JPH0199632A - 酸素の電気化学的分離法および電気化学的酸素濃縮セル - Google Patents
酸素の電気化学的分離法および電気化学的酸素濃縮セルInfo
- Publication number
- JPH0199632A JPH0199632A JP63219610A JP21961088A JPH0199632A JP H0199632 A JPH0199632 A JP H0199632A JP 63219610 A JP63219610 A JP 63219610A JP 21961088 A JP21961088 A JP 21961088A JP H0199632 A JPH0199632 A JP H0199632A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- electrolyte
- group
- cathode
- electrochemical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims description 103
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 102
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims description 102
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims description 19
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 60
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 33
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 15
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical group [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 229910001963 alkali metal nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical group [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910019142 PO4 Chemical group 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000004334 oxygen containing inorganic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000010452 phosphate Chemical group 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical group [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical group C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical group [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Chemical group 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 2
- 229910010093 LiAlO Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 claims 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 15
- -1 NO3 <-> Chemical class 0.000 abstract description 5
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 13
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 5
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940123973 Oxygen scavenger Drugs 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M Superoxide Chemical compound [O-][O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000288 alkali metal carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 description 1
- PWKWDCOTNGQLID-UHFFFAOYSA-N [N].[Ar] Chemical compound [N].[Ar] PWKWDCOTNGQLID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 150000008041 alkali metal carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 229910000318 alkali metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052936 alkali metal sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010349 cathodic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009770 conventional sintering Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000002739 cryptand Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N sodium peroxide Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][O-] PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
l1α1え
光1とた万一
本発明は2つの電極間に電位を加えると酸素が分離され
る、電極間のマトリックスに保持されている酸素含有溶
融無機塩電解質を用いて空気等の酸素含有ガス混き物か
ら酸素を電気化学的に分離する方法に関する。
る、電極間のマトリックスに保持されている酸素含有溶
融無機塩電解質を用いて空気等の酸素含有ガス混き物か
ら酸素を電気化学的に分離する方法に関する。
U」た11哩
比較的純粋な酸素には多くの工業的用途及び医療用途が
ある。酸素を製造する19の方法は水の電気分解である
。S気分解は大量の電気エネルギーを消費すると共に、
更に水素が同時に製造され、安全性及び純度の面で問題
があるという不利な点がある。
ある。酸素を製造する19の方法は水の電気分解である
。S気分解は大量の電気エネルギーを消費すると共に、
更に水素が同時に製造され、安全性及び純度の面で問題
があるという不利な点がある。
19の広く用いられた酸素の分離法は空気の極低温−液
化及び蒸留を伴うものである。極低温蒸留法は一般にエ
ネルギを大量消費する方法で、約35〜40%以下の総
合効率で作動する。僅低温蒸留は一般的に言って非常に
大規模なプラントで運転しなければ経済的に実行できず
、また大規模生産は集約生産設備から末端ユーザーに運
ぶ輸送コストも要する。
化及び蒸留を伴うものである。極低温蒸留法は一般にエ
ネルギを大量消費する方法で、約35〜40%以下の総
合効率で作動する。僅低温蒸留は一般的に言って非常に
大規模なプラントで運転しなければ経済的に実行できず
、また大規模生産は集約生産設備から末端ユーザーに運
ぶ輸送コストも要する。
化学的空気分離法も開発されており、例えばエア・プロ
ダクツ・アンド・ケミカル社(AirP roduct
s and Cbe糟1cals、I nc、 )
はモルドックス(Moltox)化学的空気分離法を市
場に出している。このfヒ学的空気分層技術では衝低温
法に比較して低エネルギー消費、従って高効率が達成さ
れると言われている0次の米国特許明細書には基本的モ
ルドックス化学的空気分離法及びその改良法が記載され
ている。すなわち、米国特許下4.132,766号明
細書は、空気を昇温、昇圧下で溶融したアルカリ亜硝酸
塩及び同硝酸塩の溶液の酸素アクセプターと接触させて
酸素分亜硝酸塩と反応させ、それによって溶融塩溶液中
で追加の硝酸塩を形成する、再生式化学的方法による空
気からの酸素の分離を教示している。酸化された溶融塩
を酸素が減少した空気から分離し、そしてその圧力を下
げ、同時にその温度ひ上げると酸素の放出が起こる。再
生された酸素アクセプターは次に再循環することができ
るし、またこの空気分離法は連続法で運転することがで
きる。吸着段階と脱着段階には別個の反応器が必要であ
る、と言うのはそれらの段階は異なる温度と圧力で行わ
れ、反応器間で溶融塩酸素アクセプターをポンプ給送す
ることが必要だからである。この方法では、特に約53
0°〜930°という必要温度における腐食が重大な開
運である。米国特許下4,340゜578号明細書は上
記米(II!t4F許第4,132゜766号の化学的
空気分離法の改良を教示する。
ダクツ・アンド・ケミカル社(AirP roduct
s and Cbe糟1cals、I nc、 )
はモルドックス(Moltox)化学的空気分離法を市
場に出している。このfヒ学的空気分層技術では衝低温
法に比較して低エネルギー消費、従って高効率が達成さ
れると言われている0次の米国特許明細書には基本的モ
ルドックス化学的空気分離法及びその改良法が記載され
ている。すなわち、米国特許下4.132,766号明
細書は、空気を昇温、昇圧下で溶融したアルカリ亜硝酸
塩及び同硝酸塩の溶液の酸素アクセプターと接触させて
酸素分亜硝酸塩と反応させ、それによって溶融塩溶液中
で追加の硝酸塩を形成する、再生式化学的方法による空
気からの酸素の分離を教示している。酸化された溶融塩
を酸素が減少した空気から分離し、そしてその圧力を下
げ、同時にその温度ひ上げると酸素の放出が起こる。再
生された酸素アクセプターは次に再循環することができ
るし、またこの空気分離法は連続法で運転することがで
きる。吸着段階と脱着段階には別個の反応器が必要であ
る、と言うのはそれらの段階は異なる温度と圧力で行わ
れ、反応器間で溶融塩酸素アクセプターをポンプ給送す
ることが必要だからである。この方法では、特に約53
0°〜930°という必要温度における腐食が重大な開
運である。米国特許下4,340゜578号明細書は上
記米(II!t4F許第4,132゜766号の化学的
空気分離法の改良を教示する。
この方法において、酸素の吸着は多段向流段階で行われ
る。圧縮エネルギー必要量を減少させるために等温圧縮
と断熱圧縮とが組み合され、そしてその排気が圧縮エネ
ルギーの回収を高めるために燃料、部分的膨張、熱交換
及びps5張の完結の順序で処理される。米国特許下4
,287,170号明細書は前記化学的空気分離法のも
う19の改良を教示する。この改良法は溶融カルカリ硝
酸塩溶液、S「○又はPr−Ce酸化物等の酸素アクセ
プターを使用して空気を分離することによる酸素と窒素
の製造を伴うもので、その際残留酸素はMnO等の掃去
剤との反応で除去され、酸素を含まない窒素−アルゴン
混合物を生成させる。酸素アクセプターと酸素掃去剤は
再生、再循環される。米国特許下4,526.775号
明細書は前記1ヒ学的酸素分離法のもう19の改良を教
示する。この改良法では多段吸着−脱着サイクルを利用
することによって動力必要量と資本コストを下げ、かつ
高圧酸素の回収を高めるようにしている。米国1キ許第
4.529.577号明細書は前記化学的空気分離法の
更に他の改良法と教示する。この方法において、溶融塩
アニオン組成物は過酸fヒ輪と酸化物と過酸化ナトリウ
ムに対して約1モル%以下で存在する超酸化物(sup
eroに1des)の混合物を含み、溶融塩溶液の腐蝕
性を低下させている。米国特許下4.565,685号
明細書は前記(ヒ学的空気分随法の更に池の改良を教示
する。゛この方法においては、温度変動(temper
ature 5w1nFi)吸収−脱着サイクルが、
脱着段階で圧力を上げて高圧酸素の発生を更に効率的な
ものにする圧力変動と併用されている。
る。圧縮エネルギー必要量を減少させるために等温圧縮
と断熱圧縮とが組み合され、そしてその排気が圧縮エネ
ルギーの回収を高めるために燃料、部分的膨張、熱交換
及びps5張の完結の順序で処理される。米国特許下4
,287,170号明細書は前記化学的空気分離法のも
う19の改良を教示する。この改良法は溶融カルカリ硝
酸塩溶液、S「○又はPr−Ce酸化物等の酸素アクセ
プターを使用して空気を分離することによる酸素と窒素
の製造を伴うもので、その際残留酸素はMnO等の掃去
剤との反応で除去され、酸素を含まない窒素−アルゴン
混合物を生成させる。酸素アクセプターと酸素掃去剤は
再生、再循環される。米国特許下4,526.775号
明細書は前記1ヒ学的酸素分離法のもう19の改良を教
示する。この改良法では多段吸着−脱着サイクルを利用
することによって動力必要量と資本コストを下げ、かつ
高圧酸素の回収を高めるようにしている。米国1キ許第
4.529.577号明細書は前記化学的空気分離法の
更に他の改良法と教示する。この方法において、溶融塩
アニオン組成物は過酸fヒ輪と酸化物と過酸化ナトリウ
ムに対して約1モル%以下で存在する超酸化物(sup
eroに1des)の混合物を含み、溶融塩溶液の腐蝕
性を低下させている。米国特許下4.565,685号
明細書は前記(ヒ学的空気分随法の更に池の改良を教示
する。゛この方法においては、温度変動(temper
ature 5w1nFi)吸収−脱着サイクルが、
脱着段階で圧力を上げて高圧酸素の発生を更に効率的な
ものにする圧力変動と併用されている。
空気から酸素分分離するその外の化学的方法に米国特許
下1,120,436号明細書に教示される方法がある
。この米国特許下1,120,436号明細書は、空気
が無水亜硝酸(+’hOs)等の窒素の低級酸化物と反
応して、加熱すると酸素と低級酸化物に分解する硝酸等
の窒素の高級酸化物を形成する化学的分層法を教示する
ものである。硫酸が酸素の分離を助長する媒介物として
用いられる。
下1,120,436号明細書に教示される方法がある
。この米国特許下1,120,436号明細書は、空気
が無水亜硝酸(+’hOs)等の窒素の低級酸化物と反
応して、加熱すると酸素と低級酸化物に分解する硝酸等
の窒素の高級酸化物を形成する化学的分層法を教示する
ものである。硫酸が酸素の分離を助長する媒介物として
用いられる。
米国特許下4.089,938号明m書は、酸素を低圧
吸着ゾーンにおいて水酸化ナトリウム又は同カリウムの
水溶液中二酸化マンガン懸濁液と接触させ、得られる酸
素の富化された液体流を次に高圧発生ゾーンにポンプ給
送し、水蒸気と接触させて吸着酸素を放出させる酸素分
離法を教示する。
吸着ゾーンにおいて水酸化ナトリウム又は同カリウムの
水溶液中二酸化マンガン懸濁液と接触させ、得られる酸
素の富化された液体流を次に高圧発生ゾーンにポンプ給
送し、水蒸気と接触させて吸着酸素を放出させる酸素分
離法を教示する。
また、欧州特許下98,157号明細書は吸着と脱着過
程で必要な酸素圧を維持するために温度及び/又は圧力
変動法を利用する酸素の分離のための溶剤吸収系を教示
する。
程で必要な酸素圧を維持するために温度及び/又は圧力
変動法を利用する酸素の分離のための溶剤吸収系を教示
する。
電気化学的手段による空気等のガス混合物からの酸素の
分離も提案されている。すなわち、東ドイツ特許第11
9,772号明m書は固体の酸化ジルコニウム電解質3
含み、1200°で運転される高温電解槽を用いる酸素
富化空気の回収を教示する。固体電解質はアノードとカ
ソードの両側上のLnCoOr(Ln=稀土類)の多孔
質層により与えられる。米国特許第4,061,534
号明m書は、電気化学的に酸化されると酸素を発生し、
かつ化学的酸fヒ反応器に再循環される還元層を再生す
る過酸化物を形成する空気の化学的酸化を開示する。
分離も提案されている。すなわち、東ドイツ特許第11
9,772号明m書は固体の酸化ジルコニウム電解質3
含み、1200°で運転される高温電解槽を用いる酸素
富化空気の回収を教示する。固体電解質はアノードとカ
ソードの両側上のLnCoOr(Ln=稀土類)の多孔
質層により与えられる。米国特許第4,061,534
号明m書は、電気化学的に酸化されると酸素を発生し、
かつ化学的酸fヒ反応器に再循環される還元層を再生す
る過酸化物を形成する空気の化学的酸化を開示する。
米国特許下4,300.987号明細書は、生成過酸化
物が触媒的に分解される、水性アルカリ性電解質中での
空気から酸素の製造を教示する。米国特許下3,410
,783号明m書は水性電解質を有する電気化学的電池
(elecLroebcmicalcel I)を使用
する空気からの酸素の分離を教示し、この場合その電解
質は酸素の分層のために電池のガス導入物に関連した差
圧下に保持されたセパレーターに輸送される。米国特許
下3,888,749号明細書は2つの電池を有し、両
者間で水性電解質を循環させることによって外部電流を
適用せずに空気から酸素を電解分離する方法を教示する
。ここで、第一の電池は高酸素分圧を有し、一方第二の
電池は低酸素分圧を有して電池間に起電力(ed)を発
生させ、低酸素分圧電池中で電解質から酸素を遊離させ
るようになっている。米国特許下4.475.994号
明細書は、酸素をカソードにおいて超酸化物イオン02
−に還元し、電解質によってアノードに輸送し、そこで
酸素に再酸化し、採集するガス温き物から酸素を分離す
る電気化学的方法を教示する。この米国特許下4.47
5゜994号明細書に開示される発明の実施において、
高pHの水性電解質、非水性電解質及び固体ポリマーの
電解質が使用できる。ニトリル;ルイス酸;有機カチオ
ン;クラウン及びクリプタンド等の大分子のもの及び/
又はリカンドな加えると水性電解質中の超酸化物を安定
化することができる。
物が触媒的に分解される、水性アルカリ性電解質中での
空気から酸素の製造を教示する。米国特許下3,410
,783号明m書は水性電解質を有する電気化学的電池
(elecLroebcmicalcel I)を使用
する空気からの酸素の分離を教示し、この場合その電解
質は酸素の分層のために電池のガス導入物に関連した差
圧下に保持されたセパレーターに輸送される。米国特許
下3,888,749号明細書は2つの電池を有し、両
者間で水性電解質を循環させることによって外部電流を
適用せずに空気から酸素を電解分離する方法を教示する
。ここで、第一の電池は高酸素分圧を有し、一方第二の
電池は低酸素分圧を有して電池間に起電力(ed)を発
生させ、低酸素分圧電池中で電解質から酸素を遊離させ
るようになっている。米国特許下4.475.994号
明細書は、酸素をカソードにおいて超酸化物イオン02
−に還元し、電解質によってアノードに輸送し、そこで
酸素に再酸化し、採集するガス温き物から酸素を分離す
る電気化学的方法を教示する。この米国特許下4.47
5゜994号明細書に開示される発明の実施において、
高pHの水性電解質、非水性電解質及び固体ポリマーの
電解質が使用できる。ニトリル;ルイス酸;有機カチオ
ン;クラウン及びクリプタンド等の大分子のもの及び/
又はリカンドな加えると水性電解質中の超酸化物を安定
化することができる。
色囲へ」i
本発明の19の目的は酸素含有溶融無機塩電解質の電気
化学的電池で空気等の酸素含有ガス混合物から酸素を分
離する電気化学的方法を提供することである。
化学的電池で空気等の酸素含有ガス混合物から酸素を分
離する電気化学的方法を提供することである。
本発明のもう19の目的は溶融したアルカリ金戊−硝酸
塩、−炭酸塩、−硫酸塩又は−燐酸塩電解質の電気化学
的電池で空気等の酸素含有ガス混合物から酸素を分離す
る電気化学的方法を提供することである。
塩、−炭酸塩、−硫酸塩又は−燐酸塩電解質の電気化学
的電池で空気等の酸素含有ガス混合物から酸素を分離す
る電気化学的方法を提供することである。
本発明の他の目的は高プロセス効率を達成する酸素含有
溶融アルカリ無8!塩の電解質を用いて酸素含有ガス混
合物から酸素を分離する電気1ヒ学的方法を提供するこ
とである。
溶融アルカリ無8!塩の電解質を用いて酸素含有ガス混
合物から酸素を分離する電気1ヒ学的方法を提供するこ
とである。
本発明の更に他の目的は溶融塩の移動を要せず、かつ従
来の化学的吸着−脱着酸素分離法よりも低温で作動する
、酸素含有溶融無機塩の電気化学的電池を使用して空気
から酸素を分離する方法を提1共することである。
来の化学的吸着−脱着酸素分離法よりも低温で作動する
、酸素含有溶融無機塩の電気化学的電池を使用して空気
から酸素を分離する方法を提1共することである。
本発明によれば、酸素含有溶融無機塩電解質は2つの電
極間の多孔質マトリックスの中に保持される。これら塩
の好ましい酸素含有部分はナイトレート、カーボネート
、サルフェート及びホスフェートの部分である。カリウ
ム、ナトリウム、リチウム及びそれらの混合物のアルカ
リ金属塩を使用するのが好ましい、これらの塩は一般に
融点が低く、一般に約400℃以下である。′a当な電
解質用マトリックスとしてはM2C,A1.o、。
極間の多孔質マトリックスの中に保持される。これら塩
の好ましい酸素含有部分はナイトレート、カーボネート
、サルフェート及びホスフェートの部分である。カリウ
ム、ナトリウム、リチウム及びそれらの混合物のアルカ
リ金属塩を使用するのが好ましい、これらの塩は一般に
融点が低く、一般に約400℃以下である。′a当な電
解質用マトリックスとしてはM2C,A1.o、。
L i A 102及びそれらの温き物が挙げられる。
マトリックスの構造は電解質を保持する気孔率(+)o
rous) 40 %以上であるのが好ましい、運転条
件下では、活性な電解質は溶融され、細かい多孔質マト
リックスti造の中に毛管現象によって保持されている
0本発明で使用される電解質は溶融炭酸塩燃料電池に関
して米国特許第4.079 。
rous) 40 %以上であるのが好ましい、運転条
件下では、活性な電解質は溶融され、細かい多孔質マト
リックスti造の中に毛管現象によって保持されている
0本発明で使用される電解質は溶融炭酸塩燃料電池に関
して米国特許第4.079 。
171号明細書に記載される電解質と類似のペースト状
電解質である。電極は多孔質のもので、その1ffI1
1面で電解質と、他方の側面でガス室と接触、保持され
る。適当な触媒電極材料は周期律表第IB族、inB族
、fnlA族、第VB族、第VII3族、第VIB族及
び第1族より成る群から選ばれる族に属する元素からj
πばれる触媒から成る。触媒の適当な形として金属官、
酸化物態又はサーメット態が挙げられる。好ましい触媒
は亜鉛、銀、ニッケル、アルミニウム、鉄、銅、クロム
及びそれらの混合物より成る■から選ばれる。特に好ま
しい触媒はMu(ヒ物である。カソード及びアノードは
同一材料のものでもよいし、あるいは異なる材料のもの
でもよいl極は気−液一画相電気化字的反応系について
高気孔度(poros’1ty)及び大きな触媒表面積
を与えることがフましい0本発明の方法の電気1ヒ学的
反応系は2つの電極を構切って加えられる電位によって
駆動される。
電解質である。電極は多孔質のもので、その1ffI1
1面で電解質と、他方の側面でガス室と接触、保持され
る。適当な触媒電極材料は周期律表第IB族、inB族
、fnlA族、第VB族、第VII3族、第VIB族及
び第1族より成る群から選ばれる族に属する元素からj
πばれる触媒から成る。触媒の適当な形として金属官、
酸化物態又はサーメット態が挙げられる。好ましい触媒
は亜鉛、銀、ニッケル、アルミニウム、鉄、銅、クロム
及びそれらの混合物より成る■から選ばれる。特に好ま
しい触媒はMu(ヒ物である。カソード及びアノードは
同一材料のものでもよいし、あるいは異なる材料のもの
でもよいl極は気−液一画相電気化字的反応系について
高気孔度(poros’1ty)及び大きな触媒表面積
を与えることがフましい0本発明の方法の電気1ヒ学的
反応系は2つの電極を構切って加えられる電位によって
駆動される。
本発明の方法は酸素含有ガス混合物、例えば空気を電気
1ヒ学的反応の遂行に適当な酸化物、例えばN02.C
O2,302及びPzOsとの混合物しとてカソード室
に供給することによって実施される。
1ヒ学的反応の遂行に適当な酸化物、例えばN02.C
O2,302及びPzOsとの混合物しとてカソード室
に供給することによって実施される。
カソードにおける還元性環境において0□と酸1ヒ物と
は式I ze−+ 、 02+ X O1l−4X O2,+。
は式I ze−+ 、 02+ X O1l−4X O2,+。
に従って反応して酸素含有イオンを生成させる。
酸素含有イオンは酸素含有溶融無機塩電解質・を横断じ
てアノードに輸送され、そこで式■xo:ll+、 、
+ ze−+o○、+xo。
てアノードに輸送され、そこで式■xo:ll+、 、
+ ze−+o○、+xo。
に従って酸[ヒされて酸素を生成する。ただし、上記式
において: z=1.2又は3; n=172又は1; +a=1.2又は3: X=上記電気化学的反応を遂行するために酸化物及び酸
素含有イオンを生成させることができる非金属酸化物形
成性元素、例えばN。
において: z=1.2又は3; n=172又は1; +a=1.2又は3: X=上記電気化学的反応を遂行するために酸化物及び酸
素含有イオンを生成させることができる非金属酸化物形
成性元素、例えばN。
C3S及びP;
である、流出ガス頚はアノードから抜き出され、酸素は
セパレーター、例えばコンデンサーでMti(ヒ物から
分離されて高純度の酸素ガスを与える。Pi素の最終分
類段階で回収される酸化物はカソードに再循環させるの
が好ましい、別の流出ガス類がカソードから抜き出され
、濃縮されるが、その際非金属酸化物形成性元素及び未
使用酸素を排出してそれらがこのプロセスのサイクルに
蓄積されないようにする0本発明の方法は約500°〜
約900°Cの温度、好ましくは約500 ”〜約70
0℃の温度で実施することができる。本発明の方法は、
多くの場合、吸着剤の熱再生を伴う従来の化学的吸着法
で必要とされる温度より低い温度で実施することができ
、従って使用エネルギーが少ない、同様に、本発明の方
法は約1〜約100気圧、好ましくは約1〜約5気圧の
圧力で実施することができ、その際運転と酸素の放出の
ための差圧に依存する従来法の圧縮エネルギーは必要と
されない。
セパレーター、例えばコンデンサーでMti(ヒ物から
分離されて高純度の酸素ガスを与える。Pi素の最終分
類段階で回収される酸化物はカソードに再循環させるの
が好ましい、別の流出ガス類がカソードから抜き出され
、濃縮されるが、その際非金属酸化物形成性元素及び未
使用酸素を排出してそれらがこのプロセスのサイクルに
蓄積されないようにする0本発明の方法は約500°〜
約900°Cの温度、好ましくは約500 ”〜約70
0℃の温度で実施することができる。本発明の方法は、
多くの場合、吸着剤の熱再生を伴う従来の化学的吸着法
で必要とされる温度より低い温度で実施することができ
、従って使用エネルギーが少ない、同様に、本発明の方
法は約1〜約100気圧、好ましくは約1〜約5気圧の
圧力で実施することができ、その際運転と酸素の放出の
ための差圧に依存する従来法の圧縮エネルギーは必要と
されない。
好ましい聾様において、本発明の方法は酸素含有ガス混
合物、例えば空気をカソード室にNO□との(rl、6
物の形で供給することによって行われる。
合物、例えば空気をカソード室にNO□との(rl、6
物の形で供給することによって行われる。
カソードにおける還元性環境においては、式■N O2
+ 1 / 202 + e −→N○、−に従って0
2とNo、とが反応する。NO3−イオンは溶融アルカ
リ金民硝酸塩電解質を横断してアノードに運ばれ、そこ
でN O)−は式■N O3−−N O2+ 1 /
202+e−に従って酸化される。アノードから流出ガ
スが抜き出され、セパレーター、例えばコンデンサーで
酸素がN O2から分屋されて高純度の酸素ガスを与え
る。酸素の最終分順Ft階で回収されるNO2はカソー
ドに再循環させるのが好ましい。カソードから別の流出
ガスが抜き出されるが、その際N2及び未使用の02が
排出されてそのプロセスのサイクルにそれらが蓄積され
ないようになっている。この好ましい態様の方法は約5
00°〜約700 ’Cの温度、好ましくは約500゛
〜約600℃の温度で実施することができる。
+ 1 / 202 + e −→N○、−に従って0
2とNo、とが反応する。NO3−イオンは溶融アルカ
リ金民硝酸塩電解質を横断してアノードに運ばれ、そこ
でN O)−は式■N O3−−N O2+ 1 /
202+e−に従って酸化される。アノードから流出ガ
スが抜き出され、セパレーター、例えばコンデンサーで
酸素がN O2から分屋されて高純度の酸素ガスを与え
る。酸素の最終分順Ft階で回収されるNO2はカソー
ドに再循環させるのが好ましい。カソードから別の流出
ガスが抜き出されるが、その際N2及び未使用の02が
排出されてそのプロセスのサイクルにそれらが蓄積され
ないようになっている。この好ましい態様の方法は約5
00°〜約700 ’Cの温度、好ましくは約500゛
〜約600℃の温度で実施することができる。
本発明の以上の及びその他の特徴、局面及び利点は好ま
しい態様についての次の詳細な説明及び本発明による空
気から酸素を分離する電気化学的電池を模式的に示す添
付図面に関して考察すれば更に十分に理解されるだろう
。
しい態様についての次の詳細な説明及び本発明による空
気から酸素を分離する電気化学的電池を模式的に示す添
付図面に関して考察すれば更に十分に理解されるだろう
。
よ い、 の;1
本発明の方法を図示の模式図としての電気化学的電池1
0を参照して以下において説明するけれども、本発明の
実施の際に用いられる電気化学的電池10の部品は電気
化学的電池の設計技((1に周知となっている種々の構
造、形状で得られることを理解すべきである。
0を参照して以下において説明するけれども、本発明の
実施の際に用いられる電気化学的電池10の部品は電気
化学的電池の設計技((1に周知となっている種々の構
造、形状で得られることを理解すべきである。
図示される通り、電気1ヒ学的電池10はガス透過性の
カッ−)で11とガス透過性のアノード12を3み、そ
れらカソードとアノードは酸素含有溶RI Q、 n塩
−電解質13と接触している。ハウジング14がカソー
ド室15を取り囲み、一方ハウジング14aが反応体と
生成物のガスを閉じ込めておくためのアノード室16を
取り囲んでいる。電子を運ぶために外部電気回路30が
カソード11とアノード12とに電気的に接触しており
、またその外部回路30は電力供給手段31を有し、電
気化学的反応を駆動するためにT、極を横断して電位を
与えるようになっている。
カッ−)で11とガス透過性のアノード12を3み、そ
れらカソードとアノードは酸素含有溶RI Q、 n塩
−電解質13と接触している。ハウジング14がカソー
ド室15を取り囲み、一方ハウジング14aが反応体と
生成物のガスを閉じ込めておくためのアノード室16を
取り囲んでいる。電子を運ぶために外部電気回路30が
カソード11とアノード12とに電気的に接触しており
、またその外部回路30は電力供給手段31を有し、電
気化学的反応を駆動するためにT、極を横断して電位を
与えるようになっている。
、本発明における使用に適したガス透過性のカソード及
びアノードは触媒fヤ用を有する電極であって、周期律
表第IB族、第IIB族、第1II、〜族、第VB族、
第■[3族、第〜IB族及び第〜l族より成る群から選
ばれる族に属する元素から選ばれる触媒から成る。触媒
に適した形に金属部6、醗(ヒ物態又はサーメット(c
erτaet)君がある。好ましい触媒は亜鉛、銀、ニ
ッケル、アルミニウム、鉄、銅、クロム及びそれらの混
合物より成る群から選ばれるものである。特に好ましい
触媒は銅酸化物である。
びアノードは触媒fヤ用を有する電極であって、周期律
表第IB族、第IIB族、第1II、〜族、第VB族、
第■[3族、第〜IB族及び第〜l族より成る群から選
ばれる族に属する元素から選ばれる触媒から成る。触媒
に適した形に金属部6、醗(ヒ物態又はサーメット(c
erτaet)君がある。好ましい触媒は亜鉛、銀、ニ
ッケル、アルミニウム、鉄、銅、クロム及びそれらの混
合物より成る群から選ばれるものである。特に好ましい
触媒は銅酸化物である。
本発明における使用に適した多孔質の触媒電極は常用の
焼結技術で製造することができる。
焼結技術で製造することができる。
適当な電解質は酸素含有イオン導通性の酸素含有溶融無
機塩電解質から成る。これら塩の好ましい酸素含有非金
属部分はナイトレート、カーボネ−1・、サルフェート
及びホスフェートであり、そしてカリウム、ナトリウム
、リチウム及びそれらの混合物のアルカリ金属塩を用い
るのが好ましい。
機塩電解質から成る。これら塩の好ましい酸素含有非金
属部分はナイトレート、カーボネ−1・、サルフェート
及びホスフェートであり、そしてカリウム、ナトリウム
、リチウム及びそれらの混合物のアルカリ金属塩を用い
るのが好ましい。
19の好ましい電解質は米国特許第4,079゜171
号明細書に開示されているような、多孔質マトリックス
中に保持されている溶融アルカリ硝酸塩から成るもので
ある。′:r、解責は米国特許第4.079,171号
明細書に開示されている方法と同様にして製造すること
ができ、そして溶融アルカリ硝酸塩で満たすことができ
る。好ましいアルカリ金属硝酸塩は硝酸カリウム、硝酸
ナトリウム、硝酸リチウム及びそれらの混合物である。
号明細書に開示されているような、多孔質マトリックス
中に保持されている溶融アルカリ硝酸塩から成るもので
ある。′:r、解責は米国特許第4.079,171号
明細書に開示されている方法と同様にして製造すること
ができ、そして溶融アルカリ硝酸塩で満たすことができ
る。好ましいアルカリ金属硝酸塩は硝酸カリウム、硝酸
ナトリウム、硝酸リチウム及びそれらの混合物である。
空気等の酸素含有ガスは適当な酸化物、例えば対応する
NO□、 CO2、S O2及びP2O,と混合され、
カソード室15にカソード室入口手段17を通って導入
される。空気−酸化物混合物、例えば空気−N O2混
合物は1〜約30モル5′6の酸化物濃度、好ましくは
約15〜約20モル%の酸1ヒ物濃度を有するのが適当
である。これらのモル%濃度は02譜度が空気中のそれ
と略同じである場合に適当なものであるが、しかしもっ
と高い又は低い酸素濃度についてはそれに応じて調整し
なければならない、カソード環境で存念の妨害反応又は
競争反応に関属する成分を含有しないものであればいか
なる酸素含有ガスでも用いることができる。
NO□、 CO2、S O2及びP2O,と混合され、
カソード室15にカソード室入口手段17を通って導入
される。空気−酸化物混合物、例えば空気−N O2混
合物は1〜約30モル5′6の酸化物濃度、好ましくは
約15〜約20モル%の酸1ヒ物濃度を有するのが適当
である。これらのモル%濃度は02譜度が空気中のそれ
と略同じである場合に適当なものであるが、しかしもっ
と高い又は低い酸素濃度についてはそれに応じて調整し
なければならない、カソード環境で存念の妨害反応又は
競争反応に関属する成分を含有しないものであればいか
なる酸素含有ガスでも用いることができる。
反応体ガス−液状電解質−固木触媒カソードの3層界面
で式■の反応が起こり、酸素含有イオン、例えばN0f
f−が溶融炭酸塩燃f1電池における炭酸イオンの溶融
アルカリ金属炭酸塩型M*’:通しての輸送と同様にし
てアルカリ金属硝酸塩等の酸素含有!!機塩の電解質1
3を通してアノード12に輸送される。排気ガスはカソ
ード室15から抜出手段19を通して抜き出されるが、
そのガスは非金工Pi1ヒ物形成性元票及び未使用酸素
含分離、m出してそれらがそのプロセスに蓄積されるの
を防ぐためにセパレーター、例えばコンデンサー20を
通過させることができる。主として酸fヒ物、例えばN
O2を含有する排気ガスは再循環手段21で入口手段1
7に再循環させることができる。
で式■の反応が起こり、酸素含有イオン、例えばN0f
f−が溶融炭酸塩燃f1電池における炭酸イオンの溶融
アルカリ金属炭酸塩型M*’:通しての輸送と同様にし
てアルカリ金属硝酸塩等の酸素含有!!機塩の電解質1
3を通してアノード12に輸送される。排気ガスはカソ
ード室15から抜出手段19を通して抜き出されるが、
そのガスは非金工Pi1ヒ物形成性元票及び未使用酸素
含分離、m出してそれらがそのプロセスに蓄積されるの
を防ぐためにセパレーター、例えばコンデンサー20を
通過させることができる。主として酸fヒ物、例えばN
O2を含有する排気ガスは再循環手段21で入口手段1
7に再循環させることができる。
酸素含有非金属イオン、例えばN01−イオンは酸素含
有溶融無代塩電解質13を通ってアノード12に矢印で
示される方向に進む。アノード12の触媒表面において
、式Hの反応が起こり、ガス状02及び酸1ヒ物がアノ
ード室16から生成ガスの出口手段18f!:通って酸
化物、例えばNO2の濃縮用コンデンサー等のセパレー
ター手段22にカソード室入口手段17への再循環のた
めに取り出される。アノード反応で放出された電子は外
部電気回路30を経てカソード11に送られる。外部電
気回路30中の電力供給手段31は起電力を供給して目
的の電気化学的反応を駆動する。;、n付図面は筆線f
ヒされた模式図として与えられるもので、当業者であれ
ば目的の方法の結果を得るためにこの技術分野に知られ
る所望のバルブ、ポンプ、ブローワー及びコンl−ロー
ル系が使用されることが分かるだろう。
有溶融無代塩電解質13を通ってアノード12に矢印で
示される方向に進む。アノード12の触媒表面において
、式Hの反応が起こり、ガス状02及び酸1ヒ物がアノ
ード室16から生成ガスの出口手段18f!:通って酸
化物、例えばNO2の濃縮用コンデンサー等のセパレー
ター手段22にカソード室入口手段17への再循環のた
めに取り出される。アノード反応で放出された電子は外
部電気回路30を経てカソード11に送られる。外部電
気回路30中の電力供給手段31は起電力を供給して目
的の電気化学的反応を駆動する。;、n付図面は筆線f
ヒされた模式図として与えられるもので、当業者であれ
ば目的の方法の結果を得るためにこの技術分野に知られ
る所望のバルブ、ポンプ、ブローワー及びコンl−ロー
ル系が使用されることが分かるだろう。
本発明による電気化学的電池は約500°〜約900°
C1好ましくは約500°〜約700℃の温度−この温
度は酸素含有無機塩の融点に依存する−で、かつ約1〜
約100気圧、好ましくは約1〜約5気圧で作動する。
C1好ましくは約500°〜約700℃の温度−この温
度は酸素含有無機塩の融点に依存する−で、かつ約1〜
約100気圧、好ましくは約1〜約5気圧で作動する。
本発明による濃縮用電池の作動に要するエネルギー(W
)は電池の起電力(emr)を克服するのに要する仕事
りWREV)及び抵抗(オーlい)と過電圧との((1
失(W□11)を含む。すなわち、””vIIEV +
WInfl 弐■である。ここで、1モルの
酸素の移動について電荷 及び ただし、式中のz、n、m及びXは式I及び■につぃて
与えた意味と同じ意味を有する。
)は電池の起電力(emr)を克服するのに要する仕事
りWREV)及び抵抗(オーlい)と過電圧との((1
失(W□11)を含む。すなわち、””vIIEV +
WInfl 弐■である。ここで、1モルの
酸素の移動について電荷 及び ただし、式中のz、n、m及びXは式I及び■につぃて
与えた意味と同じ意味を有する。
と仮定すると、1モルの02を移動させるのに要するエ
ネルギーは W=z/nF <eIlf+ A V)
式■となる。従って、 W(Co:)−1,36F、 P s/’モル0□町N
O′J)・0.72F、W″S151モル02阿;)・
0.72F、阿” S1モル02Jトえられこれらの条
件下で1モルの02を移動させるのに要するエネルギー
を示す表を作ることができる。これを次に与える。
ネルギーは W=z/nF <eIlf+ A V)
式■となる。従って、 W(Co:)−1,36F、 P s/’モル0□町N
O′J)・0.72F、W″S151モル02阿;)・
0.72F、阿” S1モル02Jトえられこれらの条
件下で1モルの02を移動させるのに要するエネルギー
を示す表を作ることができる。これを次に与える。
(L友
一一−−〜−−−−−−イーーーー−−−一一−−導通
kWl+/ k圓1+/ kWb/1000
に一一晩虹 ド虹 B二虹−」−j−Co、 0.
0365’ 1215 43.9 1/2 2N
O,0,019364323,21/2 1’、 0
.0193 643 23.2 1 2第1表
から、より低いZ及びより高いnを有する溶融塩が好ま
しく、そしてより低い温度はWnEV要件を下げ、一方
より高い温度はW1□8を低下さぜることが分かる。
kWl+/ k圓1+/ kWb/1000
に一一晩虹 ド虹 B二虹−」−j−Co、 0.
0365’ 1215 43.9 1/2 2N
O,0,019364323,21/2 1’、 0
.0193 643 23.2 1 2第1表
から、より低いZ及びより高いnを有する溶融塩が好ま
しく、そしてより低い温度はWnEV要件を下げ、一方
より高い温度はW1□8を低下さぜることが分かる。
次の実施例は本発明を具体的に例証するために示すもの
で、本発明の方法を限定するものと考えるべきではない
。
で、本発明の方法を限定するものと考えるべきではない
。
x1匠
図示の電気化学的電池を大気圧で運転し、分圧で示して
次の主組成を有するカソード導入ガスと供給した: ○、:0.15気圧 No2: 0.29気圧 N2:0.56気圧。
次の主組成を有するカソード導入ガスと供給した: ○、:0.15気圧 No2: 0.29気圧 N2:0.56気圧。
このガスを触媒カソード表面と接触、通過させた。そこ
では式Iで示されるカソード反応が起きた。カソード室
の排気ガスの主組成は次の通りであった: O2:0.07気圧 NO,、0,13気圧 N2 ・080気圧。
では式Iで示されるカソード反応が起きた。カソード室
の排気ガスの主組成は次の通りであった: O2:0.07気圧 NO,、0,13気圧 N2 ・080気圧。
これはカソード表面において○、−0.011気圧、N
O,=0.21気圧の平均活性ガス組成を与えた。
O,=0.21気圧の平均活性ガス組成を与えた。
電解質は温度540°Cに維持し、この温度でアルカリ
金属硝酸塩は溶融された。この電気1ヒ学的反応に要す
る電位は3Q+*Vで、電極間の横断IR降下は50m
Vで、電極の分極は200+轟Vであった。すなわち、
電流密度160mA / am2について全電位は28
0+oVであった。160mΔ/cI112において0
.280ボルトの電池電圧で電気化学的電池を運転する
と、電力の必要埜は230 K W 1.1 / )ン
(メートル単位)O2であった。これは従来の化学的0
□分雛法と比較して潰れていることを示すものである。
金属硝酸塩は溶融された。この電気1ヒ学的反応に要す
る電位は3Q+*Vで、電極間の横断IR降下は50m
Vで、電極の分極は200+轟Vであった。すなわち、
電流密度160mA / am2について全電位は28
0+oVであった。160mΔ/cI112において0
.280ボルトの電池電圧で電気化学的電池を運転する
と、電力の必要埜は230 K W 1.1 / )ン
(メートル単位)O2であった。これは従来の化学的0
□分雛法と比較して潰れていることを示すものである。
前記反応式Hに記載されるアノード反応に基因して、ア
ノード室及び生成ガス出口手段中のガス濃度は一定で、
o2=0.33気圧、NO,=0.67気圧であった。
ノード室及び生成ガス出口手段中のガス濃度は一定で、
o2=0.33気圧、NO,=0.67気圧であった。
02に比較してNO2の融点が高いことに基因して、こ
れら2成分は容易に分層することかてさ、非常に純度の
高い02がこのプロセスから抜き出された。
れら2成分は容易に分層することかてさ、非常に純度の
高い02がこのプロセスから抜き出された。
以上、明細書において本発明についである種の好ましい
S、 tXに関連させて記載し、かつ例証のために多く
の細部について記述したが、当業者には追加の実施!ぶ
様も許容されること、及びここに記載した細部のあるも
のは本発明の基本原理から逸脱しない範囲においてかな
り変更可能であることは明らかであろう。
S、 tXに関連させて記載し、かつ例証のために多く
の細部について記述したが、当業者には追加の実施!ぶ
様も許容されること、及びここに記載した細部のあるも
のは本発明の基本原理から逸脱しない範囲においてかな
り変更可能であることは明らかであろう。
−L[[21面の簡単な説明]
図は本発明による、空気から酸素を分層する電気化学的
電池の模式図である。
電池の模式図である。
10・・・電気化学的電池 11・・・カソード12・
・・アノード 13・・電解質15・・・カソー
ド室 16・・・アノード室17・・・入口手段
18・・・出口手段19・・・排出手段
20・・コンデンサー21・・・再循環手段 22
・セパレーター手段30・・外部電気回路 31・・
・電力供給手段(外3名) 図=7>τこ″′T〕に17なし) 面tビイ11−下りaツタ(江ズー京、02に 手続補正書 1.事件の表示 昭和63年特許願第219610号 2、を明の名称 酸素の電気化学的分離 3、 l+lli正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 インスティチュート・オブ・ガス・テクノロ
ジー4、代理人 5、 htiILノ対象
・・アノード 13・・電解質15・・・カソー
ド室 16・・・アノード室17・・・入口手段
18・・・出口手段19・・・排出手段
20・・コンデンサー21・・・再循環手段 22
・セパレーター手段30・・外部電気回路 31・・
・電力供給手段(外3名) 図=7>τこ″′T〕に17なし) 面tビイ11−下りaツタ(江ズー京、02に 手続補正書 1.事件の表示 昭和63年特許願第219610号 2、を明の名称 酸素の電気化学的分離 3、 l+lli正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 インスティチュート・オブ・ガス・テクノロ
ジー4、代理人 5、 htiILノ対象
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、O_2及び非金属酸化物から成るガス混合物をカソ
ード反応 ▲数式、化学式、表等があります▼ の促進に対して触媒的に活性な多孔質カソードに供給し
; 生成した酸素含有非金属イオンを酸素含有溶融無機塩電
解質を通して次のアノード反応 ▲数式、化学式、表等があります▼ の促進に対して触媒的に活性な多孔質アノードに送り; 生成した該非金属酸化物から生成O_2を分離し、分離
されたO_2をこのプロセスから取り出し;放出された
e^−を外部電気回路を通して該カソードに送り;そし
て 該カソードに該電気化学的反応を駆動するのに十分な電
位を供給する ことを特徴とする酸素含有ガス混合物からの酸素の電気
化学的分離法:但し、上記反応式においてzは1、2又
は3であり、nは1/2又は1であり、mは1、2又は
3であり、そしてXは該電気化学的反応を遂行するため
に酸化物及び酸素含有イオンを生成させることができる
非金属酸化物形成性元素である。 2、該非金属酸化物をNO_2、CO_2、SO_2及
びP_2O_5より成る群から選択する請求項第1項に
記載の方法。 3、該酸素含有無機塩電解質が該非金属酸化物に相当す
るナイトレート、カーボネート、サルフェート及びホス
フェートより成る群から選ばれる酸素含有部分を有して
いる請求項第2項に記載の方法。 4、該電解質をMgO、Al_2O_3、LiAlO_
2及びそれらの混合物より成る群から選ばれる多孔質マ
トリックスの中に保持する請求項第3項に記載の方法。 5、該酸素含有ガス混合物が空気から成る請求項第1項
に記載の方法。 6、該アソード及びカソードが周期律表第 I B族、第
IIB族、第IIIA族、第VB族、第VIB族、第VIIB族及
び第VIII族より成る群から選ばれる族に属する金属、酸
化物又はサーメットの形をした元素から選ばれる触媒か
ら成る請求項第1項に記載の方法。 7、該触媒を亜鉛、銀、ニッケル、アルミニウム、鉄、
銅、クロム及びそれらの混合物より成る群から選ぶ請求
項第6項に記載の方法。 8、該アノード及びカソードの一方が酸化銅から成る請
求項第1項に記載の方法。 9、該方法を約500°〜約900℃の温度で実施する
請求項第1項に記載の方法。 10、該方法を約500°〜約700℃の温度で実施す
る請求項第1項に記載の方法。 11、該方法を約1〜約100気圧の圧力で実施する請
求項第1項に記載の方法。 12、該方法を約1〜約5気圧の圧力で実施する請求項
第1項に記載の方法。 13、該ガス混合物が該非金属酸化物を約1〜約30モ
ル%濃度で含んでいる請求項第1項に記載の方法。 14、該ガス混合物が該非金属酸化物を約15〜約20
モル%濃度で含んでいる請求項第1項に記載の方法。 15、該カソードから排気ガスを抜き出し、該排気ガス
から酸化物形成性元素を分離、排出し、そして主として
酸化物を該ガス混合物に再循環させる追加工程を含む請
求項第1項に記載の方法。 16、該非金属酸化物をNO_2、CO_2、SO_2
及びP_2O_5より成る群から選び、該酸素含有無機
塩電解質は該非金属酸化物に対応するナイトレート、カ
ーボネート、サルフェート及びホスフェートより成る群
から選ばれる酸素含有部分を有するものであり、該アノ
ード及びカソードの一方は銅酸化物から成り、該方法を
約1〜約100気圧の圧力で実施し、そして該ガス混合
物は該非金属酸化物を約15〜約20モル濃度で含むも
のである請求項第1項に記載の方法。 17、該ガス混合物がNO_2及びO_2から成るもの
であり、該酸素含有溶融無機塩電解質が溶融硝酸アルカ
リ金属塩電解質であつて、該溶融電解質を通して生成N
O_3^−イオンを多孔質アノードに送る請求項第1項
に記載の方法。 18、各々が一方の側面で電解質と、他方の側面でガス
室と接触している離間配置される多孔質の電極から成り
、そして該電解質は酸素含有溶融無機塩から成ってかつ
2つの離間した該多孔質電極間の多孔質マトリックスの
中に保持されていることを特徴とする電気化学的酸素濃
縮電池。 19、該酸素含有無機塩電解質がナイトレート、カーボ
ネート、サルフェート、及びホスフェートより成る群か
ら選ばれる酸素含有部分を有するものである請求項第1
8項に記載の電気化学的酸素濃縮電池。 20、該電解質がカリウム、ナトリウム、リチウム及び
それらの混合物より成る群から選ばれるアルカリ金属部
分を有するものである請求項第19項に記載の電気化学
的酸素濃縮電池。 21、該電解質がMgO、Al_2O_3、LiAlO
_2及びそれらの混合物より成る群から選ばれる多孔質
マトリックスに保持されている請求項第18項記載の電
気化学的酸素濃縮電池。 22、該電解質が周期律表第 I B族、第IIB族、第II
IA族、第VB族、第VIB族、第VIIB族及び第VIII族よ
り成る群から選ばれる族に属する金属、酸化物又はサー
メットの形をした元素から選ばれる触媒から成る請求項
第18項に記載の電気化学的酸素濃縮電池。 23、該触媒が亜鉛、銀、ニッケル、アルミニウム、鉄
、銅、クロム及びそれらの混合物より成る群から選ばれ
たものである請求項第18項に記載の電気化学的酸素濃
縮電池。 24、電極の一方が銅酸化物から成る請求項第18項に
記載の電気化学的酸素濃縮電池。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US91716 | 1979-11-06 | ||
US07/091,716 US4738760A (en) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | Electrochemical separation of oxygen |
US07/160,242 US4859296A (en) | 1987-09-01 | 1988-02-25 | Electrochemical separation of oxygen |
US160242 | 1988-02-25 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0199632A true JPH0199632A (ja) | 1989-04-18 |
JPH0720532B2 JPH0720532B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=26784260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63219610A Expired - Lifetime JPH0720532B2 (ja) | 1987-09-01 | 1988-09-01 | 酸素の電気化学的分離法および電気化学的酸素濃縮セル |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4859296A (ja) |
JP (1) | JPH0720532B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013089221A1 (ja) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | パナソニック株式会社 | 二酸化炭素透過装置及び二酸化炭素輸送方法 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5169415A (en) * | 1990-08-31 | 1992-12-08 | Sundstrand Corporation | Method of generating oxygen from an air stream |
US5338412A (en) * | 1992-04-27 | 1994-08-16 | Burk Melvyn I | Electrochemical device for removal and regeneration of oxygen and method |
US5399246A (en) * | 1993-08-26 | 1995-03-21 | Ceramatec, Inc. | Inert gas purification |
DE19854392A1 (de) * | 1998-11-25 | 2000-05-31 | Messer Griesheim Gmbh | Sauerstoffgeneratoren auf Metalloxidkeramik-Basis mit Gasreinigung |
US6793711B1 (en) | 1999-12-07 | 2004-09-21 | Eltron Research, Inc. | Mixed conducting membrane for carbon dioxide separation and partial oxidation reactions |
GB0504445D0 (en) * | 2005-03-03 | 2005-04-06 | Univ Cambridge Tech | Oxygen generation apparatus and method |
GB2616034A (en) * | 2022-02-24 | 2023-08-30 | Ceres Ip Co Ltd | ASU electrolyser system |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1120436A (en) * | 1913-09-30 | 1914-12-08 | Ludwig Bergfeld | Separation of oxygen from the air. |
US3410783A (en) * | 1966-02-02 | 1968-11-12 | Allis Chalmers Mfg Co | Electrochemical cell for separation of gaseous mixtures |
US3888749A (en) * | 1972-08-31 | 1975-06-10 | Sun Research Development | Electrolytic separation of oxygen from air |
FR2308698A1 (fr) * | 1975-04-24 | 1976-11-19 | Alsthom Cgee | Procede et dispositif electrochimique de production d'oxygene |
DD119772A1 (ja) * | 1975-06-30 | 1976-05-12 | ||
US4340578A (en) * | 1977-05-24 | 1982-07-20 | Erickson Donald C | Oxygen production by molten alkali metal salts |
US4132766A (en) * | 1977-05-24 | 1979-01-02 | Erickson Donald C | Separation of oxygen from gaseous mixtures with molten alkali metal salts |
US4089938A (en) * | 1977-07-15 | 1978-05-16 | Hudson Engineering Corporation | Process for recovering oxygen from air |
CA1155085A (en) * | 1978-04-14 | 1983-10-11 | Sameer M. Jasem | Electrochemical gas separation including catalytic regeneration |
US4287170A (en) * | 1980-03-06 | 1981-09-01 | Erickson Donald C | Nitrogen and oxygen via chemical air separation |
US4451270A (en) * | 1982-06-30 | 1984-05-29 | Bend Research, Inc. | Absorption process for producing oxygen and nitrogen and solution therefor |
US4475994A (en) * | 1983-12-27 | 1984-10-09 | Maxdem Incorporated | Method and apparatus for separating oxygen from a gaseous mixture |
US4526775A (en) * | 1984-02-23 | 1985-07-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Oxygen production by molten alkali metal salts using multiple absorption-desorption cycles |
US4529577A (en) * | 1984-07-11 | 1985-07-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Oxygen/nitrogen production with molten alkali salts |
US4565685A (en) * | 1984-09-14 | 1986-01-21 | Air Products And Chemicals, Inc. | Air separation with temperature and pressure swing |
US4738760A (en) * | 1987-09-01 | 1988-04-19 | Institute Of Gas Technology | Electrochemical separation of oxygen |
-
1988
- 1988-02-25 US US07/160,242 patent/US4859296A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-09-01 JP JP63219610A patent/JPH0720532B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013089221A1 (ja) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | パナソニック株式会社 | 二酸化炭素透過装置及び二酸化炭素輸送方法 |
JP5617048B2 (ja) * | 2011-12-15 | 2014-10-29 | パナソニック株式会社 | 二酸化炭素透過装置及び二酸化炭素輸送方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4859296A (en) | 1989-08-22 |
JPH0720532B2 (ja) | 1995-03-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4274938A (en) | Apparatus for the production of hydrogen and oxygen | |
US4738760A (en) | Electrochemical separation of oxygen | |
US20130259794A1 (en) | Carbon and fuel production from atmospheric co2 and h2o by artificial photosynthesis and method of operation thereof | |
EP3461275B1 (en) | Electrochemical method and apparatus for generation of ammonia | |
US3318735A (en) | Fuel cell employing internal primary oxidant regeneration | |
JPS6122036B2 (ja) | ||
EP2361219A1 (en) | Production of hydrogen peroxide | |
JPS6380480A (ja) | 燃料電池及び燃料電池で発電する方法 | |
US4908113A (en) | Apparatus for the electrochemical separation of oxygen | |
US4320179A (en) | Transference and purification of halogen and hydrohalic acid in an electrochemical system | |
JPH01142093A (ja) | 電解方法 | |
US3085053A (en) | Reversed fuel cell and oxygen generator | |
EP1490532A2 (en) | Electrochemical synthesis of ammonia | |
JPH0199632A (ja) | 酸素の電気化学的分離法および電気化学的酸素濃縮セル | |
US5041197A (en) | H2 /C12 fuel cells for power and HCl production - chemical cogeneration | |
US11904275B2 (en) | Carbon dioxide treatment apparatus, carbon dioxide treatment method, and method of producing carbon compound | |
US4647351A (en) | Process for generating chlorine and caustic soda using a membrane electrolysis cell coupled to a membrane alkaline fuel cell | |
US4305793A (en) | Method of concentrating alkali metal hydroxide in hybrid cells having cation selective membranes | |
US3888749A (en) | Electrolytic separation of oxygen from air | |
JP3506475B2 (ja) | 過酸化水素の製造方法及び製造装置 | |
JP4075103B2 (ja) | 二酸化炭素の電気化学的分離法 | |
US3481847A (en) | Electrolytic process of making chlorine | |
Johnson et al. | Electrochemical membrane separation of chlorine from gaseous hydrogen chloride waste | |
CA2191625C (en) | A process for the electrolytic separation of oxygen from its mixtures and equipment to perform this process | |
US3577329A (en) | Process for the production of high purity hydrogen |