくなると、第一硫酸反応設備ＳＥにおける第一蓄熱器２０の蓄熱体３０の温度、第二硫酸反応設備ＳＥｂにおける第一蓄熱器２０ｂの蓄熱体３０の温度は、次第に低下する。このため、第一硫酸反応設備ＳＥの硫酸反応器６０及び第二硫酸反応設備ＳＥｂの硫酸反応器６０ｂ内では、硫酸が熱分解しなくなる。第二硫酸反応設備ＳＥｂの硫酸反応器６０ｂ内で硫酸が熱分解しなくなり、第二硫酸反応設備ＳＥｂからブンゼン反応設備ＢＥｂへ二酸化硫黄が供給されなくなると、第一硫酸反応設備ＳＥにおける二酸化硫黄タンク５４に蓄えられていた二酸化硫黄がブンゼン反応設備ＢＥｂに送られる。この結果、ブンゼン反応設備ＢＥｂでは、水とヨウ素と第一硫酸反応設備ＳＥからの二酸化硫黄とがブンゼン反応する。
When the sun no longer shines on the site of the hydrogen production plant, the temperature of the
以上のように、本態様では、太陽が水素製造プラントの敷地を照らさなくなっても、長時間にわたって、ブンゼン反応器１０内でブンゼン反応が行われる。従って、本態様では、水素製造プラントの稼働率を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, the Bunsen reaction continues in the
（４）第四態様における水素製造プラントは、
前記第二態様又は前記第三態様の水素製造プラントにおいて、前記ヨウ化水素反応設備ＩＥａは、前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂで生成された前記ヨウ化水素を一時的に蓄えるヨウ化水素タンク８１と、前記ヨウ化水素タンク８１内の前記ヨウ化水素を前記ヨウ化水素反応器９０に送るヨウ化水素供給機８３と、前記ヨウ化水素反応器９０で生成された前記ヨウ素を一時的に蓄えるヨウ素タンク８５と、前記ヨウ素タンク８５内の前記ヨウ素を前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送るヨウ素供給機８７と、を有する。
(4) A hydrogen production plant according to a fourth aspect includes:
In the hydrogen production plant of the second or third aspect, the hydrogen iodide reaction equipment IEa includes a
本態様のヨウ化水素反応設備ＩＥａは、ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送るヨウ素を一時的に蓄えてヨウ素タンク８５を備えている。このため、本態様では、ヨウ化水素の熱分解反応とブンゼン反応とを同時に実行しなくてもよく、プラントの運用態様のパターンを多くすることができる。従って、例えば、ヨウ化水素反応器９０での水素生成により、ヨウ化水素タンク８１内のヨウ化水素が不足してきたときには、ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂでのブンゼン反応を実行することで、ヨウ化水素タンク８１内のヨウ化水素を補うことができる。
The hydrogen iodide reaction equipment IEa in this embodiment is equipped with an
（５）第五態様における水素製造プラントは、
前記第四態様の水素製造プラントにおいて、前記ヨウ化水素反応設備ＩＥａは、前記ヨウ化水素タンク８１から前記ヨウ化水素反応器９０へ送られる前記ヨウ化水素の流量を調節するヨウ化水素流量調節器８４と、前記ヨウ素タンク８５から前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂに送られる前記ヨウ素の流量を調節するヨウ素流量調節器８８と、を有する。さらに、前記第二蓄熱器７０の前記蓄熱体３０の温度が、前記ヨウ化水素の熱分解反応可能な温度より高いことを条件として、前記ヨウ化水素流量調節器８４に対して、前記ヨウ化水素タンク８１から前記ヨウ化水素反応器９０へヨウ化水素を送れる状態にするよう指示するヨウ化水素供給制御器１３３を備える。前記反応制御器１３１は、外部から前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂでの反応開始の指示を受け付け、又は、自身が前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂでの反応を開始してよいと判断し、且つ前記ヨウ素タンク内の前記ヨウ素の量が予め定められた量以上であることを条件として、前記ヨウ素供給機８７に対して、駆動を指示すると共に、前記ヨウ素流量調節器８８に対して、前記ヨウ素タンク８５から前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂへ前記ヨウ素を送れる状態にするよう指示する。
(5) A hydrogen production plant according to a fifth aspect includes:
In the hydrogen production plant of the fourth embodiment, the hydrogen iodide reaction equipment IEa includes a hydrogen iodide
（６）第六態様における水素製造プラントは、
前記第五態様における水素製造プラントにおいて、前記ヨウ化水素反応設備としての第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａの他に、さらに、前記ブンゼン反応設備ＢＥｂで生成された前記ヨウ化水素を水素とヨウ素とに熱分解させ、前記水素を外部に排出すると共に、前記ヨウ素を前記ブンゼン反応設備ＢＥｂに送る第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂを備える。前記第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂは、蓄熱体３０を有する第二蓄熱器７０ｂと、太陽光を前記第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおける前記第二蓄熱器７０ｂに導いて、前記第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおける前記第二蓄熱器７０ｂの前記蓄熱体３０を加熱する第二太陽光ガイド装置８０ｂと、前記第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおける前記第二蓄熱器７０ｂの前記蓄熱体３０に蓄えられた熱を利用して、前記ブンゼン反応設備ＢＥｂで生成された前記ヨウ化水素を前記水素と前記ヨウ素とに熱分解させるヨウ化水素反応器９０ｂと、を有する。前記反応制御器１３１は、前記第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂから前記ブンゼン反応設備ＢＥｂへの前記ヨウ素の供給が停止したことを条件として、前記ヨウ素供給機８７に対して、駆動を指示すると共に、前記ヨウ素流量調節器８８に対して、前記ヨウ素タンク８５から前記ブンゼン反応設備ＢＥｂへ前記ヨウ素を送れる状態にするよう指示する。
(6) A hydrogen production plant according to a sixth aspect includes:
In the hydrogen production plant of the fifth aspect, in addition to the first hydrogen iodide reaction equipment IEa as the hydrogen iodide reaction equipment, a second hydrogen iodide reaction equipment IEb is further provided which thermally decomposes the hydrogen iodide produced in the Bunsen reaction equipment BEb into hydrogen and iodine, discharges the hydrogen to the outside, and sends the iodine to the Bunsen reaction equipment BEb. The second hydrogen iodide reaction equipment IEb includes a
太陽が水素製造プラントの敷地を照らしていると、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおける第二蓄熱器７０の蓄熱体３０、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおける第二蓄熱器７０ｂの蓄熱体３０は、太陽光により加熱される。この結果、これら蓄熱体３０の温度が上昇する。このため、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａのヨウ化水素反応器９０及び第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂのヨウ化水素反応器９０ｂ内で、ヨウ化水素が熱分解して、ヨウ素と水素とが生成される。第二ヨウ化水素設備ＩＥｂのヨウ化水素反応器９０ｂ内で生成されたヨウ素は、ブンゼン反応設備ＢＥｂに送られ、二酸化硫黄と水とヨウ素とがブンゼン反応する。一方、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ化水素反応器９０内で生成されたヨウ素は、ヨウ素タンク８５に送られて、ここに留まり、ブンゼン反応設備ＢＥｂに送られない。
When the sun shines on the site of the hydrogen production plant, the
太陽が水素製造プラントの敷地を照らさなくなると、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおける第二蓄熱器７０の蓄熱体３０の温度、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂにおける第二蓄熱器７０ｂの蓄熱体３０の温度は、次第に低下する。このため、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａのヨウ化水素反応器９０及び第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂのヨウ化水素反応器９０ｂ内では、ヨウ化水素が熱分解しなくなる。第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂのヨウ化水素反応器９０ｂ内でヨウ化水素が熱分解しなくなり、第二ヨウ化水素反応設備ＩＥｂからブンゼン反応設備ＢＥｂへヨウ素が供給されなくなると、第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａにおけるヨウ素タンク８５に蓄えられていたヨウ素がブンゼン反応設備ＢＥｂに送られる。この結果、ブンゼン反応設備ＢＥｂでは、水と二酸化硫黄と第一ヨウ化水素反応設備ＩＥａからのヨウ素とがブンゼン反応する。
When the sun no longer shines on the site of the hydrogen production plant, the temperature of the
以上のように、本態様では、太陽が水素製造プラントの敷地を照らさなくなっても、長時間にわたって、ブンゼン反応器１０内でブンゼン反応が行われる。従って、本態様では、水素製造プラントの稼働率を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, the Bunsen reaction continues in the
（７）第七態様における水素製造プラントは、
前記第一から前記第六態様のいずれかの水素製造プラントにおいて、前記第一蓄熱器２０及び前記第二蓄熱器７０は、いずれも、前記蓄熱体３０としての複数の蓄熱材粒子と、前記複数の蓄熱材粒子を覆うケース２１と、前記ケース２１内に気体を送る送風機３１（７１）と、を有する。前記ケース２１は、前記送風機３１（７１）からの気体を導入して、前記複数の蓄熱材粒子を前記ケース２１内で循環流動させる気体導入口２７ｉを有する。
(7) A hydrogen production plant according to a seventh aspect includes:
In the hydrogen production plant according to any one of the first to sixth aspects, the
本態様では、蓄熱体３０として複数の蓄熱材粒子を用いる。このため、本態様では、蓄熱体３０として溶融塩を用いる場合よりも、蓄熱体３０の購入コストを抑えることができる。さらに、本態様では、蓄熱体３０の取り扱いが簡単な上に、ケース２１からの蓄熱体３０の漏れを厳重に管理する必要もない。このため、本態様では、蓄熱器の製造コストを抑えることができる。
In this embodiment, a plurality of heat storage material particles are used as the
（８）第八態様における水素製造プラントは、
前記第七態様の水素製造プラントにおいて、前記複数の蓄熱材粒子は、スラグ、金属酸化物、セラミックスのうち、少なくとも一の材料で形成されている。
(8) In an eighth aspect, the hydrogen production plant comprises:
In the hydrogen production plant of the seventh aspect, the plurality of heat storage material particles are formed of at least one material selected from the group consisting of slag, metal oxide, and ceramics.
（９）第九態様における水素製造プラントは、
前記第七態様又は前記第八態様の水素製造プラントにおいて、高温熱媒体と気体とを熱交換させて、前記気体を加熱する気体加熱器１０２と、前記気体加熱器１０２で加熱された気体を前記第一蓄熱器２０の前記ケース２１内に送る予備送風機１０１と、前記第一蓄熱器２０の前記ケース２１内に前記送風機３１から気体を送れる状態と、前記第一蓄熱器２０の前記ケース２１内に前記予備送風機１０１からの気体を送れる状態とに、切り替える切替機と、をさらに備える。
(9) A hydrogen production plant according to a ninth aspect includes:
The hydrogen production plant of the seventh or eighth aspect further includes a
本態様では、プラント敷地を太陽光が照らしているとき、この太陽光で第一蓄熱器２０の蓄熱体３０を加熱する。また、本態様では、プラント敷地を太陽光が照らしていないとき、気体加熱器１０２で加熱された気体で第一蓄熱器２０の蓄熱体３０を加熱する。
In this embodiment, when sunlight is shining on the plant site, the
よって、本態様では、プラントの敷地を太陽光が照らしていないときでも、硫酸反応器６０内での硫酸熱分解反応を実行することができる。このため、本態様では、プラントの敷地を太陽光が照らしていないときでも、硫酸熱分解反応を実行することができるので、水素の生産性を高めることができる。
Therefore, in this embodiment, the sulfuric acid thermal decomposition reaction can be carried out in the
（１０）第十態様における水素製造プラントは、
前記第七態様又は前記第八態様の水素製造プラントにおいて、高温熱媒体と気体とを熱交換させて、前記気体を加熱する気体加熱器１０２と、前記気体加熱器１０２で加熱された気体を前記第二蓄熱器７０の前記ケース２１内に送る予備送風機１０１と、前記第二蓄熱器７０の前記ケース２１内に前記送風機７１から気体を送れる状態と、前記第二蓄熱器７０の前記ケース２１内に前記予備送風機１０１からの気体を送れる状態とに、切り替える切替機と、をさらに備える。
(10) A hydrogen production plant according to a tenth aspect includes:
The hydrogen production plant of the seventh or eighth aspect further includes a
本態様では、プラント敷地を太陽光が照らしているとき、この太陽光で第二蓄熱器７０の蓄熱体３０を加熱する。また、本態様では、プラント敷地を太陽光が照らしていないとき、気体加熱器１０２で加熱された気体で第二蓄熱器７０の蓄熱体３０を加熱する。
In this embodiment, when sunlight is shining on the plant site, the
よって、本態様では、プラントの敷地を太陽光が照らしていないときでも、ヨウ化水素反応器９０内でのヨウ化水素熱分解反応を実行することができる。このため、本態様では、プラントの敷地を太陽光が照らしていないときでも、ヨウ化水素熱分解反応を実行することができるので、水素の生産性を高めることができる。
Therefore, in this embodiment, the hydrogen iodide thermal decomposition reaction can be carried out in the
（１１）第十一態様における水素製造プラントは、
前記第七態様又は前記第八態様の水素製造プラントにおいて、高温熱媒体と気体とを熱交換させて、前記気体を加熱する気体加熱器１０２と、前記気体加熱器１０２で加熱された気体を前記第一蓄熱器２０の前記ケース２１内及び前記第二蓄熱器７０の前記ケース２１内に送る予備送風機１０１と、前記第一蓄熱器２０の前記ケース２１内に前記送風機３１から気体を送れ且つ前記第二蓄熱器７０の前記ケース２１内に前記送風機７１から気体を送れる状態と、前記第一蓄熱器２０の前記ケース２１内及び前記第二蓄熱器７０の前記ケース２１内に前記予備送風機１０１からの気体を送れる状態とに、切り替える切替機と、をさらに備える。
(11) In an eleventh aspect, a hydrogen production plant includes:
The hydrogen production plant of the seventh or eighth aspect further includes a
本態様では、プラント敷地を太陽光が照らしているとき、この太陽光で第一蓄熱器２０及び第二蓄熱器７０の蓄熱体３０を加熱する。また、本態様では、プラント敷地を太陽光が照らしていないとき、気体加熱器１０２で加熱された気体で第一蓄熱器２０及び第二蓄熱器７０の蓄熱体３０を加熱する。
In this embodiment, when sunlight is shining on the plant site, the
よって、本態様では、プラントの敷地を太陽光が照らしていないときでも、硫酸反応器６０内での硫酸熱分解反応及びヨウ化水素反応器９０内でのヨウ化水素熱分解反応を実行することができる。このため、本態様では、プラントの敷地を太陽光が照らしていないときでも、硫酸熱分解反応及びヨウ化水素熱分解反応を実行することができるので、水素の生産性を高めることができる。
Therefore, in this embodiment, even when the plant site is not illuminated by sunlight, the sulfuric acid thermal decomposition reaction in the
（１２）第十二態様における水素製造プラントは、
前記第七態様から前記第十一態様のいずれかの水素製造プラントにおいて、前記硫酸反応器６０と前記ヨウ化水素反応器９０とのうち、少なくとも一方の反応器は、筒状を成して両端を有し、該両端のうちの一端が閉端６１ｃを成し、他端が開口６１ｉを成す外筒６１と、筒状を成して両端を有し、該両端のうちの一端が入口開口６２ｉを成し、他端が出口開口６２ｏを成す内筒６２と、筒状を成して両端を有し、該両端のうちの一端が閉端６３ｃを成し、他端が出口開口６３ｏを成す分離筒６３と、熱分解の対象である熱分解対象物Ｏを受け入れる対象物受入部６４と、前記熱分解対象物Ｏの熱分解で得られた反応物の一種を排出する反応物排出部６５と、を有する。前記分離筒６３は、前記熱分解対象物Ｏの熱分解で得られた第一反応物Ｒ１と第二反応物Ｒ２とうち、前記第一反応物Ｒ１を前記分離筒６３の内側に通す一方で前記第二反応物Ｒ２を前記内側に通さない分離膜を有する。前記外筒６１は、前記外筒６１の前記閉端６１ｃを含み且つ前記開口６１ｉを含まない外筒本体６１ｂの外周面が前記蓄熱体３０に接し得るよう、前記ケース２１に取り付けられている。前記内筒６２は、前記内筒６２の前記入口開口６２ｉを含み且つ前記出口開口６２ｏを含まない内筒本体６２ｂの少なくとも一部が前記外筒本体６１ｂ内に位置するよう、配置されている。前記分離筒６３は、前記分離筒６３の前記閉端６３ｃを含み且つ前記出口開口６３ｏを含まない分離筒本体６３ｂの少なくとも一部が前記外筒本体６１ｂ内及び前記内筒本体６２ｂ内に位置するよう、配置されている。前記対象物受入部６４は、前記外筒本体６１ｂと前記内筒本体６２ｂとの間に前記熱分解対象物Ｏを送れるよう形成されている。前記反応物排出部６５は、前記内筒本体６２ｂと前記分離筒本体６３ｂとの間の前記第二反応物Ｒ２を外部に排出できるよう形成されている。前記分離筒６３の前記出口開口６３ｏは、前記第一反応物Ｒ１を外部に排出する排出口を成す。
(12) A hydrogen production plant according to a twelfth aspect includes:
In the hydrogen production plant of any of the seventh to eleventh aspects, at least one of the
本態様では、分離筒本体６３ｂの外側が、熱分解対象物Ｏが熱分解反応する反応領域になる。本態様では、熱分解対象物Ｏの熱分解で得られた第一反応物Ｒ１は、反応領域に留まらず、分離筒６３内に流入する。このため、本態様では、熱分解対象物Ｏの熱分解反応が促進される。
In this embodiment, the outside of the
（１３）第十三態様における水素製造プラントは、
前記第十二態様の水素製造プラントにおいて、前記ケース２１は、鉛直方向に延びる側板２８を有し、前記外筒６１は、前記外筒６１の前記開口６１ｉに対して前記閉端６１ｃが上に位置するように傾斜して、前記側板２８に取り付けられている。前記内筒６２は、前記内筒６２の前記出口開口６２ｏに対して前記入口開口６２ｉが上に位置するよう傾斜している。
(13) A hydrogen production plant according to a thirteenth aspect,
In the hydrogen production plant of the twelfth aspect, the
本態様では、液体の熱分解対象物Ｏは、外筒６１と内筒６２との間に流入する。液体の熱分解対象物Ｏは、外筒本体６１ｂの外部に存在する蓄熱体３０との熱交換により、加熱されて気化する。本態様の外筒６１は、開口６１ｉに対して閉端６１ｃが上に位置するように傾斜し、この外筒６１内の内筒６２は、出口開口６２ｏに対して入口開口６２ｉが上に位置するよう傾斜している。このため、本態様では、液体の熱分解対象物Ｏが、外筒６１と内筒６２との間に留まり、気体の熱分解対象物Ｏが、内筒６２の入口開口６２ｉから内筒６２と分離筒６３との間に流入する。気体の熱分解対象物Ｏは、この間も、蓄熱体３０との熱交換により加熱される。この結果、気体の熱分解対象物Ｏは、熱分解する。
In this embodiment, the liquid pyrolysis object O flows between the
従って、本態様では、気体の熱分解対象物Ｏが熱分解する環境下には、液体の熱分解対象物Ｏがほぼ存在しないので、気体の熱分解対象物Ｏの熱分解を促進することができる。 Therefore, in this embodiment, since there is almost no liquid pyrolysis object O in the environment in which the gaseous pyrolysis object O undergoes pyrolysis, the pyrolysis of the gaseous pyrolysis object O can be promoted.
（１４）第十四態様における水素製造プラントは、
前記第十二態様又は前記第十三態様の水素製造プラントにおいて、前記少なくとも一方の反応器は、前記熱分解対象物Ｏの熱分解を促進する触媒６６を有する。前記触媒６６は、前記分離筒本体６３ｂの外周面中で、前記分離筒本体６３ｂの少なくとも一部が前記外筒本体６１ｂ内及び前記内筒本体６２ｂ内に位置している部分に取り付けられている。
(14) A hydrogen production plant according to a fourteenth aspect comprises:
In the hydrogen production plant of the twelfth or thirteenth aspect, the at least one reactor has a
本態様では、熱分解対象物Ｏの熱分解反応を促進することができる。 In this embodiment, the thermal decomposition reaction of the thermal decomposition object O can be promoted.
（１５）第十五態様における水素製造プラントは、
前記第一態様から前記第十二態様のいずれかの水素製造プラントにおいて、前記ブンゼン反応設備ＢＥ，ＢＥｂ、前記硫酸反応設備ＳＥ，ＳＥｂ、及び前記ヨウ化水素反応設備ＩＥ，ＩＥａ，ＩＥｂに対して、電力を供給する電力供給設備ＰＥをさらに備える。前記電力供給設備ＰＥは、蒸気により駆動する蒸気タービン１１０と、前記蒸気タービン１１０の駆動で発電する発電機１１１と、前記蒸気タービン１１０から排気された蒸気を水に戻す復水器１１２と、前記復水器１１２からの水を加熱し蒸気を生成し、前記蒸気を前記蒸気タービン１１０に送る蒸気発生装置１１５と、を有する。前記蒸気発生装置１１５は、蓄熱体３０を有する蓄熱器１１６と、太陽光を前記蓄熱器１１６に導いて、前記蓄熱器１１６の前記蓄熱体３０を加熱する太陽光ガイド装置１２１と、前記蓄熱器１１６内に配置され、前記復水器１１２からの水と前記蓄熱体３０とを熱交換させて、前記水を加熱して蒸気にする蒸気発生器１２０と、を有する。
(15) A hydrogen production plant according to a fifteenth aspect comprises:
The hydrogen production plant according to any one of the first to twelfth aspects further includes an electric power supply facility PE for supplying electric power to the Bunsen reaction facilities BE and BEb, the sulfuric acid reaction facilities SE and SEb, and the hydrogen iodide reaction facilities IE, IEa and IEb. The electric power supply facility PE includes a
本態様では、太陽光のエネルギーを有効利用して、外部から受ける電力を少なくすることができる。 In this embodiment, solar energy can be effectively utilized to reduce the amount of power received from outside.
ＢＥ，ＢＥｂ：ブンゼン反応設備
１０：ブンゼン反応器
１１：分離器
１２：硫酸ライン（又は第一硫酸ライン）
１２ｂ：第二硫酸ライン
１３：硫酸ポンプ（又は第一硫酸ポンプ）
１３ｂ：第二硫酸ポンプ
１４：ヨウ化水素ライン（又は第一ヨウ化水素ライン）
１４ｂ：第二ヨウ化水素ライン
１５：ヨウ化水素ポンプ（又は第一ヨウ化水素ポンプ）
１５ｂ：第二ヨウ化水素ポンプ
１６：水補給ライン
ＳＥ：硫酸反応設備（又は第一硫酸反応設備）
ＳＥｂ：第二硫酸反応設備
２０，２０ｂ：第一蓄熱器
２１，２１ａ，２１ｂ：ケース
２１ｔ：温度計
２２，２２ａ，２２ｂ：天板
２３：天板本体
２４：窓
２５：蓋
２６：受光部
２６ａ：円錐部
２６ｂ：円筒部
２７：底板
２７ｉ：気体導入口
２８：側板
２８ｏ：気体排気口
２９：分散板
２９ｆ：流動層室
２９ｇ：気体室
３０：蓄熱体
３１：第一送風機
３２：第一気体ライン
３３：第一気体調節弁
４０，４０ｂ：第一太陽光ガイド装置
４１：ヘリオスタット
４１ａ：反射鏡
４１ｂ：反射鏡駆動機
４２：固定反射鏡
５０：硫酸タンク
５１：硫酸供給ライン
５２：硫酸供給機
５３：硫酸流量調節器
５４：二酸化硫黄タンク
５４ｐ：圧力計
５５，５５ｂ：二酸化硫黄供給ライン
５６：二酸化硫黄供給機
５７，５７ｂ：二酸化硫黄流量調節器
５８，５８ｂ：冷却器
５９，５９ｂ：水供給ライン
６０，６０ｂ：硫酸反応器
６１：外筒
６１ｃ：閉端
６１ｉ：開口
６１ｂ：外筒本体
６２：内筒
６２ｉ：入口開口
６２ｏ：出口開口
６２ｂ：内筒本体
６３：分離筒
６３ｃ：閉端
６３ｏ：出口開口
６３ｂ：分離筒本体
６４：対象物受入部
６４ｉ：入口
６５：反応物排出部
６５ｏ：排出口
６６：触媒
ＩＥ，ＩＥａ：ヨウ化水素反応設備（又は第一ヨウ化水素反応設備）
ＩＥｂ：第二ヨウ化水素反応設備
７０，７０ｂ：第二蓄熱器
７１：第二送風機
７２：第二気体ライン
７３：第二気体調節弁
８０，８０ｂ：第二太陽光ガイド装置
８１：ヨウ化水素タンク
８２：ヨウ化水素供給ライン
８３：ヨウ化水素供給機
８４：ヨウ化水素流量調節器
８５：ヨウ素タンク
８５ｐ：圧力計
８６，８６ｂ：ヨウ素供給ライン
８７：ヨウ素供給機
８８，８８ｂ：ヨウ素流量調節器
９０，９０ｂ：ヨウ化水素反応器
９４，９４ｂ：水素ライン
ＨＧＥ：高温気体供給設備
１０１：予備送風機
１０２：気体加熱器
１０３：高温気体ライン
１０３ｍ：主高温気体ライン
１０３ａ：第一高温気体ライン
１０３ｂ：第二高温気体ライン
１０４ａ：第一高温気体調節弁
１０４ｂ：第二高温気体調節弁
１０５：高温媒体発生源
ＰＥ：電力供給設備
１１０：蒸気タービン
１１１：発電機
１１２：復水器
１１３：給水ライン
１１４：給水ポンプ
１１５：蒸気発生装置
１１６：蓄熱器
１１７：送風機
１１８：気体ライン
１１９：気体調節弁
１２０：蒸気発生器
１２１：太陽光ガイド装置
１２２：主蒸気ライン
１２５：主電力経路
１２６：変圧器
１２７：遮断器
１２８：外部系統
１２９：所内系統
１３０，１３０ａ：制御装置
１３１：：反応制御器
１３２：硫酸供給制御器
１３３：ヨウ化水素供給制御器
１４０，１５０：蓄熱器
Ｏ：熱分解対象物
Ｒ１：第一反応物
Ｒ２：第二反応物
Ｒ：太陽光
BE, BEb: Bunsen reaction equipment 10: Bunsen reactor 11: Separator 12: Sulfuric acid line (or first sulfuric acid line)
12b: Second sulfuric acid line 13: Sulfuric acid pump (or first sulfuric acid pump)
13b: Second sulfuric acid pump 14: Hydrogen iodide line (or first hydrogen iodide line)
14b: Second hydrogen iodide line 15: Hydrogen iodide pump (or first hydrogen iodide pump)
15b: Second hydrogen iodide pump 16: Water supply line SE: Sulfuric acid reaction equipment (or first sulfuric acid reaction equipment)
SEb: second sulfuric acid reaction equipment 20, 20b: first heat accumulator 21, 21a, 21b: case 21t: thermometer 22, 22a, 22b: top plate 23: top plate body 24: window 25: lid 26: light receiving section 26a: cone section 26b: cylinder section 27: bottom plate 27i: gas inlet 28: side plate 28o: gas exhaust port 29: dispersion plate 29f: fluidized bed chamber 29g: gas chamber 30: heat accumulator 31: first blower 32: first gas line 33: first gas control valve 40, 40b: first sunlight guide device 41: heliostat 41a: reflector 41b: reflector driver 42: fixed reflector 50: sulfuric acid tank 51: sulfuric acid supply line 52: sulfuric acid supply machine 53 : Sulfuric acid flow regulator 54: Sulfur dioxide tank 54p: Pressure gauge 55, 55b: Sulfur dioxide supply line 56: Sulfur dioxide supply machine 57, 57b: Sulfur dioxide flow regulator 58, 58b: Cooler 59, 59b: Water supply line 60, 60b: Sulfuric acid reactor 61: Outer cylinder 61c: Closed end 61i: Opening 61b: Outer cylinder body 62: Inner cylinder 62i: Inlet opening 62o: Outlet opening 62b: Inner cylinder body 63: Separation cylinder 63c: Closed end 63o: Outlet opening 63b: Separation cylinder body 64: Target receiving section 64i: Inlet 65: Reactant discharge section 65o: Discharge port 66: Catalyst IE, IEa: Hydrogen iodide reaction equipment (or first hydrogen iodide reaction equipment)
IEb: Second hydrogen iodide reaction equipment 70, 70b: Second heat accumulator 71: Second blower 72: Second gas line 73: Second gas control valve 80, 80b: Second sunlight guide device 81: Hydrogen iodide tank 82: Hydrogen iodide supply line 83: Hydrogen iodide supply machine 84: Hydrogen iodide flow rate regulator 85: Iodine tank 85p: Pressure gauge 86, 86b: Iodine supply line 87: Iodine supply machine 88, 88b: Iodine flow rate regulator 90, 90b: Hydrogen iodide reactor 94, 94b: Hydrogen line HGE: High temperature gas supply equipment 101: Reserve blower 102: Gas heater 103: High temperature gas line 103m: Main high temperature gas line 103a: First high temperature gas line 103b: Second high temperature gas line 104 a: First high-temperature gas control valve 104b: Second high-temperature gas control valve 105: High-temperature medium source PE: Power supply equipment 110: Steam turbine 111: Generator 112: Condenser 113: Feedwater line 114: Feedwater pump 115: Steam generator 116: Heat accumulator 117: Blower 118: Gas line 119: Gas control valve 120: Steam generator 121: Sunlight guide device 122: Main steam line 125: Main power path 126: Transformer 127: Circuit breaker 128: External system 129: In-house system 130, 130a: Control device 131: Reaction controller 132: Sulfuric acid supply controller 133: Hydrogen iodide supply controller 140, 150: Heat accumulator O: Thermal decomposition object R1: First reactant R2: Second reactant R: Sunlight
Claims (15)
前記ブンゼン反応設備で生成された前記硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解させ、前記二酸化硫黄及び前記水を前記ブンゼン反応設備に送る硫酸反応設備と、
前記ブンゼン反応設備で生成された前記ヨウ化水素を水素とヨウ素とに熱分解させ、前記水素を外部に排出すると共に、前記ヨウ素を前記ブンゼン反応設備に送るヨウ化水素反応設備と、
を備え、
前記硫酸反応設備は、
蓄熱体を有する第一蓄熱器と、
太陽光を前記第一蓄熱器に導いて、前記第一蓄熱器の前記蓄熱体を加熱する第一太陽光ガイド装置と、
前記ブンゼン反応設備で生成された前記硫酸を一時的に蓄える硫酸タンクと、
前記第一蓄熱器の前記蓄熱体に蓄えられた熱を利用して、前記硫酸タンクからの前記硫酸を前記二酸化硫黄と前記酸素と前記水とに熱分解させる硫酸反応器と、
前記硫酸タンク内の前記硫酸を前記硫酸反応器に送る硫酸供給機と、
前記硫酸反応器で生成された前記二酸化硫黄を一時的に蓄える二酸化硫黄タンクと、
前記二酸化硫黄タンク内の前記二酸化硫黄を前記ブンゼン反応設備に送る二酸化硫黄供給機と、
を有し、
前記ヨウ化水素反応設備は、
蓄熱体を有する第二蓄熱器と、
太陽光を前記第二蓄熱器に導いて、前記第二蓄熱器の前記蓄熱体を加熱する第二太陽光ガイド装置と、
前記第二蓄熱器の前記蓄熱体に蓄えられた熱を利用して、前記ブンゼン反応設備で生成された前記ヨウ化水素を前記水素と前記ヨウ素とに熱分解させるヨウ化水素反応器と、
を有する、
水素製造プラント。 a Bunsen reaction facility for producing hydrogen iodide and sulfuric acid by a Bunsen reaction between sulfur dioxide, water, and iodine;
a sulfuric acid reaction facility that thermally decomposes the sulfuric acid generated in the Bunsen reaction facility into sulfur dioxide, oxygen, and water, and sends the sulfur dioxide and the water to the Bunsen reaction facility ;
a hydrogen iodide reaction facility that thermally decomposes the hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction facility into hydrogen and iodine, and discharges the hydrogen to the outside while sending the iodine to the Bunsen reaction facility;
Equipped with
The sulfuric acid reaction equipment includes:
A first heat storage device having a heat storage body;
A first sunlight guide device that guides sunlight to the first heat storage device and heats the heat storage body of the first heat storage device;
a sulfuric acid tank for temporarily storing the sulfuric acid generated in the Bunsen reaction facility;
a sulfuric acid reactor that uses heat stored in the heat storage of the first heat storage device to thermally decompose the sulfuric acid from the sulfuric acid tank into the sulfur dioxide, the oxygen, and the water;
a sulfuric acid supplying machine that supplies the sulfuric acid in the sulfuric acid tank to the sulfuric acid reactor;
A sulfur dioxide tank for temporarily storing the sulfur dioxide generated in the sulfuric acid reactor;
a sulfur dioxide supplying device for supplying the sulfur dioxide in the sulfur dioxide tank to the Bunsen reaction equipment;
having
The hydrogen iodide reaction equipment comprises:
A second heat storage device having a heat storage body;
A second sunlight guide device that guides sunlight to the second heat storage device and heats the heat storage body of the second heat storage device;
a hydrogen iodide reactor that uses heat stored in the heat storage of the second heat storage device to thermally decompose the hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction facility into the hydrogen and the iodine;
having
Hydrogen production plant.
前記硫酸反応設備は、前記硫酸タンクから前記硫酸反応器へ送られる前記硫酸の流量を調節する硫酸流量調節器と、前記二酸化硫黄タンクから前記ブンゼン反応設備に送られる前記二酸化硫黄の流量を調節する二酸化硫黄流量調節器と、を有し、
さらに、前記第一蓄熱器の前記蓄熱体の温度が、前記硫酸の熱分解反応可能な温度より高いことを条件にして、前記硫酸流量調節器に対して、前記硫酸タンクから前記硫酸反応器へ前記硫酸を送れる状態にするよう指示する硫酸供給制御器と、
外部から前記ブンゼン反応設備での反応開始の指示を受け付け、又は、自身が前記ブンゼン反応設備での反応を開始してよいと判断し、且つ前記二酸化硫黄タンク内の前記二酸化硫黄の量が予め定められた量以上であることを条件として、前記二酸化硫黄供給機に対して、駆動を指示すると共に、前記二酸化硫黄流量調節器に対して、前記二酸化硫黄タンクから前記ブンゼン反応設備へ前記二酸化硫黄を送れる状態にするよう指示する反応制御器と、
を備える、
水素製造プラント。 2. The hydrogen production plant according to claim 1,
The sulfuric acid reaction equipment includes a sulfuric acid flow rate regulator that regulates the flow rate of the sulfuric acid sent from the sulfuric acid tank to the sulfuric acid reactor, and a sulfur dioxide flow rate regulator that regulates the flow rate of the sulfur dioxide sent from the sulfur dioxide tank to the Bunsen reaction equipment;
Further, a sulfuric acid supply controller that instructs the sulfuric acid flow rate regulator to be in a state in which the sulfuric acid can be sent from the sulfuric acid tank to the sulfuric acid reactor, on the condition that the temperature of the heat storage body of the first heat storage device is higher than a temperature at which the sulfuric acid can undergo a thermal decomposition reaction;
a reaction controller that receives an instruction to start a reaction in the Bunsen reaction facility from an outside, or that determines that it is OK to start a reaction in the Bunsen reaction facility, and that instructs the sulfur dioxide supplier to operate and instructs the sulfur dioxide flow regulator to make the sulfur dioxide available for sending the sulfur dioxide from the sulfur dioxide tank to the Bunsen reaction facility, on the condition that the amount of sulfur dioxide in the sulfur dioxide tank is equal to or greater than a predetermined amount;
Equipped with
Hydrogen production plant.
前記硫酸反応設備としての第一硫酸反応設備の他に、さらに、前記ブンゼン反応設備で生成された前記硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに熱分解させ、前記二酸化硫黄及び前記水を前記ブンゼン反応設備に送る第二硫酸反応設備を備え、
前記第二硫酸反応設備は、
蓄熱体を有する第一蓄熱器と、
太陽光を前記第二硫酸反応設備における前記第一蓄熱器に導いて、前記第二硫酸反応設備における前記第一蓄熱器の前記蓄熱体を加熱する第一太陽光ガイド装置と、
前記第二硫酸反応設備における前記第一蓄熱器の前記蓄熱体に蓄えられた熱を利用して、前記ブンゼン反応設備で生成された前記硫酸を前記二酸化硫黄と前記酸素と前記水とに熱分解させる硫酸反応器と、
を有し、
前記反応制御器は、前記第二硫酸反応設備から前記ブンゼン反応設備への前記二酸化硫黄の供給が停止したことを条件として、前記二酸化硫黄供給機に対して、駆動を指示すると共に、前記二酸化硫黄流量調節器に対して、前記二酸化硫黄タンクから前記ブンゼン反応設備へ前記二酸化硫黄を送れる状態にするよう指示する、
水素製造プラント。 3. The hydrogen production plant according to claim 2,
In addition to the first sulfuric acid reaction equipment as the sulfuric acid reaction equipment, a second sulfuric acid reaction equipment is further provided which thermally decomposes the sulfuric acid generated in the Bunsen reaction equipment into sulfur dioxide, oxygen, and water, and sends the sulfur dioxide and the water to the Bunsen reaction equipment;
The second sulfuric acid reaction facility comprises:
A first heat storage device having a heat storage body;
A first sunlight guide device that guides sunlight to the first heat accumulator in the second sulfuric acid reaction facility and heats the heat storage body of the first heat accumulator in the second sulfuric acid reaction facility;
a sulfuric acid reactor that uses the heat stored in the heat storage of the first heat storage in the second sulfuric acid reaction facility to thermally decompose the sulfuric acid generated in the Bunsen reaction facility into sulfur dioxide, oxygen, and water;
having
The reaction controller instructs the sulfur dioxide supply device to operate under the condition that the supply of the sulfur dioxide from the second sulfuric acid reaction device to the Bunsen reaction device has stopped, and instructs the sulfur dioxide flow rate regulator to be in a state in which the sulfur dioxide can be sent from the sulfur dioxide tank to the Bunsen reaction device.
Hydrogen production plant.
前記ヨウ化水素反応設備は、前記ブンゼン反応設備で生成された前記ヨウ化水素を一時的に蓄えるヨウ化水素タンクと、前記ヨウ化水素タンク内の前記ヨウ化水素を前記ヨウ化水素反応器に送るヨウ化水素供給機と、前記ヨウ化水素反応器で生成された前記ヨウ素を一時的に蓄えるヨウ素タンクと、前記ヨウ素タンク内の前記ヨウ素を前記ブンゼン反応設備に送るヨウ素供給機と、
を有する、
水素製造プラント。 The hydrogen production plant according to claim 2 or 3,
The hydrogen iodide reaction equipment includes a hydrogen iodide tank that temporarily stores the hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction equipment, a hydrogen iodide supplying machine that sends the hydrogen iodide in the hydrogen iodide tank to the hydrogen iodide reactor, an iodine tank that temporarily stores the iodine generated in the hydrogen iodide reactor, and an iodine supplying machine that sends the iodine in the iodine tank to the Bunsen reaction equipment;
having
Hydrogen production plant.
前記ヨウ化水素反応設備は、前記ヨウ化水素タンクから前記ヨウ化水素反応器へ送られる前記ヨウ化水素の流量を調節するヨウ化水素流量調節器と、前記ヨウ素タンクから前記ブンゼン反応設備に送られる前記ヨウ素の流量を調節するヨウ素流量調節器と、を有し、
さらに、前記第二蓄熱器の前記蓄熱体の温度が、前記ヨウ化水素の熱分解反応可能な温度より高いことを条件として、前記ヨウ化水素流量調節器に対して、前記ヨウ化水素タンクから前記ヨウ化水素反応器へ前記ヨウ化水素を送れる状態にするよう指示するヨウ化水素供給制御器を備え、
前記反応制御器は、外部から前記ブンゼン反応設備での反応開始の指示を受け付け、又は、自身が前記ブンゼン反応設備での反応を開始してよいと判断し、且つ前記ヨウ素タンク内の前記ヨウ素の量が予め定められた量以上であることを条件として、前記ヨウ素供給機に対して、駆動を指示すると共に、前記ヨウ素流量調節器に対して、前記ヨウ素タンクから前記ブンゼン反応設備へ前記ヨウ素を送れる状態にするよう指示する、
水素製造プラント。 5. The hydrogen production plant according to claim 4,
the hydrogen iodide reaction facility includes a hydrogen iodide flow rate regulator that regulates a flow rate of the hydrogen iodide sent from the hydrogen iodide tank to the hydrogen iodide reactor, and an iodine flow rate regulator that regulates a flow rate of the iodine sent from the iodine tank to the Bunsen reaction facility;
Further, a hydrogen iodide supply controller is provided that instructs the hydrogen iodide flow rate regulator to make the hydrogen iodide flow from the hydrogen iodide tank to the hydrogen iodide reactor, on condition that the temperature of the heat storage body of the second heat storage device is higher than a temperature at which the hydrogen iodide can undergo a thermal decomposition reaction;
The reaction controller receives an instruction to start a reaction in the Bunsen reaction facility from the outside, or determines that the reaction in the Bunsen reaction facility may be started by itself, and on condition that the amount of iodine in the iodine tank is equal to or greater than a predetermined amount, instructs the iodine supplier to operate and instructs the iodine flow regulator to make the iodine available to be sent from the iodine tank to the Bunsen reaction facility.
Hydrogen production plant.
前記ヨウ化水素反応設備としての第一ヨウ化水素反応設備の他に、さらに、前記ブンゼン反応設備で生成された前記ヨウ化水素を水素とヨウ素とに熱分解させ、前記水素を外部に排出すると共に、前記ヨウ素を前記ブンゼン反応設備に送る第二ヨウ化水素反応設備を備え、
前記第二ヨウ化水素反応設備は、
蓄熱体を有する第二蓄熱器と、
太陽光を前記第二ヨウ化水素反応設備における前記第二蓄熱器に導いて、前記第二ヨウ化水素反応設備における前記第二蓄熱器の前記蓄熱体を加熱する第二太陽光ガイド装置と、
前記第二ヨウ化水素反応設備における前記第二蓄熱器の前記蓄熱体に蓄えられた熱を利用して、前記ブンゼン反応設備で生成された前記ヨウ化水素を前記水素と前記ヨウ素とに熱分解させるヨウ化水素反応器と、
を有し、
前記反応制御器は、前記第二ヨウ化水素反応設備から前記ブンゼン反応設備への前記ヨウ素の供給が停止したことを条件として、前記ヨウ素供給機に対して、駆動を指示すると共に、前記ヨウ素流量調節器に対して、前記ヨウ素タンクから前記ブンゼン反応設備へ前記ヨウ素を送れる状態にするよう指示する、
水素製造プラント。 6. The hydrogen production plant according to claim 5,
In addition to the first hydrogen iodide reaction facility as the hydrogen iodide reaction facility, a second hydrogen iodide reaction facility is further provided which thermally decomposes the hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction facility into hydrogen and iodine, discharges the hydrogen to the outside, and sends the iodine to the Bunsen reaction facility;
The second hydrogen iodide reaction facility comprises:
A second heat storage device having a heat storage body;
A second sunlight guide device that guides sunlight to the second heat accumulator in the second hydrogen iodide reaction facility and heats the heat accumulator of the second heat accumulator in the second hydrogen iodide reaction facility;
a hydrogen iodide reactor that uses heat stored in the heat storage of the second heat storage device in the second hydrogen iodide reaction facility to thermally decompose the hydrogen iodide generated in the Bunsen reaction facility into the hydrogen and the iodine;
having
The reaction controller instructs the iodine supplier to operate, and instructs the iodine flow regulator to be in a state in which the iodine can be sent from the iodine tank to the Bunsen reaction facility, on the condition that the supply of the iodine from the second hydrogen iodide reaction facility to the Bunsen reaction facility has stopped.
Hydrogen production plant.
前記第一蓄熱器及び前記第二蓄熱器は、いずれも、
前記蓄熱体としての複数の蓄熱材粒子と、前記複数の蓄熱材粒子を覆うケースと、前記ケース内に気体を送る送風機と、を有し、
前記ケースは、前記送風機からの気体を導入して、前記複数の蓄熱材粒子を前記ケース内で循環流動させる気体導入口を有する、
水素製造プラント。 7. The hydrogen production plant according to claim 1 ,
The first heat accumulator and the second heat accumulator are both
The heat storage device includes a plurality of heat storage material particles as the heat storage body, a case that covers the plurality of heat storage material particles, and a blower that blows gas into the case,
The case has a gas inlet port through which gas from the blower is introduced to circulate the plurality of heat storage material particles within the case.
Hydrogen production plant.
前記複数の蓄熱材粒子は、珪砂、スラグ、金属酸化物、セラミックスのうち、少なくとも一の材料で形成されている、
水素製造プラント。 8. The hydrogen production plant according to claim 7,
The plurality of heat storage material particles are formed of at least one material selected from the group consisting of silica sand, slag, metal oxide, and ceramics.
Hydrogen production plant.
高温熱媒体と気体とを熱交換させて、前記気体を加熱する気体加熱器と、
前記気体加熱器で加熱された気体を前記第一蓄熱器の前記ケース内に送る予備送風機と、
前記第一蓄熱器の前記ケース内に前記第一蓄熱器の前記送風機から気体を送れる状態と、前記第一蓄熱器の前記ケース内に前記予備送風機からの気体を送れる状態とに、切り替える切替機と、
をさらに備える、
水素製造プラント。 9. The hydrogen production plant according to claim 7 or 8,
a gas heater that exchanges heat between a high-temperature heat medium and a gas to heat the gas;
a backup blower that sends the gas heated by the gas heater into the case of the first heat accumulator;
A switch that switches between a state in which gas can be sent from the blower of the first heat accumulator into the case of the first heat accumulator and a state in which gas can be sent from the auxiliary blower into the case of the first heat accumulator;
Further comprising:
Hydrogen production plant.
高温熱媒体と気体とを熱交換させて、前記気体を加熱する気体加熱器と、
前記気体加熱器で加熱された気体を前記第二蓄熱器の前記ケース内に送る予備送風機と、
前記第二蓄熱器の前記ケース内に前記第二蓄熱器の前記送風機から気体を送れる状態と、前記第二蓄熱器の前記ケース内に前記予備送風機からの気体を送れる状態とに、切り替える切替機と、
をさらに備える、
水素製造プラント。 9. The hydrogen production plant according to claim 7 or 8,
a gas heater that exchanges heat between a high-temperature heat medium and a gas to heat the gas;
a spare blower that sends the gas heated by the gas heater into the case of the second heat accumulator;
A switch that switches between a state in which gas can be sent from the fan of the second heat accumulator into the case of the second heat accumulator and a state in which gas can be sent from the auxiliary fan into the case of the second heat accumulator;
Further comprising:
Hydrogen production plant.
高温熱媒体と気体とを熱交換させて、前記気体を加熱する気体加熱器と、
前記気体加熱器で加熱された気体を前記第一蓄熱器の前記ケース内及び前記第二蓄熱器の前記ケース内に送る予備送風機と、
前記第一蓄熱器の前記ケース内に前記第一蓄熱器の前記送風機から気体を送れ且つ前記第二蓄熱器の前記ケース内に前記第二蓄熱器の前記送風機から気体を送れる状態と、前記第一蓄熱器の前記ケース内及び前記第二蓄熱器の前記ケース内に前記予備送風機からの気体を送れる状態とに、切り替える切替機と、
をさらに備える、
水素製造プラント。 9. The hydrogen production plant according to claim 7 or 8,
a gas heater that exchanges heat between a high-temperature heat medium and a gas to heat the gas;
a backup blower that sends the gas heated by the gas heater into the case of the first heat accumulator and the case of the second heat accumulator;
a switch that switches between a state in which gas can be sent from the blower of the first heat accumulator into the case of the first heat accumulator and a state in which gas can be sent from the blower of the second heat accumulator into the case of the second heat accumulator, and a state in which gas can be sent from the auxiliary blower into the case of the first heat accumulator and the case of the second heat accumulator;
Further comprising:
Hydrogen production plant.
前記硫酸反応器と前記ヨウ化水素反応器とのうち、少なくとも一方の反応器は、
筒状を成して両端を有し、該両端のうちの一端が閉端を成し、他端が開口を成す外筒と、
筒状を成して両端を有し、該両端のうちの一端が入口開口を成し、他端が出口開口を成す内筒と、
筒状を成して両端を有し、該両端のうちの一端が閉端を成し、他端が出口開口を成す分離筒と、
熱分解の対象である熱分解対象物を受け入れる対象物受入部と、
前記熱分解対象物の熱分解で得られた反応物の一種を排出する反応物排出部と、
を有し、
前記分離筒は、前記熱分解対象物の熱分解で得られた第一反応物と第二反応物とうち、前記第一反応物を前記分離筒の内側に通す一方で前記第二反応物を前記内側に通さない分離膜を有し、
前記外筒は、前記外筒の前記閉端を含み且つ前記開口を含まない外筒本体の外周面が前記蓄熱体に接し得るよう、前記ケースに取り付けられ、
前記内筒は、前記内筒の前記入口開口を含み且つ前記出口開口を含まない内筒本体の少なくとも一部が前記外筒本体内に位置するよう、配置され、
前記分離筒は、前記分離筒の前記閉端を含み且つ前記出口開口を含まない分離筒本体の少なくとも一部が前記外筒本体内及び前記内筒本体内に位置するよう、配置され、
前記対象物受入部は、前記外筒本体と前記内筒本体との間に前記熱分解対象物を送れるよう形成され、
前記反応物排出部は、前記内筒本体と前記分離筒本体との間の前記第二反応物を外部に排出できるよう形成され、
前記分離筒の前記出口開口は、前記第一反応物を外部に排出する排出口を成す、
水素製造プラント。 12. The hydrogen production plant according to claim 7,
At least one of the sulfuric acid reactor and the hydrogen iodide reactor is
an outer cylinder having a cylindrical shape and both ends, one of which is a closed end and the other of which is an open end;
an inner cylinder having a cylindrical shape and both ends, one of the ends forming an inlet opening and the other end forming an outlet opening;
a separation tube having a cylindrical shape and both ends, one of which is a closed end and the other of which is an outlet opening;
an object receiving section for receiving an object to be pyrolyzed;
A reactant discharge section that discharges one of the reactants obtained by the thermal decomposition of the object to be thermally decomposed;
having
the separation tube has a separation membrane that allows the first reactant to pass through the inside of the separation tube while preventing the second reactant from passing through the inside of the separation tube, out of a first reactant and a second reactant obtained by the thermal decomposition of the object to be thermally decomposed;
the outer cylinder is attached to the case such that an outer circumferential surface of an outer cylinder body including the closed end of the outer cylinder and not including the opening can be in contact with the heat storage body;
the inner cylinder is arranged such that at least a portion of the inner cylinder body, including the inlet opening and not including the outlet opening, is located within the outer cylinder body;
The separation tube is arranged such that at least a portion of the separation tube body, including the closed end of the separation tube and not including the outlet opening, is located within the outer tube body and the inner tube body;
The object receiving portion is formed so as to be able to send the object to be pyrolyzed between the outer cylinder body and the inner cylinder body,
The reactant discharge portion is formed so as to be able to discharge the second reactant between the inner cylinder body and the separation cylinder body to the outside,
The outlet opening of the separation cylinder serves as an outlet for discharging the first reactant to the outside.
Hydrogen production plant.
前記ケースは、鉛直方向に延びる側板を有し、
前記外筒は、前記外筒の前記開口に対して前記閉端が上に位置するように傾斜して、前記側板に取り付けられ、
前記内筒は、前記内筒の前記出口開口に対して前記入口開口が上に位置するよう傾斜している、
水素製造プラント。 13. The hydrogen production plant according to claim 12,
The case has a side plate extending in a vertical direction,
the outer cylinder is attached to the side plate at an incline such that the closed end is positioned above the opening of the outer cylinder;
The inner cylinder is inclined so that the inlet opening is located above the outlet opening of the inner cylinder.
Hydrogen production plant.
前記少なくとも一方の反応器は、前記熱分解対象物の熱分解を促進する触媒を有し、
前記触媒は、前記分離筒本体の外周面中で、前記分離筒本体の少なくとも一部が前記外筒本体内及び前記内筒本体内に位置している部分に取り付けられている、
水素製造プラント。 14. The hydrogen production plant according to claim 12 or 13,
The at least one reactor has a catalyst that promotes the thermal decomposition of the material to be thermally decomposed,
The catalyst is attached to a portion of the outer circumferential surface of the separation tube body where at least a part of the separation tube body is located within the outer tube body and the inner tube body.
Hydrogen production plant.
前記ブンゼン反応設備、前記硫酸反応設備、及び前記ヨウ化水素反応設備に対して、電力を供給する電力供給設備をさらに備え、
前記電力供給設備は、
蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動で発電する発電機と、
前記蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、
前記復水器からの水を加熱し蒸気を生成し、前記蒸気を前記蒸気タービンに送る蒸気発生装置と、
を有し、
前記蒸気発生装置は、蓄熱体を有する蓄熱器と、太陽光を前記蓄熱器に導いて、前記蓄熱器の前記蓄熱体を加熱する太陽光ガイド装置と、前記蓄熱器内に配置され、前記復水器からの水と前記蓄熱体とを熱交換させて、前記水を加熱して蒸気にする蒸気発生器と、を有する、
水素製造プラント。 15. The hydrogen production plant according to claim 1 ,
Further comprising a power supply facility for supplying power to the Bunsen reaction facility, the sulfuric acid reaction facility, and the hydrogen iodide reaction facility;
The power supply facility includes:
A steam turbine driven by steam;
a generator that generates electricity by driving the steam turbine;
a condenser that converts the steam exhausted from the steam turbine back into water;
a steam generator configured to heat water from the condenser to generate steam and deliver the steam to the steam turbine;
having
The steam generating device includes a heat storage device having a heat storage body, a sunlight guide device that guides sunlight to the heat storage device and heats the heat storage body of the heat storage device, and a steam generator that is disposed in the heat storage device and exchanges heat between the water from the condenser and the heat storage body to heat the water and generate steam.
Hydrogen production plant.
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