[发明专利]有机氢化物制造装置及使用其的有机氢化物的制造方法

说明书

本发明提供能够以高的电流效率且低的电功率消耗率进行具有不饱和键的有机化合物在阴极处的还原反应的有机氢化物制造装置、以及使用了其的有机氢化物制造方法。所述制造装置具备：具有质子传导性的固体高分子电解质膜(11)；设置于固体高分子电解质膜(11)的一面、且将被氢化物还原而生成氢化物的阴极(12)；容纳阴极(12)、且被供给被氢化物的阴极室(13)；设置于固体高分子电解质膜(11)的另一面、且将水氧化而生成质子的含电极催化剂的阳极(14)；以及，容纳阳极(14)、且被供给电解液的阳极室(15)，所述制造装置从阴极室(13)的下端供给被氢化物，且具有从阴极室(13)的上端排出产物等的氢化物出口(18)，在阴极室(13)内形成有至少一个宽度为0.1mm以上的隔壁(12d)。

技术领域

本发明涉及有机氢化物制造装置及使用其的有机氢化物的制造方法(以下，也分别简称为“电解池”、“制造方法”)，详细而言，涉及能够以高的电流效率且低的电功率消耗率进行具有不饱和键的有机化合物在阴极处的还原反应的有机氢化物制造装置、以及使用其的有机氢化物的制造方法。

背景技术

日本的耗电量为每年1,000TWh左右，目前，火力发电还承担了核能发电的部分，因此，火力发电的比例达到90％。另一方面，作为用于抑制二氧化碳排放量的新能源，期望太阳能发电、风力发电、水力发电、地热发电等可再生能源的普及，但现阶段其发电量只不过为总量的1％左右。日本虽然富含水资源，但太阳能、风力方面难以说是合适的地区，现状是不得不依赖于从日本国外运输能量并加以贮存。此外，尽管已考虑到通过风力发电和大规模的太阳能发电来缓解短周期的输出变动，但难以适用于缓解中长周期的输出变动、大规模的能源输送。因而，认为将由这些可再生能源得到的电力转化为化学能是有效的。将电力直接转化为化学能的工艺是电化学系统，二次电池、所谓的蓄电池是将电力转化为化学能源并加以贮存的设备，已经被广泛应用。

作为以可再生能源为基础的系统，如下系统是有希望的：在世界级的适宜地区设置大规模的太阳能发电、风力发电系统，转化成能源载体并运输，从而在日本国内消耗能源。作为能源载体，可以考虑液态氢、氨气、有机氢化物等。然而，氢气在常温常压下是气体，存在运输、贮藏需要特殊的油轮这一缺点。在这种情况下，作为氢气运输、贮藏的替代品的、使用了环己烷、甲基环己烷、十氢萘等烃的有机氢化物受到关注。

作为有机氢化物，若选择与石油的性状相似的液体，则存在下述优点：与较大规模的系统的亲和性优异，此外，还容易配送至能源系统的末端。即，这些有机氢化物在常温常压下为液体、容易处理，通过电化学地对有机氢化物进行加氢、脱氢，可替代氢气作为能源载体进行贮藏、运送。

以往，在甲基环己烷等有机氢化物的制造中，采取使用可再生能源通过水电解来制造氢\并利用氢化反应器对甲苯进行加氢而将其转化为甲基环己烷来进行的化学方法(例如，专利文献1、2)。与此相对，电解合成法通过采用电化学手段直接加氢，从而能够简化工艺。此外，电解合成法无论规模大小其效率损失均少，起动终止的追随性优异。进而，对于包括高温工艺的系统时效率容易降低的较小规模的可再生能源的据点而言，尤其是在效率方面能够占优势地进行能量转换并加入基于有机氢化物的能量贮藏·运输网。

关于这种使用了有机氢化物的技术，截止至今进行了各种研究。例如，专利文献3提出了将具有不饱和键的有机化合物还原的电解池。此外，专利文献4、5提出了使用膜分离装置由有机化合物制造氢的装置。进而，专利文献6提出了由有机化合物制造氢并供于燃料电池的装置。此外，专利文献7、8提出了有机化合物的电解氧化、还原的方法。

然而，以甲苯这样的液态的有机化合物作为原料、将其电解来获得液态的有机化合物的大型有机氢化物制造用电解池至今为止尚未实现实际应用，用于向电极表面顺利地供给原料且从表面去除产物的电极、以及具有导电性的阴极支撑体的结构尚属未知。在食盐电解工业中，通过具有离子交换膜的2室型电解池对食盐进行电解，从而同时制造氯气、氢氧化钠和氢气。虽然将与食盐电解相关的非专利文献1的技术应用于有机氢化物的制造是容易的，但有机氢化物的制造过程中基本不产生气体，因此，无法直接利用食盐电解用的电极和支撑体结构。