[发明专利]电化学还原装置及芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物的氢化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及将芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物进行电化学地氢化的装置和方法。

背景技术

已知环己烷、十氢萘之类的环状有机化合物可以通过使用氢气将对应的芳香烃化合物(苯、萘)进行核氢化来高效地获得。对于该反应高温且高压的反应条件是有必要的，因此以小～中规模进行制造是不适合的。与此相对，已知采用电解池的电化学反应，由于可以使用水作为氢源，因此没有必要处理气体状的氢，而且在反应条件也比较温和(常温～200℃左右、常压)下进行。

〔现有技术文献〕

〔专利文献〕

专利文献1：日本特开2003-045449号公报

专利文献2：日本特开2005-126288号公报

专利文献3：日本特开2005-239479号公报

〔非专利文献〕

〔非专利文献1〕市川胜，J.Jpn.Inst.Energy，85卷，517(2006)

发明内容

作为将甲苯等的芳香烃化合物进行电化学地氢化的例子，报告了将气化成气体状的甲苯送到还原电极侧，以与水电解类似的结构，未经过氢气状态得到作为核氢化物的甲基环己烷的技术(参照非专利文献1)、电极面积·每小时可以转化的物质量(电流密度)不大，因此难以在工业上将芳香烃化合物进行核氢化。

本发明鉴于上面的问题而完成，其目的在于提供能够将芳香烃化合物或含氮杂环芳香族化合物高效地进行电化学核氢化的技术。

本发明的一个方式是电化学还原装置。该电化学还原装置，其特征在于，具备：包含电解质膜、还原电极和氧发生用电极而构成的电极单元；在还原电极和氧发生用电极之间施加电压Va的电力控制部；以及控制部，其中，所述电解质膜具有离子传导性，所述还原电极设置在电解质膜的一侧且含有用于将芳香烃化合物核氢化的还原催化剂，所述氧发生用电极设置在电解质膜的另一侧，所述控制部在将可逆氢电极的电位标记为V_HER、芳香烃化合物的标准氧化还原电位标记为V_TRR、还原电极的电位标记为V_CA时，以满足V_HER-任意选定的容许电位≤V_CA≤V_TRR关系的方式对电力控制部进行控制。本发明的电位是指相对于参比电极电位的真电极电位。因此，例如当存在来自于电解质膜电阻、电极催化剂层的电阻、各种电连接的欧姆损失等时，如后述这样地，考虑这些因素，有必要对真电极电位进行计算·修正。

在上述方式的电化学还原装置中，任意选定的容许电位可以是20mV。此外，还具备：与电解质膜接触且与还原电极和氧发生用电极电隔离地配置的保持为参比电极电位V_Ref的参比电极、对参比电极和还原电极的电位差ΔV_CA进行检测的电压检测部，控制部可以基于电位差ΔV_CA和参比电极电位V_Ref，取得还原电极的电位V_CA。控制部可以进行控制，使电压Va变化，使得还原电极的电位V_CA成为规定范围的电位。当将水的电解时的氧发生平衡电位标记为V_OER时，控制部以满足Va≥(V_OER-V_CA)的方式对所述电力控制部进行控制。参比电极可以配置在电解质膜的设有所述还原电极的那侧。

本发明其他方式是电化学还原装置。该电化学还原装置，其特征在于，具备：包含电解质膜、还原电极和氧发生用电极构成的多个电极单元相互地电串联连接的电极单元集合体、电力控制部和控制部，所述电解质膜具有离子传导性，所述还原电极设置在电解质膜的一侧且含有用于将芳香烃化合物核氢化的还原催化剂，所述氧发生用电极设置在电解质膜的另一侧，所述电力控制部在电极单元集合体的正极端子和负极端子之间施加电压VA，所述控制部在将可逆氢电极的电位标记为V_HER、所述芳香烃化合物的标准氧化还原电位标记为V_TRR、各电极单元的所述还原电极的电位标记为V_CA时，以满足V_HER-任意选定的容许电位≤V_CA≤V_TRR关系的方式对所述电力控制部进行控制。