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JP7559199B2 - Sodium borohydride manufacturing method and sodium borohydride manufacturing apparatus - Google Patents

Sodium borohydride manufacturing method and sodium borohydride manufacturing apparatus Download PDF

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JP7559199B2 JP2023222041A JP2023222041A JP7559199B2 JP 7559199 B2 JP7559199 B2 JP 7559199B2 JP 2023222041 A JP2023222041 A JP 2023222041A JP 2023222041 A JP2023222041 A JP 2023222041A JP 7559199 B2 JP7559199 B2 JP 7559199B2
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Description

本発明は、水素固定化方法及び水素固定化装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen fixation method and a hydrogen fixation device.

水素は、多くの化学プロセスにおいて重要な材料であり、近年では、自動車用の燃料電池をはじめとしたクリーンエネルギー源としての利用が期待されている。 Hydrogen is an important material in many chemical processes, and in recent years it is expected to be used as a clean energy source, including in fuel cells for automobiles.

水素をエネルギー源として利用する場合に、水素を固定化した水素貯蔵材として水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)を利用する方法が検討されている(特許文献1)。この水素化ホウ素ナトリウムは、水と容易に加水分解反応し、水素とメタホウ酸ナトリウムとになることから、水素ガスの取り出しやメタホウ酸ナトリウムの再利用による、エネルギー源の効率的な利用が図られるものである。 When hydrogen is used as an energy source, a method of using sodium borohydride (NaBH 4 ) as a hydrogen storage material that fixes hydrogen has been studied (Patent Document 1). This sodium borohydride easily undergoes a hydrolysis reaction with water to produce hydrogen and sodium metaborate, and therefore the efficient use of energy sources can be achieved by extracting hydrogen gas and reusing sodium metaborate.

特許文献1では、メタホウ酸ナトリウム(NaBO)と金属アルミ単体とを含む混合物を水素雰囲気下で加熱し、金属アルミ表面にプロタイド(H)を生成させて、水素貯蔵材としての水素化ホウ素ナトリウムを製造している(下式(1))。
NaBO+4/3Al+2H → NaBH+2/3Al ・・・(1)
In Patent Document 1, a mixture containing sodium metaborate (NaBO 2 ) and metallic aluminum is heated in a hydrogen atmosphere to generate protide (H ) on the surface of the metallic aluminum, thereby producing sodium borohydride as a hydrogen storage material (represented by the following formula (1)).
NaBO 2 +4/3Al+2H 2 → NaBH 4 +2/3Al 2 O 3 ...(1)

特開2014-181174号公報JP 2014-181174 A

上述のように、特許文献1の水素化ホウ素ナトリウムの製造においては、メタホウ酸ナトリウムとアルミとを混在させるため、反応後に副生成物である酸化アルミを分離する必要があった。 As mentioned above, in the production of sodium borohydride in Patent Document 1, sodium metaborate and aluminum are mixed together, so it was necessary to separate the aluminum oxide by-product after the reaction.

本発明は、触媒を用いなくても、メタホウ酸ナトリウムと水素との反応効率に優れる水素固定方法及び水素固定装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a hydrogen fixation method and device that achieves excellent reaction efficiency between sodium metaborate and hydrogen without using a catalyst.

本発明は、以下の[1]~[6]のいずれかにより、上記課題を解決するものである。
[1]メタホウ酸ナトリウムが投入された反応容器内で、メタホウ酸ナトリウムと水素ガスを接触させて水素化ホウ素ナトリウムを生成することで水素を固定化する水素固定化方法;
[2]反応容器内に触媒を含まない、上記[1]に記載の水素固定化方法;
[3]応容器内の温度が100~500℃である、上記[1]または[2]に記載の水素固定化方法;
[4]水素ガスは、水素吸蔵性能を有する金属と水蒸気との反応により生成した水素ガスである、上記[1]~[3]のいずれかに記載の水素固定化方法;
[5]メタホウ酸ナトリウムを投入する反応容器と、該反応容器に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、反応容器内において、供給した水素ガスとメタホウ酸ナトリウムとを反応させる反応制御手段とを備えた、水素固定化装置;
[6]水素ガス供給手段が、水素吸蔵性能を有する金属と水蒸気との反応により生成した水素ガスを加圧条件下に供給する手段である、上記[5]に記載の水素固定化装置。
The present invention solves the above problems by any one of the following [1] to [6].
[1] A hydrogen fixation method for immobilizing hydrogen by bringing sodium metaborate into contact with hydrogen gas in a reaction vessel containing sodium metaborate to generate sodium borohydride;
[2] The hydrogen fixation method according to the above [1], wherein a catalyst is not contained in a reaction vessel;
[3] The hydrogen fixation method according to the above [1] or [2], wherein the temperature in the reaction vessel is 100 to 500° C.;
[4] The hydrogen fixation method according to any one of the above [1] to [3], wherein the hydrogen gas is generated by a reaction between a metal having hydrogen storage capacity and water vapor;
[5] A hydrogen fixation device comprising a reaction vessel for introducing sodium metaborate, a hydrogen gas supplying means for supplying hydrogen gas to the reaction vessel, and a reaction control means for reacting the supplied hydrogen gas with sodium metaborate in the reaction vessel;
[6] The hydrogen fixation device according to the above [5], wherein the hydrogen gas supply means is a means for supplying hydrogen gas generated by a reaction between a metal having hydrogen storage capacity and water vapor under pressurized conditions.

本発明によれば、触媒を用いなくても、メタホウ酸ナトリウムと水素との反応効率に優れる水素固定方法及び水素固定装置を提供することができる。 The present invention provides a hydrogen fixation method and device that achieves excellent reaction efficiency between sodium metaborate and hydrogen without using a catalyst.

本発明の実施の形態の少なくとも1つに対応する、水素固定化方法の実施に用いる装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of an apparatus used to carry out a hydrogen fixation method according to at least one embodiment of the present invention. 水素化固定化方法の実施に用いる反応容器の構造を説明するための概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the structure of a reaction vessel used in carrying out the hydrogenation fixation method.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下、効果に関する記載は、本発明の実施の形態の効果の一側面であり、ここに記載するものに限定されない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings. The following description of the effects is one aspect of the effects of the embodiment of the present invention, and is not limited to those described here.

[第一の実施の形態]
本発明の水素固定化方法の第一の実施の形態の概要について説明をする。本発明の水素固定化方法は、メタホウ酸ナトリウム(NaBO)の水素化による水素固定化方法であって、以下の化学反応式(1)により表される。
NaBO+4H → NaBH+2HO ・・・(1)
[First embodiment]
The first embodiment of the hydrogen fixation method of the present invention will be outlined below. The hydrogen fixation method of the present invention is a method for fixing hydrogen by hydrogenation of sodium metaborate (NaBO 2 ), and is represented by the following chemical reaction formula (1).
NaBO 2 +4H 2 → NaBH 4 +2H 2 O...(1)

上記反応は、メタホウ酸ナトリウムを充填した反応容器内に加圧条件下で水素ガスを接触させて反応を進行させ水素化ホウ素ナトリウムを生成することにより実施する。図1は、本発明の実施の形態の少なくとも1つに対応する、水素固定化方法の実施に用いる装置の構成を示す概略図である。水素固定化装置100は、メタホウ酸ナトリウムを投入する反応容器1と、該反応容器1に水素ガスを供給する水素ガス供給手段2と、反応容器1内において、供給した水素ガスとメタホウ酸ナトリウムとを反応させる反応制御手段4を少なくとも備える。 The above reaction is carried out by contacting hydrogen gas under pressurized conditions in a reaction vessel filled with sodium metaborate to proceed with the reaction and produce sodium borohydride. Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of an apparatus used to carry out a hydrogen fixation method corresponding to at least one embodiment of the present invention. The hydrogen fixation apparatus 100 comprises at least a reaction vessel 1 into which sodium metaborate is introduced, a hydrogen gas supplying means 2 that supplies hydrogen gas to the reaction vessel 1, and a reaction control means 4 that reacts the supplied hydrogen gas with sodium metaborate in the reaction vessel 1.

(メタホウ酸ナトリウム)
原料となる金属ホウ素塩であるメタホウ酸ナトリウムは、水和物でも無水物であってもよい。例えば、メタホウ酸ナトリウムと水素とを接触させる前段階として、メタホウ酸ナトリウムの水和物を除去して無水メタホウ酸ナトリウムとする工程を備えてもよい。除去方法は特に限定されないが、たとえば、加熱により除去することができる。
(Sodium Metaborate)
The sodium metaborate, which is the metal boron salt used as the raw material, may be a hydrate or anhydrous. For example, a step of removing the hydrate of sodium metaborate to obtain anhydrous sodium metaborate may be included as a pre-stage of contacting sodium metaborate with hydrogen. The removal method is not particularly limited, but it can be removed by heating, for example.

メタホウ酸ナトリウムは、反応容器1に原料粉を直接投入して反応に供することができる。または、反応容器1に原料タンクを備え、所定量をタンクなどから自動で投入できるように構成してもよい。 Sodium metaborate can be reacted by directly adding raw material powder to the reaction vessel 1. Alternatively, the reaction vessel 1 may be equipped with a raw material tank so that a predetermined amount can be automatically added from the tank.

本実施の形態1では、原料であるメタホウ酸ナトリウムをカートリッジに充填し、このカートリッジに充填した状態で、後述の反応容器に自動で搭載し、反応に供する場合について詳述する。 In this first embodiment, we will describe in detail how the raw material sodium metaborate is filled into a cartridge, and then this cartridge is automatically loaded into a reaction vessel (described below) and subjected to a reaction.

カートリッジに充填した状態で反応に供することで、カートリッジ内で反応により生成した水素化ホウ素ナトリウムを水素供給源としての利用を容易なものとすることができる。すなわち、生成した水素化ホウ素ナトリウムは、水と容易に反応し水素を生成することから、例えば、燃料電池自動車に搭載される燃料電池への水素供給源としてカートリッジのまま活用することが可能である。 By subjecting the reaction to a reaction in a cartridge filled with sodium borohydride, the sodium borohydride produced by the reaction in the cartridge can be easily used as a hydrogen source. In other words, since the sodium borohydride produced reacts easily with water to produce hydrogen, it is possible to use the cartridge as it is, for example, as a hydrogen source for fuel cells installed in fuel cell vehicles.

カートリッジ3の形状は特に限定されるものではないが、充填された水素化ホウ素ナトリウムを水素発生源として運搬し、利用する点から、円筒状であることが望ましい。また、カートリッジ3の材質としては、水素化ホウ素ナトリウムが運搬中に水分と接触することを防いだり、生成する水素ガスの圧力に耐えるために、ステンレス系の金属や、耐熱耐水素性を持つ樹脂が好ましい。 The shape of the cartridge 3 is not particularly limited, but it is preferably cylindrical in order to transport and use the filled sodium borohydride as a hydrogen generation source. In addition, the material of the cartridge 3 is preferably a stainless steel metal or a resin that is heat-resistant and hydrogen-resistant, in order to prevent the sodium borohydride from coming into contact with moisture during transportation and to withstand the pressure of the hydrogen gas that is generated.

(反応容器)
反応容器1としては、上記水素化反応に耐性のある材料を内壁に用いるものであれば、いずれの形状も採用することができる。反応容器1には、反応容器内の温度が所定の範囲を超える場合に冷却する、冷却装置6などを備えることができる。また、反応容器1には、原料となるメタホウ酸ナトリウムが投入されていない状態では運転ができなくなるインターロック機構(不図示)や、反応容器1全体の接地、反応容器1内の圧力を調整する安全弁7を設けるなどの安全装置を適宜備える。
(Reaction vessel)
The reactor 1 may be of any shape as long as the inner wall is made of a material resistant to the hydrogenation reaction. The reactor 1 may be equipped with a cooling device 6 for cooling the reactor when the temperature inside the reactor exceeds a predetermined range. The reactor 1 may also be appropriately equipped with an interlock mechanism (not shown) that prevents the reactor from operating unless sodium metaborate, the raw material, is charged, and with safety devices such as grounding the entire reactor 1 and providing a safety valve 7 for adjusting the pressure inside the reactor 1.

反応容器1は、図2に示すように、水素ガス供給口21を備えた蓋部22と、カートリッジ3を保持するカートリッジ保持部24を備えた反応室23とを含む。図では4つのカートリッジを垂直に保持した状態を示しているが、反応室23の体積にあわせて、適宜より多数のカートリッジを保持するようにしたり、また、カートリッジを水平に保持するように構成してもよい。 As shown in FIG. 2, the reaction vessel 1 includes a lid 22 with a hydrogen gas supply port 21, and a reaction chamber 23 with a cartridge holder 24 for holding a cartridge 3. The figure shows four cartridges held vertically, but it may be configured to hold a larger number of cartridges depending on the volume of the reaction chamber 23, or to hold the cartridges horizontally.

反応室23には、カートリッジ3および反応室23全体を加熱する、ヒーター等による加熱手段や、温度センサを備えることができる。また、水冷等による冷却手段を備えていてもよい。さらに、反応室23内のメタホウ酸ナトリウムと水素ガスとを攪拌する攪拌翼を反応室23底部に備えても良い。加熱条件下で攪拌しながら反応させることで、水素固定化反応を効率良く進行させることができる。また、反応室23内の反応が後述の制御手段により制御される構成とすることが好ましい。 The reaction chamber 23 may be equipped with a heating means such as a heater for heating the cartridge 3 and the entire reaction chamber 23, and a temperature sensor. It may also be equipped with a cooling means such as water cooling. Furthermore, a stirring blade for stirring the sodium metaborate and hydrogen gas in the reaction chamber 23 may be provided at the bottom of the reaction chamber 23. By reacting while stirring under heated conditions, the hydrogen fixation reaction can be efficiently progressed. It is also preferable that the reaction in the reaction chamber 23 is controlled by a control means described below.

(水素ガス供給手段)
反応容器1には、反応に用いられる水素ガスを供給する水素ガス供給手段2を備える。水素ガスは、例えばタンク5に充填されており、このタンク5から流量を調整した水素ガスを、水素ガスフィルタ装置8などを通して水素ガス濃度を調整する。濃度が調整された水素ガスは、適宜、マスフロメータ9や電磁バブル10を介して反応容器1に供給される。マスフロメータ9は流量を調整し、電磁バルブ10は反応容器への水素ガスの吸気と排気の調整に用いられる。
(Hydrogen gas supply means)
The reaction vessel 1 is equipped with a hydrogen gas supply means 2 for supplying hydrogen gas used in the reaction. Hydrogen gas is filled in, for example, a tank 5, and hydrogen gas with an adjusted flow rate is passed from this tank 5 through a hydrogen gas filter device 8 or the like to adjust the hydrogen gas concentration. The hydrogen gas with the adjusted concentration is supplied to the reaction vessel 1 as appropriate via a mass flow meter 9 or an electromagnetic valve 10. The mass flow meter 9 adjusts the flow rate, and the electromagnetic valve 10 is used to adjust the intake and exhaust of hydrogen gas into the reaction vessel.

これらのタンク5、水素ガスフィルタ装置8、マスフロメータ9、電磁バルブ10や、上述の冷却装置6などは、いずれも反応制御手段4に接続され、水素化反応時の反応容器1内の温度や圧力、水素ガス濃度を反応が効率的に進行するように制御される。この制御は事前入力により自動化してもよい。 The tank 5, hydrogen gas filter device 8, mass flow meter 9, solenoid valve 10, and the above-mentioned cooling device 6 are all connected to the reaction control means 4, and the temperature, pressure, and hydrogen gas concentration in the reaction vessel 1 during the hydrogenation reaction are controlled so that the reaction proceeds efficiently. This control may be automated by prior input.

本発明においては、上記タンク5に充填される水素ガスを、水素吸蔵性能を有する金属と水蒸気との反応により生成した水素ガスとすることが望ましい。具体的には、特開2017-190275号公報に記載される副生水素製造方法による、水素吸蔵性能を有する金属Mと高圧水蒸気との反応であって、金属Mの酸化物Mαβ(α、βはそれぞれ1~4のいずれかの整数であり、αとβは同じあっても異なるものであってもよい。)を生成する反応により発生する水素ガスである。このような反応により発生した水素ガスを、配管によりタンク5に供給できるようにすることで、プラント全体の効率を向上させることができる。 In the present invention, it is desirable that the hydrogen gas filled in the tank 5 is hydrogen gas generated by a reaction between a metal having hydrogen storage capacity and water vapor. Specifically, the hydrogen gas is generated by a reaction between a metal M having hydrogen storage capacity and high-pressure water vapor by the by-product hydrogen production method described in JP 2017-190275 A, which generates an oxide of the metal M, M α O β (α and β are each an integer of 1 to 4, and α and β may be the same or different). By making it possible to supply the hydrogen gas generated by such a reaction to the tank 5 through piping, the efficiency of the entire plant can be improved.

上記金属Mは、粒状金属をペレット化したものであることが好ましく、マグネシウム、アルミニウム及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属であることが好ましい。 The metal M is preferably a pelletized granular metal, and is preferably at least one metal selected from the group consisting of magnesium, aluminum, and iron.

高圧水蒸気の温度は、用いる金属Mによって適宜調節する。金属Mに接触する水蒸気の温度が、用いる金属Mの融点以上となることで、上記式(1)の反応が進行する。それゆえ、金属Mがマグネシウムの場合、マグネシウムに接触する際の水蒸気の温度は650℃以上であることが好ましく、金属Mがアルミニウムの場合、アルミニウムに接触する際の水蒸気の温度は、660℃以上であることが好ましく、金属Mが鉄の場合は、鉄に接触する際の水蒸気の温度が、1535℃以上であることが好ましい。 The temperature of the high-pressure steam is adjusted appropriately depending on the metal M used. The reaction of the above formula (1) proceeds when the temperature of the steam in contact with the metal M is equal to or higher than the melting point of the metal M used. Therefore, when the metal M is magnesium, the temperature of the steam when it comes into contact with magnesium is preferably 650°C or higher, when the metal M is aluminum, the temperature of the steam when it comes into contact with aluminum is preferably 660°C or higher, and when the metal M is iron, the temperature of the steam when it comes into contact with iron is preferably 1535°C or higher.

水素吸蔵性能を有する金属と高圧水蒸気との反応により生成した水素ガスをタンク5に貯留し、反応容器1への水素ガスの供給流量を調整する。 The hydrogen gas generated by the reaction between the metal with hydrogen storage capacity and high-pressure steam is stored in tank 5, and the supply flow rate of hydrogen gas to reaction vessel 1 is adjusted.

(反応制御手段)
反応制御手段4は、反応容器1内において、供給した水素ガスとメタホウ酸ナトリウムとの反応を進行させるために、主としてタンク5からの水素ガスの反応容器1への供給量の調整や、反応室の加熱などにより、反応容器内の温度及び容器内の圧力を調整するものである。
(Reaction Control Means)
The reaction control means 4 adjusts the temperature and pressure within the reaction vessel 1 mainly by adjusting the amount of hydrogen gas supplied from the tank 5 to the reaction vessel 1 and by heating the reaction chamber, in order to progress the reaction between the supplied hydrogen gas and sodium metaborate within the reaction vessel 1.

本発明においては、上記反応式(1)は、水素ガスとメタホウ酸ナトリウムを接触させることによって、従来のように反応容器1内にメタホウ酸ナトリウムと混合させておくアルミやマグネシウムなどの触媒が存在しなくても、十分に水素固定化反応を進行させることができる。 In the present invention, the hydrogen fixation reaction represented by the above reaction formula (1) can be sufficiently promoted by contacting hydrogen gas with sodium metaborate, even without the presence of a catalyst such as aluminum or magnesium that is mixed with sodium metaborate in the reaction vessel 1 as in the conventional method.

反応容器内の温度は100℃以上であることが好ましく、200℃以上であることがより好ましく、300℃以上であることがさらに好ましい。また、反応容器内の温度は、500℃以下であることが好ましく、400℃以下であることがより好ましく、350℃以下であることがさらに好ましい。反応容器1の内圧にもよるが、反応容器1内の温度をこのような温度範囲とすることによって、上記水素固定化反応を効率よく進行させることができる。 The temperature inside the reaction vessel is preferably 100°C or higher, more preferably 200°C or higher, and even more preferably 300°C or higher. The temperature inside the reaction vessel is preferably 500°C or lower, more preferably 400°C or lower, and even more preferably 350°C or lower. Although it depends on the internal pressure of the reaction vessel 1, by setting the temperature inside the reaction vessel 1 within this temperature range, the hydrogen fixation reaction can be efficiently carried out.

(水素固定化方法)
上記のような水素固定化装置の構成を用いた具体的な水素固定化方法のフローについて説明する。
(Method of fixing hydrogen)
A specific flow of a hydrogen fixation method using the hydrogen fixation apparatus having the above-mentioned configuration will be described.

まず、原料となるメタホウ酸ナトリウムを充填したカートリッジ3を反応容器2内のカートリッジ保持部24に保持させる。このような操作は、自動化により行なうことができる。 First, the cartridge 3 filled with the raw material sodium metaborate is held in the cartridge holder 24 inside the reaction vessel 2. This operation can be performed automatically.

反応容器1の蓋部22を占めて反応容器1を密閉する。反応容器1に接続した水素ガス供給手段から水素ガス供給口21を通じて、水素ガスを反応容器1内に供給開始する。反応容器1内の圧力が所定の圧力となったところで、反応室23とカートリッジ3とが所定の温度となるまで、反応容器1内を加熱する。所定の温度を維持するように加熱条件を制御しながら、メタホウ酸ナトリウム1モルに対して水素ガス4モルとなるまで、水素ガスの供給を継続する。 The lid 22 of the reaction vessel 1 is closed to seal the reaction vessel 1. Hydrogen gas is started to be supplied into the reaction vessel 1 from the hydrogen gas supply means connected to the reaction vessel 1 through the hydrogen gas supply port 21. When the pressure inside the reaction vessel 1 reaches a predetermined pressure, the inside of the reaction vessel 1 is heated until the reaction chamber 23 and cartridge 3 reach a predetermined temperature. While controlling the heating conditions to maintain the predetermined temperature, the supply of hydrogen gas continues until 4 moles of hydrogen gas are mixed with 1 mole of sodium metaborate.

上記のように水素化を行うことにより、水素化ホウ素ナトリウムが生成する。投入したメタホウ酸ナトリウムの反応量は、反応容器に供給した全水素ガス流量により概算することができる。 By carrying out the hydrogenation as described above, sodium borohydride is produced. The reaction amount of sodium metaborate added can be roughly estimated from the total hydrogen gas flow rate supplied to the reaction vessel.

反応が終了すれば、反応容器からカートリッジを取り出すことが可能となり、一連の工程が終了する。反応炉からカートリッジを取り出す方法として、自動的にカートリッジを取り出す機構を搭載しても良い。その後、新たなカートリッジが搭載され、連続的に固定化方法を実施することができる。 Once the reaction is complete, the cartridge can be removed from the reaction vessel, completing the entire process. A mechanism for automatically removing the cartridge may be installed as a method for removing the cartridge from the reaction vessel. A new cartridge is then installed, and the immobilization method can be carried out continuously.

(その他工程)
生成する水素化ホウ素ナトリウムは反応活性が高いことから、例えば、水素化反応後に反応容器1内を真空生成装置11により真空にする工程を備えてもよい。また、水素化ホウ素ナトリウムをカートリッジなどの容器に充填する工程を備えてもよい。
(Other processes)
Since the produced sodium borohydride has high reactivity, for example, a step of creating a vacuum inside the reaction vessel 1 using a vacuum generating device 11 after the hydrogenation reaction may be provided. Also, a step of filling a vessel such as a cartridge with sodium borohydride may be provided.

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
原料として、直径20cmの円筒形のカートリッジ3本に、それぞれメタホウ酸ナトリウムを充填した。反応容器の上蓋を開け、全てのカートリッジを反応容器内の所定位置(カートリッジ保持部)に搭載した。次に、水素ガス供給手段2から反応容器1内に水素ガスを供給した。該水素ガスは別途の金属マグネシウムと高圧水蒸気との反応によりタンク5に貯留されたものを用いた。
Example 1
As a raw material, three cylindrical cartridges with a diameter of 20 cm were filled with sodium metaborate. The top lid of the reaction vessel was opened, and all the cartridges were mounted in the predetermined positions (cartridge holders) in the reaction vessel. Next, hydrogen gas was supplied from the hydrogen gas supply means 2 into the reaction vessel 1. The hydrogen gas used was stored in the tank 5 by a reaction between a separate magnesium metal and high-pressure steam.

カートリッジに充填したホウ酸ナトリウムと、水素ガスの温度が200℃になるようにカートリッジと反応容器とを加熱し、その後、反応系を200℃に維持した。水素ガス供給手段2から反応容器1内に、カートリッジ3に充填したメタホウ酸ナトリウム1モルに対して4モル以上の水素ガスが供給されたところで水素ガスの供給を停止し、反応を終了させた。反応によりメタホウ酸ナトリウムが水素化され、水素化ホウ素ナトリウムが得られ、水素が固定化された。 The cartridge and the reaction vessel were heated so that the temperature of the sodium borate and hydrogen gas packed in the cartridge reached 200°C, and the reaction system was then maintained at 200°C. When 4 moles or more of hydrogen gas per mole of sodium metaborate packed in the cartridge 3 was supplied from the hydrogen gas supply means 2 to the reaction vessel 1, the supply of hydrogen gas was stopped and the reaction was terminated. The reaction hydrogenated the sodium metaborate, yielding sodium borohydride, and immobilizing hydrogen.

本発明の水素固定方法及び水素固定装置によれば、原料であるメタホウ酸ナトリウムのみが反応容器内で水素ガスと反応し、水素化ホウ素ナトリウムを生成することができるので、従来のような分離工程を必要としない、効率化された水素化ホウ素ナトリウムの製造に有用である。 According to the hydrogen fixation method and hydrogen fixation device of the present invention, only the raw material sodium metaborate reacts with hydrogen gas in the reaction vessel to produce sodium borohydride, making it useful for efficient production of sodium borohydride without the need for a separation process as in the past.

100 水素固定化装置
1 反応容器
2 水素ガス供給手段
3 カートリッジ
4 反応制御手段
100 Hydrogen fixation device 1 Reaction vessel 2 Hydrogen gas supply means 3 Cartridge 4 Reaction control means

Claims (6)

メタホウ酸ナトリウムが投入された反応容器(メタホウ酸ナトリウムと触媒とが併せて投入されたものを除く)に、水素ガスを加圧条件下に供給する水素ガス供給ステップと、
反応容器内において、供給された水素ガスとメタホウ酸ナトリウムとを、以下の化学反応式(1)のように反応させ、水素化ホウ素ナトリウムを生成する生成ステップと
を有する、
水素化ホウ素ナトリウムの製造方法。
NaBO+4H → NaBH+2HO ・・・(1)
a hydrogen gas supplying step of supplying hydrogen gas under pressurized conditions to a reaction vessel containing sodium metaborate (except for a reaction vessel containing both sodium metaborate and a catalyst);
and a generating step of generating sodium borohydride by reacting the supplied hydrogen gas and sodium metaborate in the reaction vessel according to the following chemical reaction formula (1).
Method for producing sodium borohydride.
NaBO 2 +4H 2 → NaBH 4 +2H 2 O...(1)
生成ステップにおける反応容器内の温度が、100~500℃である、
請求項1に記載の水素化ホウ素ナトリウムの製造方法。
The temperature in the reaction vessel in the production step is 100 to 500° C.;
The method for producing sodium borohydride according to claim 1.
水素ガス供給ステップが、水素吸蔵性能を有する金属と水蒸気との反応により生成した水素ガスを供給するものである、
請求項1又は2に記載の水素化ホウ素ナトリウムの製造方法。
The hydrogen gas supplying step supplies hydrogen gas generated by a reaction between a metal having hydrogen storage capacity and water vapor.
The method for producing sodium borohydride according to claim 1 or 2.
反応容器内を冷却装置により冷却する冷却ステップ
を有する、
請求項1~3のいずれかに記載の水素化ホウ素ナトリウムの製造方法。
A cooling step of cooling the inside of the reaction vessel by a cooling device.
The method for producing sodium borohydride according to any one of claims 1 to 3.
水素ガス供給ステップが、水素ガスを充填したタンクから、マスフロメータを介して流量を調整しながら反応容器内へ水素ガスを供給するものである、
請求項1~4のいずれかに記載の水素化ホウ素ナトリウムの製造方法。
The hydrogen gas supplying step supplies hydrogen gas from a tank filled with hydrogen gas into the reaction vessel while adjusting the flow rate via a mass flow meter.
The method for producing sodium borohydride according to any one of claims 1 to 4.
メタホウ酸ナトリウムを投入する反応容器(メタホウ酸ナトリウムと触媒とが併せて投入されたものを除く)と、
該反応容器に、水素ガスを加圧条件下に供給する水素ガス供給手段と
を備え、
反応容器が、供給された水素ガスとメタホウ酸ナトリウムとを、以下の化学反応式(1)のように反応させ、水素化ホウ素ナトリウムを生成するためのものである、
水素化ホウ素ナトリウム製造装置。
NaBO+4H → NaBH+2HO ・・・(1)
A reaction vessel into which sodium metaborate is charged (excluding those into which sodium metaborate and a catalyst are charged together);
a hydrogen gas supply means for supplying hydrogen gas under pressurized conditions to the reaction vessel;
The reaction vessel is for reacting the supplied hydrogen gas with sodium metaborate according to the following chemical reaction formula (1) to produce sodium borohydride.
Sodium borohydride manufacturing equipment.
NaBO 2 +4H 2 → NaBH 4 +2H 2 O...(1)
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023238829A1 (en) * 2022-06-06 2023-12-14 株式会社オン Borohydride compound production device and method for producing borohydride compound

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002080202A (en) 2000-07-03 2002-03-19 Toyota Motor Corp Fuel gas generating system for fuel cell
JP2004200138A (en) 2002-12-13 2004-07-15 Hyundai Motor Co Ltd Hydrogen-supply system of fuel cell
JP2004224684A (en) 2002-11-27 2004-08-12 Materials & Energy Research Institute Tokyo Ltd Method for producing tetrahydroborate
JP2004224593A (en) 2003-01-20 2004-08-12 Materials & Energy Research Institute Tokyo Ltd Method for producing tetrahydroborate
JP2005532241A (en) 2001-10-05 2005-10-27 ジーテック コーポレーション No / low exhaust energy supply station
JP2009256180A (en) 2008-02-26 2009-11-05 Rohm & Haas Co Method for producing borohydride compound
JP2010013290A (en) 2008-03-14 2010-01-21 Hydric Power Systems:Kk New reducing method of boron oxide
JP2012206932A (en) 2011-03-16 2012-10-25 Hydro Fuel Development Inc Method and apparatus for generating hydrogen gas
JP2014181174A (en) 2013-03-19 2014-09-29 Hydric Power Systems:Kk Method of producing metal boron hydride
CN105502291A (en) 2015-12-30 2016-04-20 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 Recovery method of sodium borohydride solution
JP2017190275A (en) 2016-04-15 2017-10-19 株式会社Ksf By-product hydrogen generator
JP2018120281A (en) 2017-01-23 2018-08-02 株式会社Ksf Hydrogen flow rate control device
JP2018536616A (en) 2015-11-06 2018-12-13 エイチツーフューエル・カスケード・ビー.ブイ.H2FUEL Cascade B.V. Method for producing metal borohydride and molecular hydrogen
JP2019043791A (en) 2017-08-31 2019-03-22 浩章 皆川 Hydrogen generating agent comprising calcium oxide powder and aluminum powder
JP2019529319A (en) 2016-09-20 2019-10-17 華南理工大学 Room temperature direct synthesis of sodium borohydride by solid-phase ball milling
JP2019199368A (en) 2018-05-14 2019-11-21 新東工業株式会社 Method for producing tetrahydroborate

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI80385C (en) * 1987-05-28 1990-06-11 Nokia Oy Ab FOERFARANDE FOER EXTRAKTION AV ETT AEMNE FRAON VATTENLOESNING.
JPH08109003A (en) * 1994-10-11 1996-04-30 Japan Steel Works Ltd:The High-purity hydrogen generation method and cartridge case

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002080202A (en) 2000-07-03 2002-03-19 Toyota Motor Corp Fuel gas generating system for fuel cell
JP2005532241A (en) 2001-10-05 2005-10-27 ジーテック コーポレーション No / low exhaust energy supply station
JP2004224684A (en) 2002-11-27 2004-08-12 Materials & Energy Research Institute Tokyo Ltd Method for producing tetrahydroborate
JP2004200138A (en) 2002-12-13 2004-07-15 Hyundai Motor Co Ltd Hydrogen-supply system of fuel cell
JP2004224593A (en) 2003-01-20 2004-08-12 Materials & Energy Research Institute Tokyo Ltd Method for producing tetrahydroborate
JP2009256180A (en) 2008-02-26 2009-11-05 Rohm & Haas Co Method for producing borohydride compound
JP2010013290A (en) 2008-03-14 2010-01-21 Hydric Power Systems:Kk New reducing method of boron oxide
JP2012206932A (en) 2011-03-16 2012-10-25 Hydro Fuel Development Inc Method and apparatus for generating hydrogen gas
JP2014181174A (en) 2013-03-19 2014-09-29 Hydric Power Systems:Kk Method of producing metal boron hydride
JP2018536616A (en) 2015-11-06 2018-12-13 エイチツーフューエル・カスケード・ビー.ブイ.H2FUEL Cascade B.V. Method for producing metal borohydride and molecular hydrogen
CN105502291A (en) 2015-12-30 2016-04-20 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 Recovery method of sodium borohydride solution
JP2017190275A (en) 2016-04-15 2017-10-19 株式会社Ksf By-product hydrogen generator
JP2019529319A (en) 2016-09-20 2019-10-17 華南理工大学 Room temperature direct synthesis of sodium borohydride by solid-phase ball milling
JP2018120281A (en) 2017-01-23 2018-08-02 株式会社Ksf Hydrogen flow rate control device
JP2019043791A (en) 2017-08-31 2019-03-22 浩章 皆川 Hydrogen generating agent comprising calcium oxide powder and aluminum powder
JP2019199368A (en) 2018-05-14 2019-11-21 新東工業株式会社 Method for producing tetrahydroborate

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