ハイドレート利用の高含有率・高速貯蔵可能な水素貯蔵マテリアルの開発

利用水合物开发高含量高速储氢材料

• 批准号: 11J04923
• 负责人: 小松 博幸
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J04923/
• 关键词: セミクラスレートハイドレート; 水素貯蔵; ガス分離; ハイドレート構造; テトラブチルアンモニウム; 拡散速度; 形成速度; tetra-n-butyl ammonium bromide; ハイドレート; ケージサイズ; 重水素化合物; furan

本研究は, ハイドレート利用の水素貯蔵プロセスの開発を行う上で重要となる, 水素分子の固定化能力と移動促進能力の支配因子を特定し, この双方の観点から貯蔵マテリアルとして最適化する方法論を確立することを目的とする. 24年度の検討に引き続き, tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB)やtetra-n-butyl ammonium chloride (TBAC), tetra-n-butyl ammonium fluoride (TBAF)を用いたセミクラスレートハイドレート粒子への水素の平衡吸着挙動に関する研究を行った. その際, 水素吸着量の経時変化に対して, 新規速度論モデルによる解析を行い, 水素吸着速度および拡散速度の観点から膜状ハイドレートの有用性を評価した. さらに, バイオガス利用の水素精製プロセスでは, 高濃度二酸化炭素を含んだ水素混合ガスとなるため, ガス分離および水素貯蔵一体型の高効率貯蔵プロセスについても検討を行った.平成25年度の検討にて, TBAFセミクラスレートハイドレートの平衡水素吸着量は形成条件により変化することを確認した. 24年度における結果と合わせると, 吸着量の観点から2.6mol% TBAB添加時にHS-I構造, 3.7mol% TBAB, 3.2mol% TBACおよび3.0mol% TBAF添加時にTS-I構造, 3.3mol% TBAF添加時にてSCS-I構造のセミクラスレートハイドレートが形成されると考えられる. 新規速度論モデルによる解析を行った結果, 吸着速度はガス吸着可能なサイトの数密度が減少するほど増大するが, 拡散速度はその数密度が増大するほど増大することを明らかにした.膜状ハイドレートの貯蔵特性に関して, 平衡吸着量および拡散係数を用いて透過性を推算し評価を行った. 温度269Kにおいて, HS-I構造のTBABセミクラスレートハイドレートは水素貯蔵量および透過性ともに優れていることを示唆した. しかしながら, H_2/CO_2選択率は10程度と低い値が推算された, 一方, SCS-I構造のTBAFセミクラスレートハイドレートは, H_2/CO_2選択率は100以上と高く, また, 高い分解温度や水素透過性を有することから, ガス分離および水素貯蔵一体型プロセスに適していることが示唆された.

本研究确定了氢分子固定能力和迁移促进能力的控制因素，这对于开发利用水合物的储氢过程非常重要，并开发了一种从两个角度优化存储材料的方法。我们使用（TBAF）对氢在半笼形水合物颗粒上的平衡吸附行为进行了研究，当时我们使用新的动力学模型分析了氢吸附量随时间的变化，并估算了氢吸附率。从扩散速率和扩散速率的角度评估了膜水合物的有用性。此外，在使用沼气的氢气纯化过程中，氢气混合气体含有高浓度的二氧化碳。我们还研究了一种结合气体分离和储氢的高效存储过程。在 2013 年的研究中，我们证实了 TBAF 半笼形水合物的平衡氢吸附量会根据形成条件而变化 24 结合 2017 年的结果。从吸附量的角度来看，添加2.6mol％TBAB、3.7mol％TBAB、3.2mol％TBAC和3.0mol％时的HS-I结构据认为，当添加TBAF时形成具有TS-I结构的半笼形水合物，并且当添加3.3mol％TBAF时形成SCS-I结构。使用新的动力学模型分析吸附率的结果。发现与气体吸附相似，表明扩散速率随着位点数量密度的降低而增加，但扩散速率随着数量密度的增加而增加。关于膜状水合物的储存特性，利用平衡吸附量和扩散系数对渗透率进行了估算和评价，表明HS-I结构的TBAB半笼形水合物具有优异的储氢能力和渗透率，但其H_2/CO_2选择性较低。估计低至10左右。另一方面，具有SCS-I结构的TBAF半笼形水合物具有超过100的高H_2/CO_2选择性。此外，由于它具有高分解温度和氢渗透性，因此适合集成气体分离和储氢过程。

项目成果

Constituent Molecular Effects on Phase Equilibria and Hydrogen Adsorption Kinetics in Clathrate Hydrates

笼形水合物中组分分子对相平衡和氢吸附动力学的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: Hiroyuki Komatsu; Masaki Ota; Masaru Watanabe; Yoshiyuki Sato; Richard L.Smith; Jr.
• 通讯作者: Jr.