硼氢化钠的制造方法和制造装置制造方法及图纸

提供一种能量效率和生产效率优异的硼氢化钠的制造方法和制造装置。使用制造装置(20)，在氢气气氛下，使偏硼酸钠与粒状的铝在利用粉碎介质进行压延粉碎的同时发生反应，从而得到硼氢化钠，所述制造装置(20)具备：圆筒状的反应容器(21)；圆筒状的反应部(22)，其以能够旋转的方式保持在该反应容器(21)内，其一并容纳有作为原料(1)的偏硼酸钠和粒状的铝与粉碎介质(2)；以及，氢气导入部(23)，其直接向反应部(22)中导入氢气或者经由反应容器(21)向反应部(22)中导入氢气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及硼氢化钠的制造方法和制造装置。更详细而言，涉及由偏硼酸钠制造硼氢化钠的方法和装置。
技术介绍
氢化硼化合物(硼氢化物)的储氢率高、且能够在常温/常压下与水反应而容易地产生氢气，因此，作为燃料电池用氢气载体而备受关注。例如，在硼氢化钠(NaBH4)的情况下，通过下述化学式1所示的水解反应，能够获取10.8质量％的氢气。像这样，以高密度含有氢的硼氢化钠能够成为优异的氢气载体。[化学式1]NaBH4+2H2O→4H2+NaBO2作为硼氢化钠的工业制造方法，例如有如下方法：将对硼砂进行精制而得到的四硼酸钠(Na2B4O7)与金属钠和氧化硅在加压的氢气气氛下加热至400～450℃，使其发生下述化学式2所示的反应。然而，该方法存在如下问题：原料硼砂的精制成本高，另外，因使用昂贵的金属钠而导致制造成本变高。[化学式2]Na2B4O7+16Na+8H2+7SiO2→4NaBH4+7Na2SiO3另外报道了：如下述化学式3和化学式4所示那样，通过使二硼酸钠(Na4B2O5)与铝(Al)和氢气(H2)反应，或者使二硼酸钠与偏硼酸钠(NaBO2)与氧化钠(Na2O)的混合物与铝(Al)和氢气(H2)反应，也能够制造硼氢化钠(参照非专利文献1)。在下述化学式3、4所示的反应中，使用了比钠更便宜的铝，但作为原料的Na4B2O5、Na4B2O5、NaBO2昂贵，因此，与前述方法同样地存在制造成本变高的问题。[化学式3]4Al+6H2+2Na4B2O5→3NaBH4+4NaAlO2+NaBO2[化学式4]4Al+6H2+Na4B2O5+NaBO2+Na2O→3NaBH4+4NaAlO2因而，以往提出了如下方法：使用通过水解而生成的偏硼酸钠(NaBO2)和氢化镁(MgH2)等金属氢化物，利用下述化学式5所示的反应来制造氢化硼化合物(例如参照专利文献1。)。[化学式5]NaBO2+2MgH2→NaBH4+2MgO另外，还提出了如下方法：将包含硼酸盐和镁等碱土金属的混合物在加压的氢气气氛下加热至例如550℃，通过下述化学式6所示的反应而得到硼氢化钠(例如参照专利文献2。)。专利文献2所述的方法中，通过在比镁的氢化物稳定存在的反应平衡压低的压力下加热，使镁的表面生成氢负离子(protide)(H-)，从而促进其与偏硼酸钠中的氧化物离子(O2-)的交换反应，实现收率的提高。[化学式6]NaBO2+2Mg+2H2→NaBH4+2MgO前述专利文献1、2所述的方法中，使用间歇式的装置进行反应，还提出了连续地进行上述化学式3所示反应的装置(参照专利文献3)。专利文献3所述的装置为如下构成：向经加热了的料筒内一并供给经加压的氢气以及包含硼酸盐和碱土金属的混合物，利用螺杆叶片一边移动它们一边进行混炼来推进反应，从而生成四氢硼酸盐。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-193604号公报专利文献2：日本特开2004-224684号公报专利文献3：日本特开2005-97047号公报非专利文献非专利文献1：BinHongLIU、及其他四人、\SodiumBorohydrideSynthesisbyReactionofNa20containedSodiumBoratewithAlandHydrogen\、Energy&Fuels、2007年、Vol.21、No.3、p.1707-1711
技术实现思路
专利技术要解决的问题如果能够将上述化学式1所示的水解反应的副产物、即获取氢气后残留的偏硼酸钠再生为硼氢化钠，则不仅能够降低制造成本，还能够实现循环型的氢气载体。然而，前述专利文献1～3记载的那样的现有的硼氢化钠的制造方法和制造装置均需要在高温下进行反应，存在制造时的能量效率低的问题。例如，专利文献1所述的方法中，作为第1阶段的反应，将镁在高温高压下进行氢化，使所得氢化镁在第2阶段的反应中在550℃这一高温条件下与偏硼酸钠发生反应。另外，专利文献2的方法中，反应过程中在镁的表面形成氧化物(MgO)层，但MgO会抑制镁的还原作用，因此成为阻碍硼氢化钠的生成反应的要素。因此，专利文献2记载了：为了在镁表面形成有氧化物层的条件下促进硼氢化钠的生成反应，需要在500～550℃、10～20MPa之类的高温高压环境下进行反应。使用专利文献3所述的装置时也同样地需要将料筒内加热至500～600℃。并且，专利文献1～3所述的技术中，使用镁作为还原剂，但作为金属资源的镁流通量小，因此，为了利用这些方法大量生产硼氢化钠，需要将作为副产物且利用价值低的氧化镁(MgO)转换成金属镁(Mg)并再利用。然而，为了获得金属镁，必须将氧化镁在4000℃左右的温度下进行加热分解，需要更多的能量。进而，使用MgH2等金属氢化物的方法由于必须先使金属与氢气反应而生成金属氢化物、另外金属氢化物的内部会残留未反应的金属因而反应时必须过量地投入原料等理由，生产效率低、未能实际应用。因而，本专利技术的目的在于，提供能量效率和生产效率优异的硼氢化钠的制造方法和制造装置。用于解决问题的方案本专利技术的硼氢化钠的制造方法是由偏硼酸钠制造硼氢化钠的方法，其具备如下工序：在氢气气氛下，使偏硼酸钠与粒状的铝在使用粉碎介质进行压延粉碎的同时发生反应，从而得到硼氢化钠。获得前述硼氢化钠的工序可以在常温和常压的条件下进行。本专利技术的硼氢化钠的制造装置是由偏硼酸钠制造硼氢化钠的装置，其中，圆筒状的反应容器；圆筒状的反应部，其以能够旋转的方式保持在前述反应容器内，作为原料的偏硼酸钠和粒状的铝与粉碎介质一起容纳在其中；以及氢气导入部，其直接向前述反应部中导入氢气或者经由前述反应容器向前述反应部中导入氢气，前述反应部具有能够使氢气通过的孔或缝，从前述氢气导入部导入的氢气也被导入至前述反应部内，在氢气气氛下，使前述反应部旋转，一边利用前述粉碎介质将前述粒状的铝压延粉碎，一边进行前述偏硼酸钠的氢化反应。该制造装置可以制成如下构成：在前述反应部形成能够通过氢气的孔或缝，从前述氢气导入部导入至前述反应容器的氢气通过前述孔或前述缝而被导入至前述反应部内。另外，也可以设置向前述反应部供给原料的原料供给部和回收在前述反应部生成的硼氢化钠和氧化铝的产物回收部，从而连续地制造前述硼氢化钠。进而，也可以具备用于将偏硼酸钠的水合物干燥而得到无水偏硼酸钠的干燥机，将用前述干燥机干燥而得到的无水偏硼酸钠从前述原料供给部连续地供给至前述反应部内。需要说明的是，本专利技术中的“铝”除了包括纯铝之外，在不阻碍反应的范围内，还包括含有各种添加元素的铝合金。专利技术的效果根据本专利技术，在氢气气氛下，使无水偏硼酸钠与粒状的铝在使用粉碎介质进行压延粉碎的同时发生反应，因此，能够由通过硼氢化钠的水解而生成的偏硼酸钠高效地制造硼氢化钠。附图说明图1是示出本专利技术的第一实施方式的硼氢化钠的制造方法的示意图。图2是示意性地示出利用以往的制造方法得到的反应产物中包含的铝的状态的图。图3是示意性地示出本专利技术的第二实施方式的硼氢化钠的制造装置的构成的图。图4是示出本专利技术的比较例的制造方法的示意图。具体实施方式以下，针对用于实施本专利技术的方式，参考附图进行详细说明。需要说明的是，本专利技术不限定于以下说明的实施方式。(第一实施方式)首先，针对本专利技术的第一实施方式的硼氢化钠(N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼氢化钠的制造方法，其是由偏硼酸钠制造硼氢化钠的方法，其具备如下工序：在氢气气氛下，使偏硼酸钠与粒状的铝在使用粉碎介质进行压延粉碎的同时发生反应，从而得到硼氢化钠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.11 JP PCT/JP2014/0664871.一种硼氢化钠的制造方法，其是由偏硼酸钠制造硼氢化钠的方法，其具备如下工序：在氢气气氛下，使偏硼酸钠与粒状的铝在使用粉碎介质进行压延粉碎的同时发生反应，从而得到硼氢化钠。2.根据权利要求1所述的硼氢化钠的制造方法，其中，在常温和常压的条件下进行获得所述硼氢化钠的工序。3.一种硼氢化钠的制造装置，其是用于由偏硼酸钠制造硼氢化钠的装置，其具备：圆筒状的反应容器；圆筒状的反应部，其以能够旋转的方式保持在所述反应容器内，作为原料的偏硼酸钠和粒状的铝与粉碎介质一起容纳在其中；以及氢气导入部，其直接向所述反应部中导入氢气或者经由所述反应容器向所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉崎敦浩，
申请(专利权)人：株式会社氢燃料能源系统，
类型：发明
国别省市：日本;JP