WO2016031771A1 - 水素製造システム、水素製造方法およびそれを用いたアンモニア製造方法 - Google Patents

水素製造システム、水素製造方法およびそれを用いたアンモニア製造方法 Download PDF

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sulfuric acid
heat
producing
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実 湯浅
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千代田化工建設株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen production system for producing hydrogen by thermally decomposing hydrogen iodide, a hydrogen production method, and an ammonia production method using the same.
  • reaction 1 A reaction in which sulfuric acid is heated to 650 ° C or higher to be thermally decomposed to obtain water, sulfur dioxide and oxygen.
  • reaction 2 A reaction in which sulfur dioxide gas is absorbed in a mixture of water and iodine to obtain hydrogen iodide and sulfuric acid at a temperature of about 100 ° C.
  • reaction 3 (I 2 + SO 2 + 2H 2 O ⁇ H 2 SO 4 + 2HI: Bunsen reaction) (Reaction 3) A reaction in which hydrogen iodide is heated to 400 to 500 ° C. and thermally decomposed to obtain hydrogen and iodine. (2HI ⁇ H 2 + I 2 )
  • the hydrogen iodide distillation column 31 sulfuric acid is removed from the Bunsen reaction product, and a hydrogen iodide raw material aqueous solution concentrated with hydrogen iodide is distilled by a method such as electrodialysis, so that hydrogen iodide is substantially free of water. Get.
  • the hydrogen iodide aqueous solution of the distillation residue is returned to the hydrogen iodide distillation column 31 again after adjusting the components.
  • the obtained hydrogen iodide substantially free of water is led to the hydrogen iodide decomposer 32 and undergoes thermal decomposition.
  • the thermal decomposition product discharged from the hydrogen iodide decomposer 32 is a mixture of hydrogen, iodine and unreacted hydrogen iodide. Subsequently, this mixture is sent to the cooling tower 33 and cooled. Thus, iodine can be removed and recovered in a state dissolved in hydrogen iodide, while hydrogen is obtained.
  • the recovered iodine hydrogen iodide solution is put into a hydrogen iodide recovery tower 35 to recover hydrogen iodide and iodine.
  • the recovered hydrogen iodide is put into the hydrogen iodide decomposer 32.
  • the recovered iodine is used for the Bunsen reaction. Since hydrogen iodide is mixed in the hydrogen obtained in the cooling tower 33, it is sent to the hydrogen washing tower 34 and washed with water about 4 times mol or more of hydrogen iodide in consideration of the removal efficiency of hydrogen iodide. By doing so, hydrogen iodide is removed, whereby high-purity hydrogen is obtained.
  • the reaction 2 is an exothermic reaction, and the reaction proceeds by absorbing sulfur dioxide gas in a mixture of water and iodine.
  • the reaction 1 and the reaction 3 are endothermic reactions, and it is necessary to secure a heat source for proceeding the reaction.
  • a heat source required for the reaction 1 and the reaction 3 a method of supplying thermal energy by a high temperature gas furnace has been adopted.
  • heating by a high temperature gas furnace cannot be expected to reduce CO 2 , securing a heat source that does not depend on fossil fuels such as oil and coal has become a problem.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, as thermal energy used in the thermal decomposition and condensation of hydrogen iodide and sulfuric acid, oil, by providing a heat source that is not dependent on fossil fuels such as coal, CO 2 It is an object of the present invention to provide a hydrogen production system, a hydrogen production method, and an ammonia production method using the same, which can contribute to the reduction of waste.
  • the hydrogen production system of the present invention absorbs sulfur dioxide gas produced by pyrolyzing sulfuric acid in a mixture of water and iodine, and thermally decomposes the obtained hydrogen iodide to produce hydrogen.
  • a sulfuric acid pyrolysis means for pyrolyzing sulfuric acid using the first heat medium, and a second heat medium having a temperature lower than that of the first heat medium is exchanged with the first heat medium, and the temperature of the second heat medium is increased.
  • a water vapor generating means for generating water vapor using a heat medium.
  • the sulfuric acid pyrolysis means for thermally decomposing sulfuric acid using the first heat medium, and the second heat that is heated by exchanging heat with the first heat medium at the second heat medium having a temperature lower than that of the first heat medium. Since it has a water vapor generating means for generating water vapor using a medium, a high temperature gas furnace that depends on fossil fuels such as oil and coal is not necessary.
  • a concentration means which concentrates hydrogen iodide and / or a sulfuric acid using the turbine extraction at the time of generating electric power with water vapor
  • concentration of hydrogen iodide and / or sulfuric acid can be improved, which can contribute to the reduction of CO 2 .
  • the said structure of this invention WHEREIN: It is preferable to have an ammonia production means which produces ammonia using the hydrogen obtained by the hydrogen production system. Thereby, ammonia used as a fuel, a hydrogen carrier, etc. can be provided.
  • the hydrogen production method of the present invention is a method of absorbing hydrogen sulfide gas produced by pyrolyzing sulfuric acid in a mixture of water and iodine, and thermally producing the obtained hydrogen iodide to produce hydrogen.
  • a sulfuric acid pyrolysis step in which sulfuric acid is pyrolyzed using the first heat medium, and a second heat medium having a temperature lower than that of the first heat medium is heat-exchanged with the first heat medium, and steam is heated using the second heat medium that has been heated.
  • a water vapor generation step for generating water.
  • the sulfuric acid pyrolysis step in which sulfuric acid is pyrolyzed using the first heat medium, and the second heat medium heated by causing the second heat medium having a temperature lower than the first heat medium to exchange heat with the first heat medium.
  • a high-temperature gas reactor that depends on fossil fuels such as petroleum and coal is not necessary.
  • the said structure of this invention WHEREIN: It is preferable to have a concentration process which concentrates hydrogen iodide and / or a sulfuric acid using the turbine extraction at the time of generating electric power with water vapor
  • the said structure of this invention WHEREIN: It is preferable to have an ammonia manufacturing process which manufactures ammonia using the hydrogen obtained by the hydrogen manufacturing system. Thereby, ammonia used as a fuel, a hydrogen carrier, etc. can be provided.
  • the first heat medium or the second heat medium for the thermal decomposition of the hydrogen iodide.
  • a heat source necessary for the decomposition reaction of hydrogen iodide can be secured by using the first heat medium or the second heat medium for the thermal decomposition of hydrogen iodide.
  • the hydrogen yield can be improved by thermally decomposing hydrogen iodide using a high temperature 1st heat medium.
  • the present invention it is possible to contribute to CO 2 reduction by providing a heat source that does not depend on fossil fuels such as petroleum and coal as thermal energy used for thermal decomposition and concentration of hydrogen iodide and sulfuric acid.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the flow of this embodiment is composed of three cycles: a first heat medium cycle A, a second heat medium cycle B, and a power generation cycle C using water / steam.
  • cycle A of the first heat medium heat exchange is performed with a high-temperature tank 1 that accumulates the first heat medium, sulfuric acid pyrolysis means 2 that thermally decomposes sulfuric acid, and a second heat medium that is lower in temperature than the first heat medium.
  • a heat exchanger 3 and a low-temperature tank 4 for accumulating a first heat medium whose temperature has dropped due to heat exchange are installed.
  • sulfuric acid is thermally decomposed according to the following reaction 1 by sulfuric acid pyrolysis means 2 that thermally decomposes sulfuric acid using the first heat medium accumulated in the high-temperature tank 1 at 650 ° C. or higher. .
  • H 2 SO 4 ⁇ H 2 O + SO 2 + 1 / 2O 2 (Reaction 1)
  • the first heat medium for example, a heat medium having a heat resistant temperature of 580 ° C. or higher, preferably a heat resistant temperature of 650 ° C. or higher is used.
  • a molten salt such as a chloride salt
  • a gas such as air, water vapor, nitrogen, carbon dioxide, sand, metal, or the like is used as the first heat medium.
  • a 1st heat medium whose heat resistant temperature is higher than the 2nd heat medium mentioned later.
  • renewable energy such as solar heat and geothermal heat, waste heat generated from a plant, a power plant, and the like, and other heating sources can be used.
  • renewable energy such as solar heat and geothermal heat because the amount of carbon dioxide generated can be suppressed.
  • a heat source is the fluid discharged
  • the first heat medium is used for sulfuric acid decomposition, and after the temperature is lowered, the heat exchanger 3 exchanges heat with the second heat medium, and then accumulates in the low temperature tank 4.
  • cycle B of the second heat medium water vapor generating means 5 for generating water vapor using the second heat medium heated by the heat exchanger 3 and HI thermal decomposition means 6 for thermally decomposing hydrogen iodide are installed.
  • the steam generation means 5 is composed of a superheater (SH: Super Heater, the same applies hereinafter) 5a, a steam generator (SG: Steam Generator, the same applies hereinafter) 5b, and an economizer (EC: Economizer, same applies hereinafter) 5c.
  • SH Super Heater
  • SG Steam Generator
  • EC economizer
  • the second heat medium is used as a heat medium for decomposing hydrogen iodide produced by the following reaction 2 by the following reaction 3, and after the temperature is lowered, the steam generator (SG) 5b and the economizer (EC ) In 5c, respectively, it is used for generation and heating of water vapor, and the temperature is further lowered and used in circulation.
  • a heat medium having a heat resistant temperature of 400 ° C. or higher, preferably a heat resistant temperature of 500 ° C. or higher is used.
  • the second heat medium exchanges heat with the first heat medium at a lower temperature than the first heat medium.
  • molten salt such as nitrate
  • gas such as air, water vapor, nitrogen, carbon dioxide, sand, metal, or the like is used.
  • ammonia can be produced by the following reaction 4 by reacting this hydrogen at 20 MPa and 500 ° C. in the presence of nitrogen and an iron catalyst.
  • reaction 4 The produced ammonia is used as a fuel, hydrogen carrier, basic chemicals such as nitric acid, and industrial raw materials for nitrogen fertilizer such as ammonium sulfate.
  • a water vapor generation means 5 for generating water vapor, a power generation turbine 7 and a concentration means 8 for concentrating hydrogen iodide and / or sulfuric acid are installed.
  • steam generation means 5 is comprised from the superheater (SH) 5a, the water vapor generator (SG) 5b, and the economizer (EC) 5c.
  • SH superheater
  • EC economizer
  • water is heated by the economizer (EC) 5c, converted into water vapor by the steam generator (SG) 5b, and then the water vapor is heated by the superheater (SH) 5a.
  • SH superheater
  • the second heat medium of 400 ° C. to 500 ° C. is used for steam generation.
  • the first heat medium and the second heat medium used in the present embodiment may be in the form of gas, liquid, or solid.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a second embodiment of the present invention.
  • HI pyrolysis means 6 and ammonia production means 9 are added after the sulfuric acid pyrolysis means 2 in cycle A of the first heat medium. Further, the HI pyrolysis means 6 and the ammonia production means 9 in the cycle B of the second heat medium are omitted.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment. According to this embodiment, since hydrogen iodide is thermally decomposed using a high temperature first heat medium, the yield of hydrogen can be improved.
  • the present invention was implemented using a chloride salt as the first heat medium and nitrate as the second heat medium.
  • sulfuric acid was thermally decomposed using a 650 ° C. and 13000 kg / s chloride salt accumulated in the high-temperature tank 1.
  • Chloride salt which consumed 575 MW and decomposed to 605 ° C. for sulfuric acid decomposition, was heat-exchanged with the second heat medium at 290 ° C. by the heat exchanger 3 and lowered in temperature, and then accumulated in the low temperature tank 4 did.
  • the reactions 1 to 3 proceed smoothly, and a heat source that does not depend on fossil fuels such as petroleum and coal can be provided as thermal energy used for thermal decomposition and concentration of hydrogen iodide and sulfuric acid. It was confirmed that it can contribute to the reduction of CO 2 .
  • the present invention was carried out using a chloride salt as a heat medium in the thermal decomposition of sulfuric acid and hydrogen iodide.
  • a chloride salt as a heat medium in the thermal decomposition of sulfuric acid and hydrogen iodide.
  • the thermal decomposition temperature of hydrogen iodide can be increased to 600 ° C. compared with the case of FIG. 1, and the yield of hydrogen can be improved.
  • Other flows are the same as those in FIG. 1, and duplicate descriptions are omitted.

Abstract

　ヨウ化水素および硫酸の熱分解や濃縮に用いる熱エネルギーとして、石油、石炭などの化石燃料に依存しない熱源を提供することにより、ＣＯ２の削減に寄与することができる水素製造システム、水素製造方法およびそれを用いたアンモニア製造方法を提供する。　硫酸を熱分解して製造した二酸化硫黄ガスを水とヨウ素との混合物に吸収させ、得られたヨウ化水素を熱分解して水素を製造するシステムにおいて、第１熱媒体を用いて硫酸を熱分解する硫酸熱分解手段と、第１熱媒体より低温の第２熱媒体を第１熱媒体と熱交換させ、昇温した第２熱媒体を用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生手段とを有する。

Description

水素製造システム、水素製造方法およびそれを用いたアンモニア製造方法
　本発明は、ヨウ化水素を熱分解して水素を製造する水素製造システム、水素製造方法およびそれを用いたアンモニア製造方法に関する。
　従来、水素の製造方法として、ブンゼン反応により製造したヨウ化水素の分解反応を利用する方法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、収支バランス的には、水を熱分解して水素を得る方法であるが、次の３つの反応から構成されている。
（反応１）
　硫酸を６５０℃以上に加熱して熱分解させ、水と二酸化イオウと酸素とを得る反応。
（Ｈ２ＳＯ４→Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２）
（反応２）
　水とヨウ素との混合物に二酸化硫黄ガスを吸収させ、約１００℃の温度でヨウ化水素と硫酸を得る反応。
（Ｉ２＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４＋２ＨＩ：ブンゼン反応）
（反応３）
　ヨウ化水素を４００～５００℃に加熱して熱分解させ、水素とヨウ素とを得る反応。
（２ＨＩ→Ｈ２＋Ｉ２）
　この方法では、水以外の硫黄およびヨウ素の化合物（循環物質）はプロセス内で繰り返し使用されており、すべての反応物質が気体または液体状態で取り扱うことができる。したがって、この方法を利用し、循環物質の損耗を極力抑え、閉サイクルで水素を製造するプロセスが提案されている。
　このようなプロセスに適用する水素の製造システムを、図３に示す。同図において、符号３１はヨウ化水素蒸留塔であり、３２はヨウ化水素分解器であり、３３は冷却塔であり、３４は水素洗浄塔であり、３５はヨウ化水素回収塔である。
　ヨウ化水素蒸留塔３１では、ブンゼン反応生成物から硫酸を除去し、電気透析等の方法によりヨウ化水素を濃縮したヨウ化水素原料水溶液を蒸留して、実質的に水を含有しないヨウ化水素を得る。蒸留残渣のヨウ化水素水溶液は、成分を調整した上で、再びヨウ化水素蒸留塔３１に戻される。得られた水を実質的に含有しないヨウ化水素は、ヨウ化水素分解器３２に導かれ、熱分解を受ける。ヨウ化水素分解器３２から排出される熱分解生成物は、水素とヨウ素と未反応のヨウ化水素との混合物である。次いで、この混合物を、冷却塔３３に送り、冷却する。これにより、ヨウ素がヨウ化水素に溶解した状態で除去回収でき、一方で水素が得られる。
　回収したヨウ素のヨウ化水素溶液は、ヨウ化水素回収塔３５に投入し、ヨウ化水素を回収すると共にヨウ素を回収する。回収したヨウ化水素は、ヨウ化水素分解器３２に投入される。一方、回収したヨウ素は、ブンゼン反応に用いる。
　冷却塔３３で得られた水素にはヨウ化水素が混入しているため、水素洗浄塔３４に送り、ヨウ化水素の除去効率を考慮してヨウ化水素の約４倍モル以上の水で洗浄することにより、ヨウ化水素を除去し、これにより高純度の水素が得られる。
特開２００６－２３２５６１号公報
　ところで、前記反応２は、発熱反応であり、水とヨウ素との混合物に二酸化硫黄ガスを吸収させることにより反応が進む。一方、前記反応１および反応３は、吸熱反応であり、反応を進める熱源を確保する必要がある。
　従来、前記反応１および反応３に必要な熱源として、高温ガス炉によって熱エネルギーを供給する方法が採用されていた。しかし、高温ガス炉による加熱は、ＣＯ２の削減効果が期待できないため、石油、石炭などの化石燃料に依存しない熱源の確保が課題となっている。
　本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、ヨウ化水素および硫酸の熱分解や濃縮に用いる熱エネルギーとして、石油、石炭などの化石燃料に依存しない熱源を提供することにより、ＣＯ２の削減に寄与することができる水素製造システム、水素製造方法およびそれを用いたアンモニア製造方法を提供することを課題とする。
　前記課題を解決するために、本発明の水素製造システムは、硫酸を熱分解して製造した二酸化硫黄ガスを水とヨウ素との混合物に吸収させ、得られたヨウ化水素を熱分解して水素を製造するシステムにおいて、第１熱媒体を用いて硫酸を熱分解する硫酸熱分解手段と、第１熱媒体より低温の第２熱媒体を第１熱媒体と熱交換させ、昇温した第２熱媒体を用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生手段とを有することを特徴とする。
　この発明においては、第１熱媒体を用いて硫酸を熱分解する硫酸熱分解手段と、第１熱媒体より低温の第２熱媒体を第１熱媒体と熱交換させ、昇温した第２熱媒体を用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生手段とを有するので、石油、石炭などの化石燃料に依存する高温ガス炉は必要ない。
　また、この発明の前記構成において、水蒸気により発電する際のタービン抽気を用いて、ヨウ化水素および／または硫酸を濃縮する濃縮手段を有することが好ましい。
　これにより、ヨウ化水素および／または硫酸の濃縮のエネルギー効率を向上させることができ、ＣＯ２の削減に寄与することができる。
　本発明の前記構成において、水素製造システムにより得られた水素を用いてアンモニアを製造するアンモニア製造手段を有することが好ましい。
　これにより、燃料、水素キャリア等として用いられるアンモニアを提供することができる。
　また、本発明の水素製造方法は、硫酸を熱分解して製造した二酸化硫黄ガスを水とヨウ素との混合物に吸収させ、得られたヨウ化水素を熱分解して水素を製造する方法において、第１熱媒体を用いて硫酸を熱分解する硫酸熱分解工程と、第１熱媒体より低温の第２熱媒体を第１熱媒体と熱交換させ、昇温した第２熱媒体を用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生工程とを有することを特徴とする。
　この発明においては、第１熱媒体を用いて硫酸を熱分解する硫酸熱分解工程と、第１熱媒体より低温の第２熱媒体を第１熱媒体と熱交換させ、昇温した第２熱媒体を用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生工程とを有するので、石油、石炭などの化石燃料に依存する高温ガス炉は必要ない。
　本発明の前記構成において、水蒸気により発電する際のタービン抽気を用いて、ヨウ化水素および／または硫酸を濃縮する濃縮工程を有することが好ましい。
　これにより、ヨウ化水素および／または硫酸の濃縮のエネルギー効率を向上させることができ、ＣＯ２の削減に寄与することができる。
　本発明の前記構成において、水素製造システムにより得られた水素を用いてアンモニアを製造するアンモニア製造工程を有することが好ましい。
　これにより、燃料、水素キャリア等として用いられるアンモニアを提供することができる。
　本発明の前記構成において、第１熱媒体もしくは第２熱媒体を前記ヨウ化水素の熱分解に用いることが好ましい。
　このような構成によれば、第１熱媒体もしくは第２熱媒体をヨウ化水素の熱分解に用いることにより、ヨウ化水素の分解反応に必要な熱源を確保することができる。また、高温の第１熱媒体を用いてヨウ化水素が熱分解することにより、水素の収率を向上させることができる。
　本発明によれば、ヨウ化水素および硫酸の熱分解や濃縮に用いる熱エネルギーとして、石油、石炭などの化石燃料に依存しない熱源を提供することにより、ＣＯ２の削減に寄与することができる。
本発明の第１の実施形態を示すフロー図である。 本発明の第２の実施形態を示すフロー図である。 従来の水素製造システムを示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態を示すフロー図である。図１に示すように、本実施形態のフローは、第１熱媒体のサイクルＡ、第２熱媒体のサイクルＢおよび水・蒸気を用いた発電サイクルＣの３つから構成されている。
　第１熱媒体のサイクルＡには、第１熱媒体を蓄積する高温タンク１と、硫酸を熱分解する硫酸熱分解手段２と、第１熱媒体より低温の第２熱媒体と熱交換を行う熱交換器３と、熱交換により温度が下降した第１熱媒体を蓄積する低温タンク４が設置されている。
　第１熱媒体のサイクルＡにおいては、高温タンク１に蓄積された６５０℃以上の第１熱媒体を用いて硫酸を熱分解する硫酸熱分解手段２により、下記反応１に従って硫酸が熱分解される。
　Ｈ２ＳＯ４→Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２ （反応１）
　第１熱媒体は、例えば、耐熱温度が５８０℃以上、好ましくは耐熱温度が６５０℃以上の熱媒体を使用する。例えば、この第１熱媒体として、塩化物塩等の溶融塩や、空気、水蒸気、窒素、二酸化炭素等の気体、砂、金属等が用いられる。なお、第１熱媒体は、後述する第２熱媒体より耐熱温度の高いものを用いることが好ましい。
また、第１熱媒体を加熱する熱源としては、太陽熱、地熱等の再生可能エネルギー、プラントや発電所等から生じる廃熱やその他の加熱源を利用することができる。特に、太陽熱、地熱等の再生可能エネルギーを用いることにより、二酸化炭素の発生量を抑制することが出来るため好ましい。
なお、熱源がプラント等から排出される流体である場合、そのまま第１熱媒として使用してもよい。
　この第１熱媒体は、硫酸分解に用いられて温度が下降した後、熱交換器３で第２熱媒体と熱交換され、その後低温タンク４に蓄積される。
　第２熱媒体のサイクルＢには、熱交換器３で昇温した第２熱媒体を用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生手段５と、ヨウ化水素を熱分解するＨＩ熱分解手段６が設置されている。また、水蒸気発生手段５は、過熱器（ＳＨ：Ｓｕｐｅｒ　Ｈｅａｔｅｒ、以下同じ）５ａ、水蒸気発生器（ＳＧ：Ｓｔｅａｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、以下同じ）５ｂおよびエコノマイザー（ＥＣ：Ｅｃｏｎｏｍｉｚｅｒ、以下同じ）５ｃから構成されている。
　第２熱媒体のサイクルＢにおいては、第２熱媒体が熱交換器３で昇温され、過熱器（ＳＨ）５ａで水蒸気を加熱する。その後、第２熱媒体は、下記反応２により生成されたヨウ化水素を下記反応３により分解する熱媒体として用いられて、温度が下降した後、蒸気発生器（ＳＧ）５ｂおよびエコノマイザー（ＥＣ）５ｃでそれぞれ、水蒸気の発生および加熱に使用されて、温度がさらに下降し、循環使用される。
　Ｉ２＋ＳＯ２＋２Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４＋２ＨＩ：ブンゼン反応（反応２）
　２ＨＩ→Ｈ２＋Ｉ２ （反応３）
　この第２熱媒体としては、例えば、耐熱温度が４００℃以上、好ましくは耐熱温度が５００℃以上の熱媒体を使用する。この第２熱媒体は、第１熱媒体よりも低温の状態で第一熱媒体と熱交換を行うものである。例えば、この第２熱媒体としては、硝酸塩等の溶融塩や、空気、水蒸気、窒素、二酸化炭素等の気体、砂、金属等が用いられる。
　また、ＨＩ熱分解手段６により製造された水素は、アンモニア製造手段９に導かれる。この水素は、例えば窒素と鉄触媒存在下、２０ＭＰａ、５００℃で反応させることにより、下記反応４によりアンモニアを製造することができる。
　Ｎ２＋３Ｈ２→２ＮＨ３（反応４）
　製造したアンモニアは、燃料、水素キャリアとして用いられるほか、硝酸などの基礎化学品、硫安などチッソ肥料の工業用原料として用いられる。
　水蒸気を用いた発電サイクルＣには、水蒸気を発生させる水蒸気発生手段５と、発電用タービン７と、ヨウ化水素および／または硫酸を濃縮する濃縮手段８が設置されている。また、水蒸気発生手段５は、過熱器（ＳＨ）５ａ、水蒸気発生器（ＳＧ）５ｂおよびエコノマイザー（ＥＣ）５ｃから構成されている。
　水蒸気を用いた発電サイクルにおいては、水がエコノマイザー（ＥＣ）５ｃで加熱され、蒸気発生器（ＳＧ）５ｂで水蒸気とされた後、この水蒸気が過熱器（ＳＨ）５ａで加熱され、この水蒸気を用いてタービン７で発電される。この際、タービン抽気を利用した濃縮手段８により、前記ヨウ化水素および／または前記硫酸が濃縮される。
　本実施形態にあっては、６５０℃以上の高温の第１熱媒体は直接水蒸気発生に用いることが難しいため、４００℃～５００℃の第２熱媒体が水蒸気発生に用いられている。
　なお、本実施形態に用いる第１熱媒体および第２熱媒体は、気体、液体、固体のいずれの形態でもよい。
　図２は、本発明の第２の実施形態を示すフロー図である。本実施形態では、図２に示すように、第１の熱媒体のサイクルＡにおける硫酸熱分解手段２の後段に、ＨＩ熱分解手段６とアンモニア製造手段９が追加されている。また、第２の熱媒体のサイクルＢにおけるＨＩ熱分解手段６とアンモニア製造手段９が削除されている。他の構成は、第１の実施形態と同様である。
　本実施形態によれば、高温の第１熱媒体を用いてヨウ化水素が熱分解されるので、水素の収率を向上させることができる。
　以下、本発明の実施例について説明する。
　図１に示すフローに従って、第１熱媒体として塩化物塩を用い、第２熱媒体として硝酸塩を用いて、本発明を実施した。
　まず、高温タンク１に蓄積した６５０℃、１３０００ｋｇ/sの塩化物塩を用いて、硫酸を熱分解した。
　硫酸分解に用いて５７５ＭＷを消費し６０５℃まで温度が下降した塩化物塩は、熱交換器３により２９０℃の第２熱媒体と熱交換させて温度を下降させた後、低温タンク４に蓄積した。
　次に、第１熱媒体より低温の２９０℃の硝酸塩を、第１熱媒体と熱交換させて５５０℃まで昇温し、過熱器（ＳＨ）５ａにより水蒸気を加熱した。その後、硝酸塩をヨウ化水素の熱分解に用いて３１ＭＷを消費し温度を４６３℃まで下降させた後、蒸気発生器（ＳＧ）５ｂおよびエコノマイザー（ＥＣ）５ｃで水蒸気の発生および加熱に使用して、温度をさらに２９０℃まで下降させて、循環使用した。
　また、ヨウ化水素を熱分解して製造した水素をアンモニア製造手段９に導入して、窒素と鉄触媒存在下、２０ＭＰａ、５００℃で反応させることによりアンモニアを製造することができた。
　最後に、１００ｂａｒ、２６０℃の水を、エコノマイザー（ＥＣ）５ｃで３１１℃に加熱し、蒸気発生器（ＳＧ）５ｂで水蒸気を発生させた後、過熱器（ＳＨ）５ａで水蒸気を５４０℃に加熱し、この水蒸気を用いてタービン７で発電した。この際、タービン抽気を利用することにより、濃縮手段８で前記ヨウ化水素および硫酸を濃縮した。この時のヨウ化水素の温度は２５０℃、消費熱量は２１０ＭＷであり、また、硫酸の温度は１４０℃、消費熱量は５０９ＭＷだった。
　その結果、前記反応１～反応３の反応が順調に進み、ヨウ化水素および硫酸の熱分解や濃縮に用いる熱エネルギーとして、石油、石炭などの化石燃料に依存しない熱源を提供することができ、ＣＯ２の削減に寄与することができることが確認された。
　また、図２に示すフローに従って、硫酸およびヨウ化水素の熱分解における熱媒体として塩化物塩を用いて、本発明を実施した。
　その結果、図１の場合に比べてヨウ化水素の熱分解温度を６００℃まで高めることができ、水素の収率を向上させることができることが分かった。
　その他のフローは図１と同じであり、重複した記載を省略する。
１　高温タンク
２　硫酸熱分解手段
３　熱交換器
４　低温タンク
５　水蒸気発生手段
５ａ　過熱器（ＳＨ）
５ｂ　水蒸気発生器（ＳＧ）
５ｃ　エコノマイザー（ＥＣ）
６　ヨウ化水素熱分解手段
７　タービン
８　濃縮手段
９　アンモニア製造手段
３１　ヨウ化水素蒸留塔
３２　ヨウ化水素分解器
３３　冷却塔
３４　水素洗浄塔
３５　ヨウ化水素回収塔
Ａ　第１熱媒体のサイクル
Ｂ　第２熱媒体のサイクル
Ｃ　発電サイクル
 

Claims (7)

  1. 　硫酸を熱分解して製造した二酸化硫黄ガスを水とヨウ素との混合物に吸収させ、得られたヨウ化水素を熱分解して水素を製造するシステムにおいて、
    　第１熱媒体を用いて硫酸を熱分解する硫酸熱分解手段と、
    　第１熱媒体より低温の第２熱媒体を第１熱媒体と熱交換させ、昇温した第２熱媒体を用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生手段とを有することを特徴とする水素製造システム。
  2. 　前記水蒸気により発電する際に発生するタービン抽気を用いて、前記ヨウ化水素および／または前記硫酸を濃縮する濃縮手段を有することを特徴とする請求項１に記載の水素製造システム。
  3. 　請求項１または２に記載の水素製造システムにより得られた水素を用いてアンモニアを製造するアンモニア製造手段を有することを特徴とするアンモニア製造システム。
  4. 　硫酸を熱分解して製造した二酸化硫黄ガスを水とヨウ素との混合物に吸収させ、得られたヨウ化水素を熱分解して水素を製造する方法において、
    　第１熱媒体を用いて硫酸を熱分解する硫酸熱分解工程と、
    　第１熱媒体より低温の第２熱媒体を第１熱媒体と熱交換させ、昇温した第２熱媒体を用いて水蒸気を発生させる水蒸気発生工程とを有することを特徴とする水素製造方法。
  5. 　前記水蒸気により発電する際に発生するタービン抽気を用いて、前記ヨウ化水素および／または前記硫酸を濃縮する濃縮工程を有することを特徴とする請求項１に記載の水素製造方法。
  6. 　請求項４または５に記載の水素製造方法により得られた水素を用いてアンモニアを製造するアンモニア製造工程を有することを特徴とするアンモニア製造方法。
  7. 　第１熱媒体もしくは第２熱媒体を前記ヨウ化水素の熱分解に用いることを特徴とする請求項４～６のいずれか１項に記載の水素製造方法。
     
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