JP2023112931A - Method for producing magnesium hydride - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水素化マグネシウムの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing magnesium hydride.
近年、エネルギー源として水素が注目を浴びるようになっており、その水素を貯蔵する方法として水素化マグネシウムがある。 In recent years, hydrogen has been attracting attention as an energy source, and magnesium hydride is available as a method for storing the hydrogen.
そして、特許文献1には、マグネシウムを主成分とする原料粉体を封入容器内に封入した水素ガス雰囲気中に保持しておき、封入容器内の水素ガス雰囲気の圧力を所定圧力に維持し、封入容器内の水素ガス雰囲気の温度を室温から上昇させ、封入容器内の水素ガス雰囲気の温度を、単体のマグネシウム及び水素分子が化合して水素化マグネシウムが生成する反応と逆反応との平衡曲線上の所定圧力に対応する温度よりも高温で、平衡曲線上の所定圧力に対応する温度からの温度差が100℃以内である温度に、所定の第1期間維持することによって、原料粉体表面の被膜を除去し、次に、封入容器内の水素ガス雰囲気の温度を、室温へ戻さずに、平衡曲線上の所定圧力に対応する温度よりも低温で、平衡曲線上の所定圧力に対応する温度からの温度差が100℃以内である温度に、所定の第2期間維持することによって、原料粉体からマグネシウム基水素化物を製造するマグネシウム基水素化物の製造方法が開示されている。 Further, in Patent Document 1, a raw material powder containing magnesium as a main component is held in a hydrogen gas atmosphere enclosed in an enclosure, the pressure of the hydrogen gas atmosphere in the enclosure is maintained at a predetermined pressure, The temperature of the hydrogen gas atmosphere in the enclosure is raised from room temperature, and the temperature of the hydrogen gas atmosphere in the enclosure is increased to the equilibrium curve of the reaction in which elemental magnesium and hydrogen molecules combine to form magnesium hydride and the reverse reaction. By maintaining a temperature that is higher than the temperature corresponding to the predetermined pressure above and the temperature difference from the temperature corresponding to the predetermined pressure on the equilibrium curve is within 100 ° C. for a predetermined first period, the surface of the raw material powder Then, without returning the temperature of the hydrogen gas atmosphere in the enclosure to room temperature, lower than the temperature corresponding to the predetermined pressure on the equilibrium curve and corresponding to the predetermined pressure on the equilibrium curve A method for producing a magnesium-based hydride is disclosed in which a magnesium-based hydride is produced from a raw material powder by maintaining a temperature within 100° C. from the temperature for a predetermined second period.
つまり、特許文献1では、単体のマグネシウム及び水素分子が化合して水素化マグネシウムが生成する反応と逆反応との平衡曲線上の所定圧力に対応する温度よりも高温で、平衡曲線上の所定圧力に対応する温度からの温度差が100℃以内である温度に、所定の第1期間維持することを第1の特徴としている。 That is, in Patent Document 1, at a temperature higher than the temperature corresponding to the predetermined pressure on the equilibrium curve of the reaction in which magnesium and hydrogen molecules are combined to form magnesium hydride and the reverse reaction, the predetermined pressure on the equilibrium curve A first feature is that the temperature difference from the temperature corresponding to is within 100° C. is maintained for a predetermined first period.
この第1の特徴によって、特許文献1では、マグネシウム(Mg)の表面に形成されている水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)の熱分解が進み、その熱分解によって形成された酸化マグネシウム(MgO)の水素分子による還元も進むことで、マグネシウム(Mg)表面の被膜が除去され、速やかに水素(H2)と反応することが可能となることされている。 Due to this first feature, in Patent Document 1, thermal decomposition of magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ) formed on the surface of magnesium (Mg) proceeds, and magnesium oxide (MgO ) is also reduced by hydrogen molecules, the film on the surface of magnesium (Mg) is removed, and it becomes possible to rapidly react with hydrogen (H 2 ).
また、特許文献1では、水素ガス雰囲気の温度を、室温へ戻さずに、平衡曲線上の所定圧力に対応する温度よりも低温で、平衡曲線上の所定圧力に対応する温度からの温度差が100℃以内である温度に、所定の第2期間維持することを第2の特徴としている。 Further, in Patent Document 1, the temperature of the hydrogen gas atmosphere is lower than the temperature corresponding to the predetermined pressure on the equilibrium curve without returning to room temperature, and the temperature difference from the temperature corresponding to the predetermined pressure on the equilibrium curve is A second feature is that the temperature is maintained within 100° C. for a predetermined second period.
この第2の特徴によって、特許文献1では、加熱及び冷却を繰り返すことで水素の吸収及び放出を繰り返す活性化処理を必要とする従来技術に比べて、少ない投入エネルギーで高純度の水素化マグネシウム(MgH2)を得ることが可能となるとされている。 Due to this second feature, in Patent Document 1, high-purity magnesium hydride ( MgH 2 ) can be obtained.
ところで、特許文献1では、実施例を見ると、水素化処理を行う時の水素ガス圧力が10気圧(約1MPa)以上の圧力雰囲気とされている。 By the way, in Patent Literature 1, looking at the examples, the hydrogen gas pressure during the hydrogenation is set to a pressure atmosphere of 10 atmospheres (about 1 MPa) or more.
また、特許文献1では、現実的な時間範囲内で水素化マグネシウムを製造するためには、少なくとも6気圧以上とすることも説明されている。 Patent document 1 also explains that the pressure should be at least 6 atmospheres or more in order to produce magnesium hydride within a realistic time range.
しかしながら、高圧の水素ガス雰囲気下で処理する装置は、装置に要求される仕様(例えば、耐圧性能など)が厳しくなる。 However, the specifications (for example, pressure resistance performance, etc.) required for an apparatus that performs processing in a high-pressure hydrogen gas atmosphere are severe.
そこで、マグネシウムの反応性を向上させ、水素ガスの圧力を低く保った状態でも、水素化処理ができる技術の実現が望まれる。 Therefore, it is desired to improve the reactivity of magnesium and realize a technology that enables hydrotreating even when the pressure of hydrogen gas is kept low.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、マグネシウムの反応性を向上させ、水素ガスの圧力を低く保った状態でも、水素化処理ができる水素化マグネシウムの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for producing magnesium hydride that can improve the reactivity of magnesium and can be hydrotreated even when the pressure of hydrogen gas is kept low. for the purpose.
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明の水素化マグネシウムの製造方法は、脂肪酸を添加してマグネシウムを粉砕する粉砕工程と、5気圧以下の圧力に保つように、水素ガスが供給される反応容器内で、粉砕した前記マグネシウムを、140℃以上、水素化マグネシウムの分解温度未満の温度に加熱して、水素化する水素化工程と、を備え、前記粉砕工程が、窒素ガスの雰囲気下で行われ、粉砕した前記マグネシウムは、前記水素化工程の終了まで、酸素に触れさせない。
In order to achieve the above objects, the present invention is grasped by the following configurations.
(1) The method for producing magnesium hydride of the present invention includes a pulverizing step of pulverizing magnesium by adding fatty acid, and pulverizing in a reaction vessel supplied with hydrogen gas so as to maintain a pressure of 5 atmospheres or less. A hydrogenation step of heating the magnesium to a temperature of 140 ° C. or higher and less than the decomposition temperature of magnesium hydride to hydrogenate it, and the pulverizing step is performed in an atmosphere of nitrogen gas, and the pulverized Magnesium is not exposed to oxygen until the end of the hydrogenation step.
(2)上記(1)の構成において、前記窒素ガスが、大気から純度99.9%以上の窒素ガスを生成する窒素発生器から供給される。 (2) In the configuration of (1) above, the nitrogen gas is supplied from a nitrogen generator that generates nitrogen gas with a purity of 99.9% or more from the atmosphere.
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記粉砕工程で添加する前記脂肪酸の添加量が、前記マグネシウムと前記脂肪酸を合わせた総質量中の3質量%以上である。 (3) In the configuration of (1) or (2) above, the amount of the fatty acid added in the grinding step is 3% by mass or more of the total mass of the magnesium and the fatty acid.
本発明によれば、マグネシウムの反応性を向上させ、水素ガスの圧力を低く保った状態でも、水素化処理ができる水素化マグネシウムの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reactivity of magnesium is improved and the manufacturing method of the magnesium hydride which can be hydrogenated even in the state which kept the pressure of hydrogen gas low can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号を付している。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, with reference to an accompanying drawing, the form (henceforth, embodiment) for implementing this invention is demonstrated in detail.
In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the same element through the whole description of embodiment.
(第1実施形態)
本発明に係る第1実施形態の水素化マグネシウムの製造方法は、脂肪酸を添加して粉砕前のマグネシウム(以下、単に、マグネシウムと記載する場合がある。)を粉砕する粉砕工程と、5気圧以下の圧力に保つように、水素ガスが供給される反応容器内で、粉砕したマグネシウムを、140℃以上、水素化マグネシウムの分解温度未満の温度に加熱して、水素化する水素化工程と、を備える。
(First embodiment)
The method for producing magnesium hydride according to the first embodiment of the present invention includes a pulverizing step of adding fatty acid and pulverizing magnesium before pulverization (hereinafter, sometimes simply referred to as magnesium), and 5 atmospheres or less. A hydrogenation step of heating and hydrogenating the pulverized magnesium to a temperature of 140 ° C. or more and less than the decomposition temperature of magnesium hydride in a reaction vessel supplied with hydrogen gas so as to maintain the pressure of Prepare.
このため、装置としては、粉砕工程を実施するための粉砕機1(図1参照)と、水素化工程を実施するための水素化炉8(図5参照)と、を使用するので、順に、粉砕機1、及び、水素化炉8(水素化炉8での作業手順含む)の説明を行った後に、具体的な実施例について、説明を行う。 For this reason, as equipment, a crusher 1 (see FIG. 1) for carrying out the crushing step and a hydrogenation furnace 8 (see FIG. 5) for carrying out the hydrogenation step are used. After describing the crusher 1 and the hydrogenation furnace 8 (including the work procedure in the hydrogenation furnace 8), specific examples will be described.
(粉砕機)
図1は、本発明に係る第1実施形態の粉砕工程で用いる粉砕機1の斜視図であり、図2は、本発明に係る第1実施形態の粉砕機1のフード3を開けた状態を示す斜視図であり、図3は、本発明に係る第1実施形態の粉砕容器4の斜視図であり、図4は、本発明に係る第1実施形態の粉砕容器4の分解斜視図である。
なお、これから説明する第1実施形態で使用する粉砕機1は、フリッチュ社製の遊星型ボールミル装置である。
(Crusher)
FIG. 1 is a perspective view of a pulverizer 1 used in the pulverization step of the first embodiment according to the present invention, and FIG. 2 shows a state in which the hood 3 of the pulverizer 1 of the first embodiment of the present invention is opened. 3 is a perspective view of the crushing container 4 of the first embodiment according to the present invention, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the crushing container 4 of the first embodiment according to the present invention. .
The pulverizer 1 used in the first embodiment described below is a planetary ball mill manufactured by Fritsch.
図1、及び、図2に示すように、第1実施形態で用いる粉砕機1は、着脱可能に固定された粉砕容器4(図2参照)を回転制御する粉砕機本体部2と、粉砕機本体部2に開閉可能にヒンジ構造で連結され、粉砕容器4を覆い隠すことが可能なフード3と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the pulverizer 1 used in the first embodiment includes a pulverizer body 2 for controlling rotation of a detachably fixed pulverization container 4 (see FIG. 2), and a pulverizer A hood 3 that is connected to the main body 2 with a hinge structure so as to be openable and closable and that can cover the crushing container 4 is provided.
図1に示すように、粉砕機本体部2は、粉砕容器4を回転制御させる条件を入力する条件入力部21と、非常停止ボタン22と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the crusher body 2 includes a condition input unit 21 for inputting conditions for controlling the rotation of the crushing container 4, and an emergency stop button 22. As shown in FIG.
粉砕容器4は、図3、及び、図4に示すように、粉砕対象物(図示せず)、及び、粉砕を促進する球形状の粉砕メディア(図示せず)を収容する収容部を構成する、上部開口を有する有底状の粉砕容器本体41と、粉砕容器本体41の上部開口を塞ぐ蓋部42と、を備えている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the crushing container 4 constitutes a container for containing an object to be crushed (not shown) and spherical crushing media (not shown) for promoting crushing. , a bottomed crushing container main body 41 having an upper opening, and a lid portion 42 closing the upper opening of the crushing container main body 41 .
また、図4に示すように、粉砕容器本体41は、上部開口側の淵部にOリング5を配置する溝部411と、その溝部411よりも径方向外側に形成され、ネジが螺合するネジ螺合穴412と、を備えている。
なお、ネジ螺合穴412は、周方向に90℃ピッチで合計4個設けられている。
As shown in FIG. 4, the crushing container main body 41 has a groove portion 411 in which the O-ring 5 is arranged in the edge portion on the upper opening side, and a screw portion formed radially outwardly of the groove portion 411 to which a screw is screwed. and a screw hole 412 .
In addition, a total of four screwing holes 412 are provided at a pitch of 90° in the circumferential direction.
一方、蓋部42は、外側となる面(図3参照)にネジの頭を収容するザグリが設けられた貫通穴421を備えている。
なお、この貫通穴421は、蓋部42を粉砕容器本体41にネジ固定する時に、ネジの螺合部を粉砕容器本体41側に通すための貫通穴421であるので、その貫通穴421の設けられている位置(中心からの距離など)は、粉砕容器本体S41のネジ螺合穴412に対応したものになっており、ネジ螺合穴412と同様に、周方向に90℃ピッチで合計4個設けられている。
On the other hand, the lid portion 42 has a through hole 421 provided with a counterbore for accommodating the screw head on the outer surface (see FIG. 3).
The through hole 421 is for passing the threaded portion of the screw into the crushing container main body 41 when the lid portion 42 is screwed to the crushing container main body 41, so the through hole 421 is provided. The positions (distance from the center, etc.) correspond to the threaded holes 412 of the crushing container main body S41. are provided individually.
そして、粉砕容器本体41に、粉砕対象物(図示せず)、及び、粉砕を促進する球形状の粉砕メディア(図示せず)を収容し、蓋部42がOリング5を粉砕容器本体41側に押圧するように、蓋部42側から貫通穴421を通して、ネジ(図示せず)を粉砕容器本体41のネジ螺合穴412に螺合させると、粉砕対象物(図示せず)、及び、粉砕を促進する球形状の粉砕メディア(図示せず)が、完全密封状態で粉砕容器4内に収容された状態になる。 An object to be crushed (not shown) and spherical crushing media (not shown) for promoting crushing are accommodated in the crushing container main body 41, and the lid portion 42 holds the O-ring 5 on the crushing container main body 41 side. When a screw (not shown) is screwed into the screw engagement hole 412 of the crushing container main body 41 through the through hole 421 from the lid portion 42 side so as to press the object to be crushed (not shown) and Spherical grinding media (not shown) that promote grinding are housed in the grinding container 4 in a completely sealed state.
このように、粉砕容器4内に粉砕対象物(図示せず)、及び、粉砕を促進する球形状の粉砕メディア(図示せず)を収容した状態とした後、図2に示すように、粉砕容器4を粉砕機本体部2に固定し、図1に示すように、粉砕機本体部2のフード3を閉じ、条件入力部21を操作し、粉砕容器4の回転制御のための条件を入力して、粉砕スタートボタンを押すと、粉砕が開始される。 In this way, after the object to be crushed (not shown) and the spherical crushing media (not shown) that promotes crushing are accommodated in the crushing container 4, as shown in FIG. The container 4 is fixed to the crusher main body 2, the hood 3 of the crusher main body 2 is closed as shown in FIG. Then press the crushing start button to start crushing.
具体的には、粉砕スタートボタンを押すと、粉砕容器4自体の回転が開始され、その密閉状態とされた粉砕容器4内で、回転力によって、粉砕を促進するための粉砕メディア、具体的には、剛球(例えば、5mmφの高硬度球(SUS440C、クロム鋼などの剛球))と粉砕対象物であるマグネシウムが激しく攪拌され、粉砕が進行する。 Specifically, when the pulverization start button is pressed, the rotation of the pulverization container 4 itself is started, and in the pulverization container 4 that is in a sealed state, the pulverization media for promoting pulverization by rotational force, specifically, , a hard ball (for example, a 5 mmφ high-hardness ball (SUS440C, hard ball such as chromium steel)) and magnesium, which is an object to be pulverized, are vigorously agitated, and pulverization proceeds.
そして、上述のように、粉砕容器4は、完全密封が可能な構成になっているため、粉砕中に外気が混入することがない。 As described above, since the crushing container 4 is configured to be completely sealed, outside air does not enter during crushing.
したがって、粉砕容器本体41に粉砕対象物(図示せず)、及び、粉砕を促進する球形状の粉砕メディア(図示せず)を入れて、粉砕容器本体41にネジ(図示せず)で蓋部42を固定する作業を、アルゴンガス雰囲気のグローブボックス内で行えば、粉砕容器4内がアルゴンガス雰囲気となり、アルゴンガス雰囲気中での粉砕を実施することができる。 Therefore, an object to be crushed (not shown) and spherical crushing media (not shown) for promoting crushing are placed in the crushing container main body 41, and the lid portion is screwed to the crushing container main body 41 with a screw (not shown). If the work of fixing 42 is performed in a glove box in an argon gas atmosphere, the inside of the crushing container 4 becomes an argon gas atmosphere, and the crushing can be performed in the argon gas atmosphere.
また、粉砕容器本体41に粉砕対象物(図示せず)、及び、粉砕を促進する球形状の粉砕メディア(図示せず)を入れて、粉砕容器本体41にネジ(図示せず)で蓋部42を固定する作業を、窒素ガス雰囲気のグローブボックス内で行えば、粉砕容器4内が窒素ガス雰囲気となり、窒素ガス雰囲気中での粉砕を実施することができる。 An object to be crushed (not shown) and spherical crushing media (not shown) for promoting crushing are placed in the crushing container main body 41, and the crushing container main body 41 is screwed (not shown) to the lid. If the work of fixing 42 is performed in a glove box having a nitrogen gas atmosphere, the inside of the grinding container 4 becomes a nitrogen gas atmosphere, and grinding can be performed in the nitrogen gas atmosphere.
そして、粉砕処理が終了したら、再び、粉砕機本体部2から粉砕容器4を取外し、粉砕容器4をグローブボックス内に移し、グローブボックス内で外気の混入を防止できる気密瓶に粉砕した材料を移して、粉砕した材料を回収する。 When the crushing process is completed, the crushing container 4 is removed from the crusher main body 2 again, the crushing container 4 is moved into the glove box, and the crushed material is transferred to an airtight bottle that can prevent outside air from entering inside the glove box. to collect the crushed material.
なお、この回収作業をアルゴンガス雰囲気にしたグローブボックス内で行えば、粉砕した材料は、アルゴンガスが充填された気密瓶内で保管されることになり、窒素ガス雰囲気にしたグローブボックス内で行えば、粉砕した材料は、窒素ガスが充填された気密瓶内で保管されることになる。 If this recovery work is performed in a glove box with an argon gas atmosphere, the pulverized material will be stored in an airtight bottle filled with argon gas, and it will be performed in a glove box with a nitrogen gas atmosphere. For example, ground material would be stored in an airtight bottle filled with nitrogen gas.
また、後述するが粉砕容器4内に粉砕対象物であるマグネシウムを収容する際、脂肪酸を加えることで、脂肪酸を添加してマグネシウムを粉砕する粉砕工程とすることができ、水素化効率の良好な反応性の高い粉砕したマグネシウムとすることができる。 In addition, as will be described later, when magnesium, which is an object to be pulverized, is contained in the pulverization container 4, a pulverization step of adding fatty acid and pulverizing magnesium can be performed, and hydrogenation efficiency can be improved. It can be highly reactive ground magnesium.
反応性が高くなる理由としては、脂肪酸は、カルボキシル基を有しており、金属酸化物の酸素(例えば、マグネシウムの表面に形成される酸化膜の酸素)とカルボキシル基が反応し、金属酸化物より、融点・沸点・硬度などが大幅に低い金属石鹸を形成することから、このような反応が水素化効率の良好な反応性の高い粉砕したマグネシウムの形成に何らかの寄与をしているものと推察される。
なお、脂肪酸は、金属そのものとも反応し、金属石鹸を形成すると考えられる。
The reason for the high reactivity is that fatty acids have a carboxyl group, and the oxygen of the metal oxide (for example, the oxygen of the oxide film formed on the surface of magnesium) reacts with the carboxyl group to Therefore, it is surmised that this kind of reaction contributes to the formation of pulverized magnesium with good hydrogenation efficiency and high reactivity. be done.
It is believed that fatty acids also react with metals themselves to form metal soaps.
例えば、添加する脂肪酸としては、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ペンタデカン酸、ヘキサデカン酸、ヘプタデカン酸、オクタデカン酸、イコサン酸、ヘンイコサン酸、ドコサン酸、テトラコサン酸、ヘキサコサン酸、オクタコサン酸、トリアコンタン酸、などを好適に用いることができる。 For example, fatty acids to be added include butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, pentadecanoic acid, hexadecanoic acid, heptadecanoic acid, octadecanoic acid, icosanoic acid, Henicosanoic acid, docosanoic acid, tetracosanoic acid, hexacosanoic acid, octacosanoic acid, triacontanoic acid, and the like can be preferably used.
ただし、アルキル鎖が短いと疎水性が弱くなり、水分を含有しやすくなるため、水分を吸収しないように取扱う必要があり、逆に、アルキル鎖が長いと融点が高くなり、粉砕工程での温度上昇では脂肪酸の融解が起きず、マグネシウムへの添加が行い難くなると考えられる。 However, if the alkyl chain is short, the hydrophobicity becomes weak and it tends to absorb moisture, so it is necessary to handle it so that it does not absorb moisture. It is thought that the melting of fatty acids does not occur with the rise, making it difficult to add to magnesium.
このことから、脂肪酸としては、トータルの炭素数が7から30程度のもの、つまり、ヘプタン酸(炭素数7)、オクタン酸(炭素数8)、ノナン酸(炭素数9)、デカン酸(炭素数10)、ドデカン酸(炭素数12)、テトラデカン酸(炭素数14)、ペンタデカン酸(炭素数15)、ヘキサデカン酸(炭素数16)、ヘプタデカン酸(炭素数17)、オクタデカン酸(炭素数18)、イコサン酸(炭素数20)、ヘンイコサン酸(炭素数21)、ドコサン酸(炭素数22)、テトラコサン酸(炭素数24)、ヘキサコサン酸(炭素数26)、オクタコサン酸(炭素数28)、トリアコンタン酸(炭素数30)、などがより好適であると考えられる。 From this, the fatty acid has a total carbon number of about 7 to 30, that is, heptanoic acid (7 carbon atoms), octanoic acid (8 carbon atoms), nonanoic acid (9 carbon atoms), decanoic acid (9 carbon atoms), number 10), dodecanoic acid (12 carbon atoms), tetradecanoic acid (14 carbon atoms), pentadecanoic acid (15 carbon atoms), hexadecanoic acid (16 carbon atoms), heptadecanoic acid (17 carbon atoms), octadecanoic acid (18 carbon atoms ), icosanoic acid (20 carbons), henicosanoic acid (21 carbons), docosanoic acid (22 carbons), tetracosanoic acid (24 carbons), hexacosanoic acid (26 carbons), octacosanoic acid (28 carbons), Triacontanoic acid (30 carbon atoms), etc. are considered more suitable.
(水素化炉)
図5は、本発明に係る第1実施形態の水素化炉8を示す側面図である。
なお、図5は、説明が分かりやすいように、加熱炉81を断面図として図示している。
また、図5は、説明が分かりやすいように、クランプ824について、取付け位置を点線で示すに留めており、実際に使用しているのはNW規格のフランジをクランプする市販のクランプである。
(hydrogenation furnace)
FIG. 5 is a side view showing the hydrogenation furnace 8 of the first embodiment according to the invention.
In addition, FIG. 5 illustrates the heating furnace 81 as a cross-sectional view so that the explanation can be easily understood.
In addition, FIG. 5 only shows the mounting position of the clamp 824 with a dotted line for easy understanding of the explanation, and what is actually used is a commercially available clamp for clamping a NW standard flange.
図5に示すように、水素化炉8は、粉砕したマグネシウムを水素化する反応を行う反応容器82と、その反応容器82を着脱可能に受け入れ、反応容器82内の温度を水素化に適した温度に加熱することが可能な加熱炉81と、水素ガスの圧力を所定の圧力に維持するように制御され、フレキシブルなガス配管FGPで反応容器82に、その水素ガスが供給可能に接続される圧力調整タンク83と、を備えている。 As shown in FIG. 5, the hydrogenation furnace 8 detachably receives a reaction vessel 82 for hydrogenating pulverized magnesium and the reaction vessel 82, and adjusts the temperature in the reaction vessel 82 to A heating furnace 81 that can be heated to a temperature and a flexible gas pipe FGP that is controlled to maintain the pressure of hydrogen gas at a predetermined pressure is connected to a reaction vessel 82 so that the hydrogen gas can be supplied. A pressure adjustment tank 83 is provided.
反応容器82は、上下方向の途中位置の外周に加熱炉81に支持されるフランジ部8211を有するとともに、粉砕したマグネシウムを収容可能に上側が開口した反応容器本体821と、その上側の開口を塞ぐための蓋部822と、反応容器本体821の開口側の淵部に配置され、反応容器本体821と蓋部822で挟まれることで気密を取るOリング823と、Oリング823を反応容器本体821と蓋部822で押圧するように固定するクランプ824と、を備えている。 The reaction vessel 82 has a flange portion 8211 supported by the heating furnace 81 on the outer periphery in the middle in the vertical direction, and has a reaction vessel main body 821 whose upper side is open so that crushed magnesium can be accommodated, and the upper opening is closed. an O-ring 823 that is arranged at the edge of the opening side of the reaction container main body 821 and is sandwiched between the reaction container main body 821 and the lid portion 822 to maintain airtightness; and a clamp 824 that is fixed so as to be pressed by the lid portion 822 .
また、蓋部822は、フレキシブルなガス配管FGPに着脱可能なニードルバルブN1が取付けられ、そのニードルバルブN1の操作で開閉操作が可能な吸排気ポート8221を備えている。 The lid portion 822 is provided with a needle valve N1 detachable from the flexible gas pipe FGP, and has an intake/exhaust port 8221 that can be opened and closed by operating the needle valve N1.
加熱炉81は、反応容器本体821を受け入れる開口を有する断熱筐体811と、断熱筐体811の内側に設けられたヒータ部812と、そのヒータ部812を設定温度に保つ制御を行う温調器(図示せず)と、を備え、反応容器本体821を受け入れる開口は、反応容器本体821のフランジ部8211を支持できるように、フランジ部8211の外径より若干小さい内径に設定されている。 The heating furnace 81 includes a heat-insulating housing 811 having an opening for receiving the reaction vessel main body 821, a heater section 812 provided inside the heat-insulating housing 811, and a temperature controller for controlling the heater section 812 at a set temperature. (not shown), and the opening for receiving the reaction container main body 821 is set to have an inner diameter slightly smaller than the outer diameter of the flange portion 8211 so that the flange portion 8211 of the reaction container main body 821 can be supported.
ただし、反応容器本体821を受け入れる開口は、反応容器本体821が受け入れられるように、反応容器本体821の胴体外径よりは大きな内径に設定されている。 However, the opening for receiving the reaction container main body 821 is set to have an inner diameter larger than the body outer diameter of the reaction container main body 821 so that the reaction container main body 821 can be received.
なお、温調器は、ヒータ部812の温度を測定する温度測定部(例えば、熱電対)と、その温度測定の結果を基にヒータ部812に供給する電力を制御して設定温度に維持する電力制御部と、を備えている。 Note that the temperature controller controls a temperature measuring unit (for example, a thermocouple) that measures the temperature of the heater unit 812, and controls the power supplied to the heater unit 812 based on the temperature measurement result to maintain the set temperature. and a power control unit.
圧力調整タンク83は、ガスを閉じ込める密閉構造のステンレス製のタンクであり、タンク内の圧力の測定を行うためのデジタル圧力計DPを取付ける取付ポートPT1と、開閉バルブOCB2が取付けられ、水素ガスの受け入れを行うための水素ガスの受入ポートPT2と、開閉バルブOCB3が取付けられ、アルゴンガスの受け入れを行うためのアルゴンガスの受入ポートPT3と、ニードルバルブN2が取付けられ、タンク内のガスを反応容器82に送るためのフレキシブルなガス配管FGPが接続されるガス供給用ポートPT4と、開閉バルブOCB5が取付けられ、タンク内のガスを置換する際に用いられる真空ポンプP2との接続を行うための排気ポートPT5と、を備えている。 The pressure regulating tank 83 is a stainless steel tank with a sealed structure for confining gas, and is equipped with a mounting port PT1 for mounting a digital pressure gauge DP for measuring the pressure inside the tank, and an on-off valve OCB2. A hydrogen gas receiving port PT2 for receiving hydrogen gas and an on-off valve OCB3 are attached, and an argon gas receiving port PT3 for receiving argon gas and a needle valve N2 are attached to allow the gas in the tank to flow into the reaction vessel. A gas supply port PT4 to which a flexible gas pipe FGP for sending to 82 is connected, and a vacuum pump P2 equipped with an on-off valve OCB5 and used to replace the gas in the tank. and a port PT5.
なお、圧力調整タンク83への水素ガスの供給は、高圧ガスの水素ガスボンベB2の減圧バルブでマスフローコントローラの動作圧である0.2~0.3MPaの圧力に減圧された水素ガスが、水素ガスの受入ポートPT2に配管接続された水素ガス用マスフローコントローラMFC-Hを介して供給される構成になっている。 In addition, the supply of hydrogen gas to the pressure adjustment tank 83 is performed by decompressing the hydrogen gas to a pressure of 0.2 to 0.3 MPa, which is the operating pressure of the mass flow controller, by the decompression valve of the hydrogen gas cylinder B2 of high pressure gas. The hydrogen gas is supplied through a mass flow controller MFC-H for hydrogen gas connected to the receiving port PT2 of .
また、圧力調整タンク83へのアルゴンガスの供給は、高圧ガスのアルゴンガスボンベB3の減圧バルブでマスフローコントローラの動作圧である0.2~0.3MPaの圧力に減圧されたアルゴンガスが、アルゴンガスの受入ポートPT3に配管接続されたアルゴンガス用マスフローコントローラMFC-Aを介して供給される構成になっている。 In addition, the argon gas is supplied to the pressure adjustment tank 83. The argon gas is decompressed to a pressure of 0.2 to 0.3 MPa, which is the operating pressure of the mass flow controller, by the decompression valve of the argon gas cylinder B3 of high pressure gas. The argon gas is supplied via an argon gas mass flow controller MFC-A connected to the receiving port PT3 of .
そして、水素化炉8は、ガスの供給を制御するための制御装置を備えており、具体的には、その制御装置に制御プログラムを構築することが可能な制御器であるシーケンサーPLCを使用している。
なお、図5において、シーケンサーPLCと、デジタル圧力計DP、水素ガス用マスフローコントローラMFC-H、及び、アルゴンガス用マスフローコントローラMFC-Aと、の間が一点鎖線で繋がっているのは、入出力信号を伝達する信号線で繋がっていることを示しているものである。
The hydrogenation furnace 8 is equipped with a control device for controlling the gas supply. Specifically, the control device uses a sequencer PLC, which is a controller capable of constructing a control program. ing.
In FIG. 5, the sequencer PLC, the digital pressure gauge DP, the hydrogen gas mass flow controller MFC-H, and the argon gas mass flow controller MFC-A are connected by dash-dotted lines. This indicates that they are connected by a signal line that transmits a signal.
シーケンサーPLCの制御プログラムとしては、シーケンサーPLCの液晶画面上で、動作させるマスフローコントローラと流量を指定して、その流量を流すように指定したマスフローコントローラ(水素ガス用マスフローコントローラMFC-H、アルゴンガス用マスフローコントローラMFC-A)を動作させる制御を行う直接入力モードと、シーケンサーの液晶画面上で、動作させるマスフローコントローラと圧力の上下限を指定して、デジタル圧力計DPの出力値が圧力の下限を下回ると、指定したマスフローコントローラに予め設定した流量でガスの供給を行うように動作させる制御を行う圧力制御モードと、を設けている。 As a sequencer PLC control program, the mass flow controller to be operated and the flow rate are specified on the sequencer PLC liquid crystal screen, and the mass flow controller specified to flow the flow rate (mass flow controller MFC-H for hydrogen gas, mass flow controller MFC-H for argon gas, A direct input mode that controls the operation of the mass flow controller MFC-A), and a mass flow controller to be operated and the upper and lower limits of pressure are specified on the liquid crystal screen of the sequencer, and the output value of the digital pressure gauge DP indicates the lower limit of pressure. and a pressure control mode for performing control to supply gas at a preset flow rate to a designated mass flow controller when the pressure falls below.
なお、圧力制御モードの場合、ガスの供給によって、デジタル圧力計DPの出力値が圧力の上限に到達すると、マスフローコントローラの動作を停止させ、ガスの供給を止めるようになっている。 In the pressure control mode, when the output value of the digital pressure gauge DP reaches the upper limit of the pressure due to gas supply, the operation of the mass flow controller is stopped to stop the gas supply.
また、上記説明では、水素化炉8にアルゴンガスの供給ができる構成で説明したが、アルゴンガスを窒素ガスに変更しても問題ない。
この場合、高圧ガスのアルゴンガスボンベB3を、高圧ガスの窒素ボンベ、又は、大気から純度99.9%以上の窒素ガスを生成する窒素発生器に変更するとともに、アルゴンガス用マスフローコントローラMFC-Aを、窒素ガス用マスフローコントローラに変更すればよい。
Further, in the above description, the configuration has been described in which argon gas can be supplied to the hydrogenation furnace 8, but there is no problem even if the argon gas is changed to nitrogen gas.
In this case, the high-pressure argon gas cylinder B3 is changed to a high-pressure nitrogen cylinder or a nitrogen generator that generates nitrogen gas with a purity of 99.9% or more from the atmosphere, and the argon gas mass flow controller MFC-A is replaced. , the mass flow controller should be changed to a nitrogen gas mass flow controller.
(水素化炉での作業手順)
次に、上述のような水素化炉8を用いた作業手順(水素化工程の手順)について、説明する。
図6は、本発明に係る第1実施形態の水素化工程の手順を示すフローチャートである。
以下の説明では、水素化炉8にアルゴンガスが供給される構成で説明するが、先に説明した通り、アルゴンガスを窒素ガスに代えても問題はないため、その場合は、アルゴンガスに関する記述部分を窒素ガスに読み替えて理解されればよい。
(Working procedure in the hydrogenation furnace)
Next, a working procedure (a procedure of the hydrogenation step) using the hydrogenation furnace 8 as described above will be described.
FIG. 6 is a flow chart showing the procedure of the hydrogenation step of the first embodiment according to the present invention.
In the following description, a configuration in which argon gas is supplied to the hydrogenation furnace 8 will be described. It should be understood by replacing the part with nitrogen gas.
なお、水素化工程の手順の説明に先立って、圧力調整タンク83から反応容器82まで大気圧のアルゴンガスが充填されている状態であるものとし、水素ガスの受入ポートPT2、アルゴンガスの受入ポートPT3、及び、排気ポートPT5に取付けられている開閉バルブOCB2、OCB3、OCB5が閉の状態になっているものとする。
また、蓋部822の吸排気ポート8221、及び、ガス供給用ポートPT4に取付けられているニードルバルブN1、N2も閉の状態になっているものとする。
Before explaining the procedure of the hydrogenation step, it is assumed that the pressure adjustment tank 83 and the reaction vessel 82 are filled with argon gas at atmospheric pressure. It is assumed that the on-off valves OCB2, OCB3, and OCB5 attached to PT3 and exhaust port PT5 are closed.
It is also assumed that the needle valves N1 and N2 attached to the intake/exhaust port 8221 of the lid portion 822 and the gas supply port PT4 are also closed.
(Step1)
まず、水素化炉8から反応容器82の取外を行う(S1)。
具体的には、蓋部822の吸排気ポート8221に取付けられているニードルバルブN1と、フレキシブルなガス配管FGPと、の接続を解除して、反応容器82の水素化炉8からの取外しを行う。
(Step 1)
First, the reaction vessel 82 is removed from the hydrogenation furnace 8 (S1).
Specifically, the connection between the needle valve N1 attached to the intake/exhaust port 8221 of the lid portion 822 and the flexible gas pipe FGP is released, and the reaction vessel 82 is removed from the hydrogenation furnace 8. .
なお、接続を解除することによって、フレキシブルなガス配管FGP内には、外気(大気)が入ることになるが、反応容器82は、蓋部822の吸排気ポート8221に取付けられているニードルバルブN1が閉の状態であるため、反応容器82内に外気が侵入することはない。
同様に、ニードルバルブN2も閉であるため、圧力調整タンク83内に、外気が侵入することもない。
By disconnecting the connection, outside air (atmosphere) enters the flexible gas pipe FGP. is in the closed state, external air does not enter the reaction container 82 .
Similarly, since the needle valve N2 is also closed, outside air does not enter the pressure regulation tank 83.
(Step2)
次に、取外した反応容器82を、グローブボックスボックス内に入れ、反応容器82内に粉砕工程で粉砕した粉砕対象物(具体的には、粉砕したマグネシウム)を収容する作業を行う(S2)。
(Step 2)
Next, the removed reaction container 82 is placed in the glove box, and the object to be crushed (specifically, crushed magnesium) crushed in the crushing step is accommodated in the reaction container 82 (S2).
具体的には、グローブボックス内で反応容器82のクランプ824を外し、反応容器本体821から蓋部822を取外し、反応容器本体821の上側の開口から粉砕したマグネシウムを反応容器本体821内に入れる。
続いて、反応容器本体821の上側の開口を塞ぐように蓋部822を設置するとともに、クランプ824を取付け、外気(大気)が反応容器82内に入らない密閉状態にする。
Specifically, the clamp 824 of the reaction vessel 82 is removed in the glove box, the lid 822 is removed from the reaction vessel main body 821, and crushed magnesium is introduced into the reaction vessel main body 821 through the upper opening of the reaction vessel main body 821.
Subsequently, a lid portion 822 is installed so as to close the upper opening of the reaction container main body 821, and a clamp 824 is attached so that the outside air (atmospheric air) does not enter the reaction container 82 and is sealed.
なお、このグローブボックス内で、粉砕したマグネシウムを反応容器82内に収容する作業の際、グローブボックス内をアルゴンガス雰囲気にしておけば、粉砕したマグネシウムを収容した反応容器82は、アルゴンガス封入状態になる。 In this glove box, when the pulverized magnesium is stored in the reaction vessel 82, if the inside of the glove box is set to an argon gas atmosphere, the reaction vessel 82 containing the pulverized magnesium is filled with argon gas. become.
同様に、このグローブボックス内で、粉砕したマグネシウムを反応容器82内に収容する作業の際、グローブボックス内を窒素ガス雰囲気にしておけば、粉砕したマグネシウムを収容した反応容器82は、窒素ガス封入状態になる。 Similarly, when the glove box is used to store the pulverized magnesium in the reaction vessel 82, if the inside of the glove box is kept in a nitrogen gas atmosphere, the reaction vessel 82 containing the pulverized magnesium is filled with nitrogen gas. become a state.
(Step3)
次に、粉砕したマグネシウムを収容した反応容器82を加熱炉8に、再び、取付ける(S3)。
具体的には、図5に示したように、反応容器本体821のフランジ部8211が断熱筐体811に支持されるように、グローブボックス内の雰囲気ガス封入状態の反応容器82を設置するとともに、蓋部822の吸排気ポート8221に取付けられているニードルバルブN1とフレキシブルなガス配管FGPを接続する。
(Step 3)
Next, the reaction vessel 82 containing the pulverized magnesium is attached again to the heating furnace 8 (S3).
Specifically, as shown in FIG. 5, the reaction vessel 82 in which the atmospheric gas is enclosed in the glove box is installed so that the flange portion 8211 of the reaction vessel main body 821 is supported by the heat insulating housing 811, The needle valve N1 attached to the intake/exhaust port 8221 of the lid portion 822 is connected to the flexible gas pipe FGP.
(Step4)
次に、フレキシブルなガス配管FGP中に混入している外気(大気)、圧力調整タンク83のアルゴンガス、及び、反応容器82内のガスを排気し、水素ガスの充填が可能な状態にするための真空引きを行う(S4)。
(Step 4)
Next, the outside air (atmosphere) mixed in the flexible gas pipe FGP, the argon gas in the pressure adjustment tank 83, and the gas in the reaction vessel 82 are evacuated to make it possible to fill with hydrogen gas. is vacuumed (S4).
まず、真空ポンプP2を駆動させ、排気ポートPT5に取付けられている開閉バルブOCB5を開にして圧力調整タンク83内のアルゴンガスの排気を始める。 First, the vacuum pump P2 is driven, the on-off valve OCB5 attached to the exhaust port PT5 is opened, and the argon gas in the pressure adjustment tank 83 is started to be exhausted.
続いて、ガス供給用ポートPT4に取付けられているニードルバルブN2を開にして、フレキシブルなガス配管FGP中に混入している外気(大気)の排気を行う。 Subsequently, the needle valve N2 attached to the gas supply port PT4 is opened to exhaust outside air (atmosphere) mixed in the flexible gas pipe FGP.
そして、フレキシブルなガス配管FGP中に混入している外気(大気)が完全に排出されるまで、この状態でしばらく、待つ。 Then, the operator waits in this state for a while until the outside air (atmosphere) mixed in the flexible gas pipe FGP is completely exhausted.
このように、十分に真空引きを行った後(例えば、数Paぐらいまで真空引きを行った後)、蓋部822の吸排気ポート8221に取付けられているニードルバルブN1を、ゆっくり回して開の状態にする。 After sufficiently evacuating in this way (for example, after evacuating to about several Pa), the needle valve N1 attached to the intake/exhaust port 8221 of the lid portion 822 is slowly turned to open. state.
なお、吸排気ポート8221に取付けられているニードルバルブN1を、ゆっくり回して開の状態にするのは、反応容器82内の粉砕したマグネシウムが吸引されないように緩やかに反応容器82内のガスの排気を行うためである。 The reason why the needle valve N1 attached to the intake/exhaust port 8221 is slowly turned to open is that the gas in the reaction vessel 82 is gently exhausted so that the pulverized magnesium in the reaction vessel 82 is not sucked. to do
(Step5)
反応容器82内が真空状態になったら、水素ガス雰囲気下で水素化が進む温度に、粉砕したマグネシウムを加熱する水素化処理を実施する(S5)。
(Step 5)
When the inside of the reaction vessel 82 becomes a vacuum state, a hydrogenation treatment is performed by heating the pulverized magnesium to a temperature at which hydrogenation proceeds in a hydrogen gas atmosphere (S5).
まず、実際に水素ガスを供給して水素化処理を行う前に、真空引きを続けたまま、加熱炉81のヒータ部812をONにして、粉砕したマグネシウムの加熱を開始する。
ヒータ部812の設定温度は、粉砕したマグネシウムの水素化を行うのに適した温度に加熱する時の温度でよい。
First, before hydrogen gas is actually supplied and hydrogenation treatment is performed, the heater part 812 of the heating furnace 81 is turned on while vacuuming is continued to start heating the pulverized magnesium.
The set temperature of the heater part 812 may be the temperature for heating to a temperature suitable for hydrogenating pulverized magnesium.
具体的には、水素化のための加熱温度は、水素ガスの圧力が90kPa程度(約0.9気圧)の場合、140℃未満になると急激に水素化の反応が遅くなっていくため、140℃以上にしておくことが望ましく、220℃±40℃程度の範囲が、比較的、水素化効率が良いため、第1実施形態では、ヒータ部812の設定温度は、粉砕したマグネシウムを220℃に加熱する温度に設定している。 Specifically, when the pressure of the hydrogen gas is about 90 kPa (about 0.9 atm), the heating temperature for hydrogenation is 140° C., because the hydrogenation reaction rapidly slows down below 140° C. Since the hydrogenation efficiency is relatively good in the range of about 220°C ± 40°C, in the first embodiment, the set temperature of the heater unit 812 is set to 220°C for the pulverized magnesium. Set the temperature to heat.
このように、加熱の開始を真空引き状態で行うことで、粉砕したマグネシウムの表面に付着している粉砕工程で添加した過剰な脂肪酸を除去し、その脂肪酸の影響で水素化効率が低下するのを防止できる。 In this way, by starting heating in a vacuum state, the excess fatty acid added in the grinding process adhering to the surface of the ground magnesium is removed, and the hydrogenation efficiency decreases due to the effect of the fatty acid. can be prevented.
ただし、脂肪酸の添加量が多くない場合は、このような真空引きを行いながら粉砕したマグネシウムを加熱する加熱処理を省略してもよい。
つまり、先に水素ガスの供給を行った後、加熱を開始するようにしてもよい。
However, if the amount of fatty acid added is not large, the heat treatment of heating the pulverized magnesium while vacuuming may be omitted.
That is, the heating may be started after the hydrogen gas is supplied first.
そして、次に、排気ポートPT5に取付けられている開閉バルブOCB5を閉にして、真空ポンプP2の駆動を停止した後、水素ガスの受入ポートPT2に取付けられている開閉バルブOCB2を開にして、シーケンサーPLCの圧力制御モードをスタートする。 Next, after closing the on-off valve OCB5 attached to the exhaust port PT5 and stopping the driving of the vacuum pump P2, the on-off valve OCB2 attached to the hydrogen gas receiving port PT2 is opened, Start the pressure control mode of the sequencer PLC.
第1実施形態では、水素ガスの圧力を約90kPa(約0.9気圧)に制御するようにしているため、制御する圧力の上下限を、それぞれ、下限89kPa、上限91kPaに設定しており、デジタル圧力計DPの出力値が91kPaになると、水素ガス用マスフローコントローラMFC-Hの駆動が停止し、水素ガスの供給が止まる。 In the first embodiment, the pressure of hydrogen gas is controlled to about 90 kPa (about 0.9 atmospheres), so the upper and lower limits of the pressure to be controlled are set to a lower limit of 89 kPa and an upper limit of 91 kPa, respectively. When the output value of the digital pressure gauge DP reaches 91 kPa, the driving of the hydrogen gas mass flow controller MFC-H is stopped, and the supply of hydrogen gas is stopped.
なお、水素化が進行するのに伴って、水素ガスが粉砕したマグネシウム中に取り込まれるため、圧力調整タンク83の圧力が下がり、デジタル圧力計DPの出力値が89kPaになる。 As the hydrogenation progresses, hydrogen gas is taken into the pulverized magnesium, so the pressure in the pressure regulation tank 83 decreases and the output value of the digital pressure gauge DP becomes 89 kPa.
そうすると、再び、水素ガス用マスフローコントローラMFC-Hが駆動し、デジタル圧力計DPの出力値が91kPaになるまで、水素ガスの供給が行われることになる。 Then, the hydrogen gas mass flow controller MFC-H is driven again, and hydrogen gas is supplied until the output value of the digital pressure gauge DP reaches 91 kPa.
このように、水素ガス雰囲気の圧力を約90kPaに維持しつつ、粉砕したマグネシウムを約220℃に加熱ながら所定の時間、水素化処理を行ったら、加熱炉81のヒータ部812をOFFにするとともに、シーケンサーPLCの圧力制御モードを終了し、水素化処理が終わる。 In this way, while maintaining the pressure of the hydrogen gas atmosphere at about 90 kPa, the pulverized magnesium is heated to about 220° C. and hydrogenation is performed for a predetermined time. , the pressure control mode of the sequencer PLC is terminated, and the hydrogenation process ends.
(Step6)
水素化処理が終わったら、水素化後の材料(水素化マグネシウム)の取り出しを行うが、圧力調整タンク83、並びに、反応容器82内には、水素ガスが充填されている状態であるため、まず、アルゴンガスの状態にガス置換を行う(S6)。
(Step 6)
After the hydrogenation process is completed, the hydrogenated material (magnesium hydride) is taken out. , argon gas is replaced (S6).
具体的には、水素ガスの受入ポートPT2に取付けられている開閉バルブOCB2を閉にした後、真空ポンプP2を駆動させるとともに、排気ポートPT5に取付けられている開閉バルブOCB5を開にする。 Specifically, after closing the open/close valve OCB2 attached to the hydrogen gas receiving port PT2, the vacuum pump P2 is driven and the open/close valve OCB5 attached to the exhaust port PT5 is opened.
そして、十分に真空引きを行った後、排気ポートPT5に取付けられている開閉バルブOCB5を閉にして、真空ポンプP2の駆動を止め、アルゴンガスの受入ポートPT3に取付けられている開閉バルブOCB3を開にして、大気圧に到達するまでアルゴンガスの供給を行う。 After the vacuum is sufficiently drawn, the open/close valve OCB5 attached to the exhaust port PT5 is closed to stop the vacuum pump P2, and the open/close valve OCB3 attached to the argon gas receiving port PT3 is closed. Open and supply argon gas until atmospheric pressure is reached.
圧力調整タンク83、並びに、反応容器82の圧力が大気圧に到達するまでアルゴンガスの充填が終わったら、アルゴンガスの供給を停止し、アルゴンガスの受入ポートPT3に取付けられている開閉バルブOCB3を閉にする。 When the argon gas filling is completed until the pressure of the pressure adjustment tank 83 and the reaction vessel 82 reaches the atmospheric pressure, the supply of argon gas is stopped, and the open/close valve OCB3 attached to the argon gas receiving port PT3 is closed. close.
また、この時に、反応容器82の蓋部822の吸排気ポート8221に取付けられているニードルバルブN1、及び、圧力調整タンク83のガス供給用ポートPT4に取付けられているニードルバルブN2を閉にし、ガス置換の作業を終了する。 At this time, the needle valve N1 attached to the intake/exhaust port 8221 of the lid 822 of the reaction vessel 82 and the needle valve N2 attached to the gas supply port PT4 of the pressure adjustment tank 83 are closed, Complete the gas replacement work.
(Step7)
ガス置換が終わったら最後に水素化後の材料である水素化マグネシウムの取り出しを行う(S7)。
水素化マグネシウムは、湿気に触れなければ、大気中でも比較的安定であるため、粉砕したマグネシウムを反応容器82に収容する時に使用したグローブボックス内で行う必要はない。
(Step 7)
When the gas replacement is finished, magnesium hydride, which is the material after hydrogenation, is taken out (S7).
Magnesium hydride is relatively stable even in the atmosphere unless it is exposed to moisture, so it is not necessary to carry out the reaction in the glove box used to store the pulverized magnesium in the reaction vessel 82 .
ただし、グローブボックス内で作業を行えば、湿気の極めて低い環境下で、水素化マグネシウムの取り出し作業が行えるため、窒素ガス、又は、アルゴンガス雰囲気にしたグローブボックス内で水素化マグネシウムを保管する気密瓶などに回収する作業を行ってもよい。 However, if you work in a glove box, you can take out magnesium hydride in an environment with extremely low humidity, so store magnesium hydride in a glove box with nitrogen gas or argon gas You may perform the operation|work which collects in a bottle etc.
このように、反応容器82からの水素化後の材料である水素化マグネシウムの取り出しが終わると、水素化工程が終了する。 Thus, when the magnesium hydride, which is the post-hydrogenation material, is removed from the reaction vessel 82, the hydrogenation step is completed.
ここで、水素化処理の水素ガス雰囲気、及び、加熱条件について、簡単に説明しておく。
図7は、熱力学計算で求めた水素化マグネシウムの分解生成境界線を示すグラフである。
なお、この分解生成境界線上の温度のことを分解生成境界温度と呼ぶ場合がある。
図7に示すグラフは、縦軸に水素ガス雰囲気の圧力(単位:Pa)、横軸に温度(単位:℃)を示し、各圧力で水素化マグネシウムの分解が始まる最も低い温度を求め、グラフ化したものである。
Here, the hydrogen gas atmosphere and heating conditions for the hydrogenation treatment will be briefly described.
FIG. 7 is a graph showing the boundary line of decomposition formation of magnesium hydride obtained by thermodynamic calculation.
Note that the temperature on the decomposition boundary line may be referred to as the decomposition boundary temperature.
In the graph shown in FIG. 7, the vertical axis indicates the pressure (unit: Pa) of the hydrogen gas atmosphere, and the horizontal axis indicates the temperature (unit: ° C.). It has become.
つまり、水素化マグネシウムの分解生成境界線BLを境に右側(高温側)では、水素化マグネシウムが分解してマグネシウムと水素ガスの状態になり、左側(低温側)では、水素化マグネシウムの分解が発生せず、マグネシウムと水素ガスが存在していれば水素化マグネシウムになる生成反応が進む領域である。 In other words, on the right side (high temperature side) of the decomposition production boundary line BL of magnesium hydride, magnesium hydride decomposes into a state of magnesium and hydrogen gas, and on the left side (low temperature side), decomposition of magnesium hydride occurs. This is the region in which the production reaction proceeds to form magnesium hydride if magnesium and hydrogen gas are present.
第1実施形態では、水素ガス雰囲気の圧力を約90kPaにしていることから、100000Paより若干低い圧力であり、水素化マグネシウムの分解生成境界線BL上の温度は、280℃前後になる。 In the first embodiment, the pressure of the hydrogen gas atmosphere is about 90 kPa, which is slightly lower than 100000 Pa, and the temperature on the boundary line BL for decomposition of magnesium hydride is around 280.degree.
しかし、実際の加熱温度は220℃程度であるから、水素化マグネシウムの分解生成境界線BL上の温度より60℃前後低い温度でよい。 However, since the actual heating temperature is about 220° C., the temperature may be about 60° C. lower than the temperature on the boundary line BL of decomposition formation of magnesium hydride.
このことから、例えば、グラフ上に点線で示す5atm(5気圧)の水素ガス雰囲気での処理であれば、水素化マグネシウムの分解生成境界線BL上の温度が約350℃であることから、実際の加熱温度は、300℃以下で良いと考えられる。 From this, for example, in the case of treatment in a hydrogen gas atmosphere of 5 atm (5 atmospheres) indicated by the dotted line on the graph, the temperature on the decomposition production boundary line BL of magnesium hydride is about 350 ° C. It is thought that the heating temperature of 300° C. or less may suffice.
一方、先行技術文献で示されるように、水素化マグネシウムの分解生成境界線BL上の温度より50℃程度高い温度での処理を実施しようとすると、5atm(5気圧)の水素ガス雰囲気での処理の場合、400℃以上の温度に加熱することになり、この場合、輻射熱が支配的になる。 On the other hand, as shown in the prior art document, if the treatment is performed at a temperature about 50° C. higher than the temperature on the decomposition production boundary line BL of magnesium hydride, treatment in a hydrogen gas atmosphere of 5 atm (5 atm) is required. In the case of , it is heated to a temperature of 400° C. or higher, and in this case, radiant heat becomes dominant.
そして、反応容器82には、一般的にステンレスなどの金属材料を使用することになるが、ステンレスなどを使用すると、輻射が反射されるため、熱の伝達効率が下がり、エネルギーロスが大きくなると考えられる。 A metal material such as stainless steel is generally used for the reaction vessel 82. However, if stainless steel or the like is used, radiation is reflected, which reduces heat transfer efficiency and increases energy loss. be done.
しかしながら、脂肪酸を添加してマグネシウムを粉砕する粉砕工程を実施することで、先行技術文献で示されるような水素化マグネシウムの分解生成境界線BL上の温度より50℃程度高い温度での処理を不要としても、十分に高い純度の水素化マグネシウムの製造が可能である。 However, by performing the pulverization step of adding fatty acid and pulverizing magnesium, it is unnecessary to treat at a temperature about 50 ° C. higher than the temperature on the decomposition production boundary line BL of magnesium hydride as shown in the prior art document. , it is possible to produce sufficiently high-purity magnesium hydride.
したがって、水素化工程での水素ガス雰囲気の圧力を5atm(5気圧)以下にすれば、輻射熱が支配的となる約400℃から100℃以上、低温帯での水素化処理が行え、エネルギー効率の良い水素化処理が実現できる。 Therefore, if the pressure of the hydrogen gas atmosphere in the hydrogenation step is set to 5 atm (5 atmospheres) or less, the hydrogenation treatment can be performed at a low temperature range of about 400° C. to 100° C. or more, where radiant heat is dominant, and energy efficiency is improved. Good hydrotreating can be realized.
さらに、5atm(5気圧)以下の比較的低い圧力での処理が可能なため、耐圧性能のために、反応容器82の厚みを厚くする必要がないことから熱の通りもよく、効率的に粉砕したマグネシウムを加熱することが可能となることから、この点でもエネルギー効率が良いと考えられる。 Furthermore, since it is possible to process at a relatively low pressure of 5 atm (5 atmospheres) or less, there is no need to increase the thickness of the reaction vessel 82 for pressure resistance performance, so heat is transmitted well and pulverization is efficient. Since it is possible to heat the magnesium that has been heated, the energy efficiency is considered to be good in this respect as well.
一方、熱力学計算上は、低温でも水素化マグネシウムが安定に存在できることになるが、熱力学計算には、反応速度のファクタがなく、マグネシウムの加熱温度が140℃を下回ると、マグネシウムへの水素ガスの吸収に起因する水素化工程で見られる圧力の減少が著しく遅くなる。 On the other hand, according to thermodynamic calculations, magnesium hydride can exist stably even at low temperatures, but there is no reaction rate factor in thermodynamic calculations. The decrease in pressure seen in the hydrogenation process due to absorption of gas is significantly slowed.
このため、水素化工程の水素化処理では、140℃以上の温度にマグネシウムを加熱することが好ましい。 For this reason, it is preferable to heat magnesium to a temperature of 140° C. or higher in the hydrogenation treatment of the hydrogenation step.
具体的には、図7のグラフに一点鎖線で示すラインが500Paであり、この場合、水素化マグネシウムの分解生成境界線BL上の温度は約150℃であるから、水素ガス雰囲気の圧力を500Pa以上にすれば、140℃の温度で水素化マグネシウムが分解することはない。 Specifically, the line indicated by the dashed-dotted line in the graph of FIG. By doing so, magnesium hydride will not decompose at a temperature of 140°C.
したがって、水素化工程の水素化処理は、500Pa以上、5気圧以下の水素ガス圧力下で、140℃以上、水素化マグネシウムの分解温度未満の温度に粉砕したマグネシウムを加熱して処理することが好ましく、そうすることで輻射熱の影響が強くなる400℃より100℃以上低い温度帯で処理ができるとともに、反応容器82の厚みを厚くする必要がないことから熱の通りもよく、エネルギー効率の良い処理ができる。 Therefore, in the hydrogenation step, it is preferable to heat the pulverized magnesium to a temperature of 140° C. or more and less than the decomposition temperature of magnesium hydride under a hydrogen gas pressure of 500 Pa or more and 5 atmospheres or less. By doing so, the treatment can be performed in a temperature range 100° C. or more lower than 400° C. where the influence of radiant heat is strong, and since there is no need to increase the thickness of the reaction vessel 82, the heat can pass through well and the treatment can be performed with good energy efficiency. can be done.
例えば、水素化工程の水素ガスの圧力が、0.2MPa未満の場合、法律上、定期点検すら必要がなく、また、水素化を促進する上では、高い圧力、例えば、30kPa(約0.3気圧)以上が良いことから、水素化工程の水素化処理は、30kPa以上、0.2MPa未満の水素ガス圧力下で粉砕したマグネシウムを加熱して水素化処理することがより好ましい。 For example, when the pressure of the hydrogen gas in the hydrogenation step is less than 0.2 MPa, even periodic inspection is not required legally, and in promoting hydrogenation, a high pressure, such as 30 kPa (about 0.3 Atmospheric pressure) or more is preferable, and the hydrogenation treatment in the hydrogenation step is more preferably performed by heating the pulverized magnesium under a hydrogen gas pressure of 30 kPa or more and less than 0.2 MPa.
次に、実施例1、及び、比較例1について説明する。
実施例1、及び、比較例1の粉砕工程では、どちらの場合も、粉砕条件として、粉砕容器4の内容積の1/3を占めるように5mmΦの高硬度ステンレス(SUS440C)製の剛球を入れ、同様に内容積の1/3を占めるように、平均粒子径180μmのマグネシウム70gを入れた。
Next, Example 1 and Comparative Example 1 will be described.
In the pulverization steps of Example 1 and Comparative Example 1, in both cases, as the pulverization condition, a hard ball made of high hardness stainless steel (SUS440C) having a diameter of 5 mm was inserted so as to occupy 1/3 of the internal volume of the pulverization container 4. , and 70 g of magnesium having an average particle size of 180 μm was added so as to occupy ⅓ of the internal volume.
また、粉砕容器4にマグネシウムを入れる際に、脂肪酸として、オクタデカン酸を入れ、脂肪酸を添加してマグネシウムを粉砕する粉砕工程となるようにした。 Further, when magnesium was put into the pulverizing container 4, octadecanoic acid was added as a fatty acid, and a pulverizing step was performed in which the fatty acid was added and the magnesium was pulverized.
具体的には、実施例1、及び、比較例1のどちらの場合も、マグネシウム(70g)とオクタデカン酸(3.684g)を粉砕容器4内に入れるようにし、マグネシウムとオクタデカン酸を合わせた総質量(73.684g)中の5質量%(wt%)のオクタデカン酸(脂肪酸)を入れ、総質量中の5質量%(wt%)のオクタデカン酸を添加してマグネシウムを粉砕する粉砕工程となるようにした。 Specifically, in both Example 1 and Comparative Example 1, magnesium (70 g) and octadecanoic acid (3.684 g) were placed in the crushing vessel 4, and the total amount of magnesium and octadecanoic acid combined was Add 5% by mass (wt%) of octadecanoic acid (fatty acid) in the mass (73.684 g), add 5% by mass (wt%) of octadecanoic acid in the total mass, and grind the magnesium. I made it
そして、粉砕機1の動作としては、実施例1、及び、比較例1のどちらの場合も、330rpmの回転速度で1時間稼働させ、1時間停止させる動作を24回行い、粉砕のために粉砕容器4が回転している時間が24時間になるようにした。 In both Example 1 and Comparative Example 1, the crusher 1 was operated at a rotational speed of 330 rpm for 1 hour and then stopped for 1 hour, which was performed 24 times for crushing. The rotation time of the container 4 was set to 24 hours.
なお、1時間稼働後に、1時間の停止を行っているのは、粉砕のための粉砕容器4の温度上昇を抑えるためであり、メーカーの推奨では100℃を超えないように使用することが推奨されている。 The reason why the operation is stopped for one hour after the operation for one hour is to suppress the temperature rise of the pulverizing container 4 for pulverization. It is
そして、実施例1では、粉砕容器4内にマグネシウム、脂肪酸、及び、剛球を入れる作業を、窒素ガス雰囲気としたグローボックス内で行うことで、粉砕容器4内の雰囲気を窒素ガスとし、粉砕工程が窒素ガスの雰囲気下で行われたものとした。 In Example 1, the work of putting magnesium, fatty acid, and hard spheres into the crushing container 4 was performed in a glove box with a nitrogen gas atmosphere, so that the atmosphere in the crushing container 4 was changed to nitrogen gas, and the crushing process was performed. was performed in an atmosphere of nitrogen gas.
なお、グローボックス内を窒素ガス雰囲気にするにあたっては、グローブボックスのガス受入ポートに、大気から純度99.9%の窒素ガスを生成する窒素発生器(株式会社日立産機システム製)で生成した窒素ガスを供給するようにし、グローブボックス内に設置している酸素濃度計の酸素濃度の表示が0%を表示している状態にし、その状態で粉砕容器4内にマグネシウム、脂肪酸、及び、剛球を入れる作業を行った。 In addition, when creating a nitrogen gas atmosphere in the glove box, a nitrogen generator (manufactured by Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd.) that generates nitrogen gas with a purity of 99.9% from the atmosphere was inserted into the gas receiving port of the glove box. Nitrogen gas is supplied, and the oxygen concentration display of the oxygen concentration meter installed in the glove box is set to display 0%. I did the work to put in.
そして、実施例1では、粉砕後に、粉砕したマグネシウムを気密瓶に回収する作業においても、窒素発生器からの窒素ガスで窒素ガス雰囲気にしたグローブボックス内で行うようにした。 In Example 1, the operation of collecting the pulverized magnesium in an airtight bottle after pulverization was also performed in a glove box in a nitrogen gas atmosphere with nitrogen gas from a nitrogen generator.
一方、比較例1では、粉砕容器4内にマグネシウム、脂肪酸、及び、剛球を入れる作業を、アルゴンガス雰囲気としたグローボックス内で行うことで、粉砕容器4内の雰囲気をアルゴンガスとし、粉砕工程がアルゴンガスの雰囲気下で行われたものとした。 On the other hand, in Comparative Example 1, the operation of putting magnesium, fatty acid, and rigid spheres into the grinding container 4 was performed in a glove box with an argon gas atmosphere, so that the atmosphere in the grinding container 4 was changed to argon gas, and the grinding process was performed. was performed under an argon gas atmosphere.
なお、グローボックス内をアルゴンガス雰囲気にするにあたっては、グローブボックスのガス受入ポートに、高純度アルゴンボンベからのアルゴンガスを供給するようにし、グローブボックス内に設置している酸素濃度計の酸素濃度の表示が0%を表示している状態にし、その状態で粉砕容器4内にマグネシウム、脂肪酸、及び、剛球を入れる作業を行った。 In order to create an argon gas atmosphere inside the glove box, the gas receiving port of the glove box is supplied with argon gas from a high-purity argon cylinder. displayed 0%, and in this state, magnesium, fatty acid, and rigid spheres were put into the crushing container 4 .
そして、比較例1では、粉砕後に、粉砕したマグネシウムを気密瓶に回収する作業においても、高純度アルゴンボンベからのアルゴンガスでアルゴンガス雰囲気にしたグローブボックス内で行うようにした。 In Comparative Example 1, the operation of collecting the pulverized magnesium in an airtight bottle after pulverization was also performed in a glove box in an argon gas atmosphere with argon gas from a high-purity argon cylinder.
続いて、先に説明した手順で、実施例1、及び、比較例1の粉砕したマグネシウムの水素化工程を行った。 Subsequently, the hydrogenation step of the pulverized magnesium of Example 1 and Comparative Example 1 was carried out according to the procedure described above.
ただし、実施例1では、粉砕したマグネシウムを気密瓶から水素化炉8の反応容器82に移し替える作業、つまり、気密瓶内の粉砕したマグネシウムを、水素化炉8の反応容器82内に収容する収容処理を、窒素ガス雰囲気としたグローブボックス内で行い、その収容する処理が窒素ガスの雰囲気下で行われたものとした。 However, in Example 1, the operation of transferring the pulverized magnesium from the airtight bottle to the reaction vessel 82 of the hydrogenation furnace 8, that is, the pulverized magnesium in the airtight bottle is accommodated in the reaction vessel 82 of the hydrogenation furnace 8. The containing process was performed in a glove box with a nitrogen gas atmosphere, and the containing process was performed under the nitrogen gas atmosphere.
一方、比較例1では、粉砕したマグネシウムを気密瓶から水素化炉8の反応容器82に移し替える作業、つまり、気密瓶内の粉砕したマグネシウムを水素化炉8の反応容器82内に収容する収容処理を、アルゴンガス雰囲気としたグローブボックス内で行い、その収容する処理がアルゴンガスの雰囲気下で行われたものとした。 On the other hand, in Comparative Example 1, the work of transferring the pulverized magnesium from the airtight bottle to the reaction vessel 82 of the hydrogenation furnace 8, that is, the accommodation of the pulverized magnesium in the airtight bottle into the reaction vessel 82 of the hydrogenation furnace 8 The processing was performed in a glove box set to an argon gas atmosphere, and the containing processing was performed under an argon gas atmosphere.
なお、具体的な水素化処理における条件は、実施例1、及び、比較例1のどちらも同じにしている。
具体的には、粉砕したマグネシウムの水素化に適した220℃に加熱するための温度設定で、真空引き状態のままヒータ部812をONにして、設定温度に到達するまでは、真空引きの状態を維持し、設定温度に到達したところで水素ガスの供給を行い、水素ガス雰囲気の圧力を約90kPa(約0.9気圧)に保つようにして4時間の加熱(水素化処理)を実施し、ヒータ部812をOFFにした後、室温まで冷却後、水素化後のマグネシウムの取り出しを行った。
Note that the specific conditions for the hydrogenation treatment are the same in both Example 1 and Comparative Example 1.
Specifically, at a temperature setting for heating to 220° C. suitable for hydrogenation of pulverized magnesium, the heater part 812 is turned on while in a vacuumed state, and the vacuumed state is maintained until the set temperature is reached. is maintained, hydrogen gas is supplied when the set temperature is reached, and the pressure of the hydrogen gas atmosphere is kept at about 90 kPa (about 0.9 atm) to perform heating (hydrogenation) for 4 hours, After the heater part 812 was turned off, after cooling to room temperature, hydrogenated magnesium was taken out.
そして、上記の説明からわかるように、実施例1は、粉砕工程から水素化工程の終了まで粉砕したマグネシウムが窒素ガス、及び、水素ガスにしか触れておらず、比較例1は、粉砕工程から水素化工程の終了まで粉砕したマグネシウムがアルゴンガス、及び、水素ガスにしか触れていない。 As can be seen from the above description, in Example 1, the pulverized magnesium from the pulverization step to the end of the hydrogenation step was in contact with only nitrogen gas and hydrogen gas, and in Comparative Example 1, from the pulverization step Until the end of the hydrogenation process, the pulverized magnesium was exposed only to argon gas and hydrogen gas.
したがって、実施例1、及び、比較例1のどちらの場合も、粉砕工程から水素化工程の終了に至るまで、大気に触れることがないように取扱われ、粉砕したマグネシウムが、水素化工程の終了まで、酸素に触れさせないようにされており、粉砕工程により高めたマグネシウムの反応性が大気(主に酸素)の影響で劣化しないようにしている。 Therefore, in both Example 1 and Comparative Example 1, from the pulverization step to the end of the hydrogenation step, it was handled so as not to be exposed to the atmosphere, and the pulverized magnesium was Until then, it is kept out of contact with oxygen, so that the reactivity of magnesium, which has been enhanced by the pulverization process, is not degraded by the influence of the atmosphere (mainly oxygen).
続いて、実施例1、及び、比較例1の水素化後の粉砕したマグネシウムを、それぞれ、X線回折装置(XRD装置)にかけ水素化率、つまり、水素化後の粉砕したマグネシウムに占める水素化マグネシウムの含有量を求めた結果、実施例1の平均水素化率は22.8質量%(wt%)であり、比較例1の平均水素化率は7.6質量%(wt%)であった。 Subsequently, the pulverized magnesium after hydrogenation of Example 1 and Comparative Example 1 was each subjected to an X-ray diffractometer (XRD device), and the hydrogenation rate, that is, the hydrogenation rate in the pulverized magnesium after hydrogenation As a result of determining the content of magnesium, the average hydrogenation rate of Example 1 was 22.8% by mass (wt%), and the average hydrogenation rate of Comparative Example 1 was 7.6% by mass (wt%). Ta.
なお、平均水素化率とは、粉砕したマグネシウム中には、粒径の大小のばらつきが含まれており、水素化効率は粒径依存性があると考えられることから、粒径の小さいものほど水素化が進むと考えられるが、ふるい分けなどを行うことなく、粒径の大小のばらつきを含んだままの平均的な水素化率であること意味している。 In addition, the average hydrogenation rate is the particle size variation in pulverized magnesium, and the hydrogenation efficiency is considered to depend on the particle size. Although hydrogenation is considered to progress, it means that the hydrogenation rate is an average hydrogenation rate that includes variation in particle size without performing sieving or the like.
そして、水素化反応は、粉砕したマグネシウムの表面から中心に向かって進行すると考えられることから、実施例1の結果は、粉砕したマグネシウム全体を見た時に、表面から22.8質量%(wt%)の水素化率が達成できる深さまで水素化が進行したものと考えられる。 Since the hydrogenation reaction is thought to proceed from the surface of the pulverized magnesium toward the center, the result of Example 1 was 22.8% by mass (wt%) from the surface of the entire pulverized magnesium. ) is thought to have progressed to a depth at which the hydrogenation rate of ) can be achieved.
したがって、その進行した深さの2倍程度の直径の粒子までマグネシウムを微粒化、具体的には、マグネシウムの粒子径(平均粒子径)を実施例1の粉砕したマグネシウムの約1/13まで小さくすれば、実施例1と同じ水素化条件で、100質量%(wt%)に近い水素化マグネシウムが得られることが予想される。 Therefore, the magnesium is atomized to particles having a diameter about twice as deep as the progressed depth, specifically, the particle size (average particle size) of magnesium is reduced to about 1/13 of the pulverized magnesium in Example 1 Then, under the same hydrogenation conditions as in Example 1, it is expected that nearly 100% by mass (wt %) of magnesium hydride will be obtained.
例えば、遊星型ボールミル装置では、粉砕を促進するための剛球の直径が大きい方が、粉砕速度が速い一方、粉砕で達成される限界粒子径が大きくなり、逆に、剛球の直径が小さいほど、粉砕速度は遅いものの、粉砕で達成される限界粒子径が小さくなる。
このことから、直径が小さい剛球を用いた追加粉砕を行うようにすることで、さらに、高い水素化率を得ると考えられる。
For example, in a planetary ball mill, the larger the diameter of the hard spheres for promoting pulverization, the faster the pulverization speed and the larger the critical particle size achieved in pulverization. Although the pulverization speed is slow, the critical particle size achieved by pulverization is small.
From this, it is considered that a higher hydrogenation rate can be obtained by performing additional pulverization using rigid spheres with a small diameter.
そして、一般的には、マグネシウムの表面に窒化膜、酸化膜が存在することで、水素化が起き難くなるといわれているが、上記の結果から、マグネシウムを粉砕する粉砕工程を窒素発生器で発生させた窒素ガスの雰囲気下で行っても水素化効率が劣化することはなく、それどころか、驚くことに、アルゴンガス中で粉砕処理を行った場合より、水素化効率が良い結果が得られた。 In general, it is said that the presence of a nitride film or an oxide film on the surface of magnesium makes it difficult for hydrogenation to occur. The hydrogenation efficiency did not deteriorate even when the hydrogenation was carried out in an atmosphere of nitrogen gas, and surprisingly, the hydrogenation efficiency was better than that of pulverization in argon gas.
なお、窒素発生器で窒素ガスを発生させる方が、ガスボンベで窒素ガスを購入して使用するより安価で済む。
したがって、粉砕機等の大型化などで窒素ガスの使用量が多くなる時に、大幅なランニングコストの低減が行えるので、窒素ガスの使用にあたっては、窒素発生器で発生させた窒素ガスを用いるのが好ましい。
It should be noted that generating nitrogen gas with a nitrogen generator is cheaper than purchasing and using nitrogen gas in a gas cylinder.
Therefore, when the amount of nitrogen gas used increases due to the size of the pulverizer, etc., the running cost can be greatly reduced, so when using nitrogen gas, it is recommended to use nitrogen gas generated by a nitrogen generator preferable.
また、実施例1では、粉砕したマグネシウムを水素化炉8の反応容器82内に収容する収容処理も、窒素ガスの雰囲気下で行われたものとしており、窒素ガスの雰囲気下で、このような作業を行っても水素化効率が劣化することがない。 Further, in Example 1, the accommodation process of accommodating the pulverized magnesium in the reaction vessel 82 of the hydrogenation furnace 8 was also performed under a nitrogen gas atmosphere. The hydrogenation efficiency does not deteriorate even if the work is performed.
次に、粉砕工程で添加する脂肪酸の添加量を増やした実施例2について説明する。
実施例2でも脂肪酸として、オクタデカン酸を用い、使用したマグネシウムも実施例1と同じである。
Next, Example 2 in which the amount of fatty acid added in the pulverization step is increased will be described.
In Example 2, octadecanoic acid was used as the fatty acid, and the magnesium used was the same as in Example 1.
そして、実施例2では、マグネシウム(70g)とオクタデカン酸(6.923g)を粉砕容器4内に入れるようにすることで、マグネシウムとオクタデカン酸を合わせた総質量(76.923g)中の9質量%(wt%)のオクタデカン酸を添加してマグネシウムを粉砕する粉砕工程とした。 In Example 2, by putting magnesium (70 g) and octadecanoic acid (6.923 g) into the crushing vessel 4, 9 masses out of the total mass (76.923 g) of magnesium and octadecanoic acid % (wt %) of octadecanoic acid was added to grind the magnesium.
なお、実施例2は、実施例1と比較して、脂肪酸の添加量が異なるだけであり、その他は、実施例1と同じである。 In addition, Example 2 is the same as Example 1 except that the amount of fatty acid added is different from Example 1.
つまり、実施例2は、粉砕工程から水素化工程に至るまで、脂肪酸の添加量が異なるだけで、その他は、全て実施例1と同じにしている。 In other words, Example 2 is the same as Example 1 except that the addition amount of fatty acid is different from the pulverization step to the hydrogenation step.
そして、実施例2の水素化後の粉砕したマグネシウムを、X線回折装置(XRD装置)にかけ水素化率、つまり、水素化後の粉砕したマグネシウムに占める水素化マグネシウムの含有量を求めた結果、平均水素化率は54.2質量%(wt%)であり、脂肪酸の添加量を増やしたことで、実施例1よりも、さらに、高い水素化率を得ることができた。 Then, the pulverized magnesium after hydrogenation in Example 2 was subjected to an X-ray diffraction device (XRD device) to determine the hydrogenation rate, that is, the content of magnesium hydride in the pulverized magnesium after hydrogenation. The average hydrogenation rate was 54.2 mass % (wt%), and by increasing the amount of fatty acid added, a higher hydrogenation rate than in Example 1 was able to be obtained.
このように、粉砕工程で添加する脂肪酸の添加量を増やすと、粉砕したマグネシウムの反応性が大幅に向上するが、過剰に添加すると水素化処理での真空加熱で有機化合物の膜を除去するのに掛かる時間が長くなると推察される。 In this way, increasing the amount of fatty acid added in the pulverization process greatly improves the reactivity of the pulverized magnesium. is assumed to take longer.
また、脂肪酸は、粉砕時の温度で液状化するが過剰に添加すると、その液状化した脂肪酸が粉砕時の摩擦抵抗を下げる潤滑液の役目を果たし、粉砕速度が低下する恐れもある。 In addition, although fatty acids liquefy at the temperature during pulverization, if excessively added, the liquefied fatty acids act as a lubricating liquid that reduces the frictional resistance during pulverization, and there is a risk that the pulverization speed will decrease.
したがって、脂肪酸の添加量としては、マグネシウムと脂肪酸を合わせた総質量中の15質量%以下に留めるのがよく、さらには、14質量%以下に留めるのが良い。 Therefore, the amount of fatty acid to be added is preferably 15% by mass or less, more preferably 14% by mass or less, of the total mass of magnesium and fatty acid.
一方、脂肪酸には、粉砕過程で粉砕したマグネシウム同士が凝集するのを抑える効果もあることから、粉砕工程では、少なくともマグネシウムと脂肪酸を合わせた総質量中の3質量%以上の脂肪酸を添加するのが良い。 On the other hand, fatty acids have the effect of suppressing the aggregation of magnesium that has been pulverized during the pulverization process. is good.
また、実施例1、及び、実施例2を見れば、粉砕工程で添加する脂肪酸の添加量を多くすると水素化率が良くなることから、粉砕工程では、マグネシウムと脂肪酸を合わせた総質量中の4質量%以上の脂肪酸を添加するのが良く、さらには、5質量%以上、6質量%以上、7質量%以上、8質量%以上、9質量%以上、10質量%以上の順に、添加量が多いことが好ましい。 Also, looking at Example 1 and Example 2, since the hydrogenation rate improves when the amount of fatty acid added in the pulverization process is increased, in the pulverization process, the total mass of magnesium and fatty acid It is preferable to add 4% by mass or more of fatty acid, and the amount added is 5% by mass or more, 6% by mass or more, 7% by mass or more, 8% by mass or more, 9% by mass or more, and 10% by mass or more. It is preferable that there are many.
以上、具体的な実施形態の説明を行ってきたが、本発明は具体的な実施形態に限定されるものではない。
上記では、粉砕機1にボールミル装置を用いた場合で説明したが、例えば、アシザワファインテック株式会社、日本コークス工業株式会社などの大量粉砕を目的とした連続処理可能なビーズミル装置を粉砕機1に用いるようにしてもよい。
Although specific embodiments have been described above, the present invention is not limited to specific embodiments.
In the above, the case where a ball mill device is used for the pulverizer 1 is explained, but for example, a bead mill device capable of continuous processing for the purpose of large-scale pulverization such as Ashizawa Fine Tech Co., Ltd., Nippon Coke Industry Co., Ltd. is used as the pulverizer 1. may be used.
そして、連続処理可能なビーズミル装置は、当然、粉砕紛が外部に飛散しないための、気密構造を有しているものの、完全な密閉構造にはなっていないため、水素化効率を高めるための窒素ガスの使用だけでなく、反応性を高めた粉砕マグネシウムの反応性低下を抑制するために、粉砕部や粉砕紛回収部への外気(主に大気中の酸素)侵入を抑制する意味でも、大量の窒素ガスを供給する必要があり、このような場合に、窒素発生器で発生させた窒素ガスを用いると大幅なランニングコストの低減が行える。 A bead mill capable of continuous processing naturally has an airtight structure to prevent the pulverized powder from scattering outside, but it is not a completely sealed structure. In addition to the use of gas, in order to suppress the decrease in reactivity of pulverized magnesium that has increased reactivity, a large amount of air (mainly oxygen in the atmosphere) is suppressed from entering the pulverizing section and pulverized powder collecting section. of nitrogen gas must be supplied, and in such a case, if the nitrogen gas generated by the nitrogen generator is used, the running cost can be greatly reduced.
このように、本発明は具体的な実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。 As described above, the present invention is not limited to specific embodiments, and appropriately modified and improved versions are also included in the technical scope of the present invention. It is clear from the description of the claims.
1 粉砕機
2 粉砕機本体
21 条件入力部
22 非常停止ボタン
3 フード
4 粉砕容器
41 粉砕容器本体
411 溝部
412 ネジ螺合穴
42 蓋部
421 貫通穴
5 Oリング
8 水素化炉
81 加熱炉
811 断熱筐体
812 ヒータ部
82 反応容器
821 反応容器本体
8211 フランジ部
822 蓋部
8221 吸排気ポート
823 Oリング
824 クランプ
83 圧力調整タンク
B1 高圧ガスボンベ
B2 水素ガスボンベ
B3 アルゴンガスボンベ
BL 分解生成境界線
DP デジタル圧力計
FGP ガス配管
MFC-A アルゴンガス用マスフローコントローラ
MFC-H 水素ガス用マスフローコントローラ
N、N1、N2 ニードルバルブ
OCB2、OCB3、OCB5 開閉バルブ
P1、P2 真空ポンプ
PLC シーケンサー
PT1 取付ポート
PT2 受入ポート
PT3 受入ポート
PT4 ガス供給用ポート
PT5 排気ポート
1 Crusher 2 Crusher main body 21 Condition input unit 22 Emergency stop button 3 Hood 4 Crushing container 41 Crushing container main body 411 Groove 412 Threaded hole 42 Lid 421 Through hole 5 O-ring 8 Hydrogenation furnace 81 Heating furnace 811 Thermal insulation housing Body 812 Heater 82 Reaction vessel 821 Reaction vessel main body 8211 Flange 822 Lid 8221 Intake/exhaust port 823 O-ring 824 Clamp 83 Pressure adjustment tank B1 High-pressure gas cylinder B2 Hydrogen gas cylinder B3 Argon gas cylinder BL Decomposition boundary line DP Digital pressure gauge FGP Gas Piping MFC-A Argon gas mass flow controller MFC-H Hydrogen gas mass flow controller N, N1, N2 Needle valves OCB2, OCB3, OCB5 Open/close valves P1, P2 Vacuum pump PLC Sequencer PT1 Mounting port PT2 Receiving port PT3 Receiving port PT4 Gas supply port PT5 Exhaust port
Claims (3)
脂肪酸を添加してマグネシウムを粉砕する粉砕工程と、
5気圧以下の圧力に保つように、水素ガスが供給される反応容器内で、粉砕した前記マグネシウムを、140℃以上、水素化マグネシウムの分解温度未満の温度に加熱して、水素化する水素化工程と、を備え、
前記粉砕工程が、窒素ガスの雰囲気下で行われ、
粉砕した前記マグネシウムは、前記水素化工程の終了まで、酸素に触れさせないことを特徴とする水素化マグネシウムの製造方法。 A method for producing magnesium hydride,
A pulverizing step of adding fatty acid to pulverize magnesium;
Hydrogenation in which the pulverized magnesium is heated to a temperature of 140 ° C. or more and less than the decomposition temperature of magnesium hydride in a reaction vessel to which hydrogen gas is supplied so as to maintain the pressure at 5 atmospheres or less. comprising a process and
The pulverization step is performed in an atmosphere of nitrogen gas,
A method for producing magnesium hydride, wherein the pulverized magnesium is not exposed to oxygen until the completion of the hydrogenation step.
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