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公開番号2025127931
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-02
出願番号2024024937
出願日2024-02-21
発明の名称酸素化合物ガスの分解方法およびガス分解装置
出願人JFEスチール株式会社,国立大学法人九州大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C25B 1/04 20210101AFI20250826BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】酸素化合物ガスに硫黄化合物が含まれる場合に、脱硫処理を行わなくとも、酸素化合物ガスを高い変換効率で電気分解することができ、かつ、電解性能の劣化を抑止することができる、酸素化合物ガスの分解方法を提供する。
【解決手段】電気分解用の積層体において、カソード触媒層を、ペロブスカイト型酸化物、または、ペロブスカイト型酸化物およびスピネル型酸化物とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸素化合物ガスの分解方法であって、
前記酸素化合物ガスの分解方法は、
電解質層と、アノード触媒層と、カソード触媒層と、をそなえる積層体に、原料ガスである酸素化合物ガスを供給する、供給ステップと、
前記積層体に電圧を印加し、前記酸素化合物ガスから、電気分解により、Ｏ
２
と、ＣＯを含有する副生ガスと、を発生させる、電気分解ステップと、
前記Ｏ
２
を回収する、酸素回収ステップと、
前記副生ガスを回収する、副生ガス回収ステップと、
をそなえ、
前記酸素化合物ガスは、ＣＯ
２
と硫黄化合物とを含有し、
前記積層体は、前記電解質層を、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層とにより挟み込む構造であり、
前記カソード触媒層は、
ペロブスカイト型酸化物、または、
ペロブスカイト型酸化物およびスピネル型酸化物、
である、酸素化合物ガスの分解方法。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記カソード触媒層における、前記スピネル型酸化物の含有量が１０質量％以上である、請求項１に記載の酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項３】
前記カソード触媒層における、前記ペロブスカイト型酸化物の含有量が４０～６０質量％であり、前記スピネル型酸化物の含有量が４０～６０質量％である、請求項１に記載の酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項４】
前記ペロブスカイト型酸化物がＬａ
α
Ｓｒ
β
Ｆｅ
γ
Ｍｎ
δ
Ｏ
３
であり、
前記スピネル型酸化物がＣｕＦｅ
２
Ｏ
４
である、請求項１に記載の酸素化合物ガスの分解方法。
ここで、α、β、γおよびδは０～１、α＋βは１、γ＋δは１である。
【請求項５】
前記ペロブスカイト型酸化物がＬａ
α
Ｓｒ
β
Ｆｅ
γ
Ｍｎ
δ
Ｏ
３
であり、
前記スピネル型酸化物がＣｕＦｅ
２
Ｏ
４
である、請求項２に記載の酸素化合物ガスの分解方法。
ここで、α、β、γおよびδは０～１、α＋βは１、γ＋δは１である。
【請求項６】
前記ペロブスカイト型酸化物がＬａ
α
Ｓｒ
β
Ｆｅ
γ
Ｍｎ
δ
Ｏ
３
であり、
前記スピネル型酸化物がＣｕＦｅ
２
Ｏ
４
である、請求項３に記載の酸素化合物ガスの分解方法。
ここで、α、β、γおよびδは０～１、α＋βは１、γ＋δは１である。
【請求項７】
前記電解質層および前記アノード触媒層が、ペロブスカイト型酸化物を含有する、請求項１～６のいずれかに記載の酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項８】
前記原料ガスの供給温度が１００℃以上８００℃以下である、請求項１～６のいずれかに記載の酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項９】
前記電気分解ステップでの印加電圧が０．６Ｖ以上２．０Ｖ以下である、請求項１～６のいずれかに記載の酸素化合物ガスの分解方法。
【請求項１０】
ガス分解装置であって、
前記ガス分解装置は、
原料ガスである酸素化合物ガスを供給する、原料ガス供給部と、
前記原料ガス供給部から供給される前記酸素化合物ガスから、電気分解により、Ｏ
２
と、ＣＯを含有する副生ガスと、を発生させる、電気分解部と、
前記Ｏ
２
を回収する、酸素回収部と、
前記副生ガスを回収する、副生ガス回収部と、
をそなえ、
前記酸素化合物ガスは、ＣＯ
２
と硫黄化合物とを含有し、
前記電気分解部は、電解質層と、アノード触媒層と、カソード触媒層と、をそなえる積層体を有し、
前記積層体は、前記電解質層を、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層とにより挟み込む構造であり、
前記カソード触媒層は、
ペロブスカイト型酸化物、または、
ペロブスカイト型酸化物およびスピネル型酸化物、
である、ガス分解装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素化合物ガスの分解方法およびガス分解装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
世界的な地球温暖化の影響により、酸素化合物ガス、特に二酸化炭素（ＣＯ
２
）の排出量削減が急務である。ＣＯ
２
の排出量を削減する手法の一つとして、ＣＣＳ（ＣＯ
２
ＣａｐｔｕｒｅａｎｄＳｔｏｒａｇｅ、二酸化炭素の回収・（地中）貯留技術）が検討されている。しかし、ＣＣＳでは、ＣＯ
２
の長期貯留に対する安全性や適切な土地の選択などの懸念が多く、ＣＯ
２
の排出量削減のための抜本的な解決策とはなっていない。
【０００３】
ＣＯ
２
の排出量を削減する別の手法として、ＣＣＵ（ＣＯ
２
ＣａｐｔｕｒｅａｎｄＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ、二酸化炭素の有効利用技術）が検討されている。なかでも、ＣＯ
２
の電気分解技術（以下、電解技術ともいう）が注目されている。特に、太陽光発電を主とした再生可能エネルギーの増加により、余剰電力が生じる場合がある。このような余剰電力の有効利用を視野に入れて、電解技術による電力貯蔵も期待されている。
【０００４】
また、ＣＯ
２
の電気分解により発生する一酸化炭素（ＣＯ）は、例えば、製鉄所内でのエネルギーやメタノール等の化学品原料として利用することが可能である。特に、製鉄所における鉄鋼の生産では、高炉プロセスを使用する。この高炉プロセスでは、鉄鉱石を石炭によって還元する。そのため、ＣＯ
２
が不可避的に発生する。また、製鉄所などでは、ＣＯに加え、水素（Ｈ
２
）も原料として使用する。そのため、酸素化合物ガス、特に、ＣＯ
２
、さらにはＣＯ
２
に加えて水蒸気（Ｈ
２
Ｏ）を含有するガスの電解技術の確立が、非常に重要である。
【０００５】
このような電解技術として、例えば、特許文献１および２には、カソード触媒層（燃料極）にＮｉを含有する電極（以下、Ｎｉ含有電極ともいう）を用いた電気分解用の積層体（セル）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５９１０５３９号
特許第５６３７６５２号
特許第５７３８９８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、酸素化合物ガス、例えば、製鉄プロセスにおいて高炉で副次的に発生するガス（以下、高炉ガスともいう）などには、高濃度の硫黄化合物が含まれる場合がある。ここで、硫黄化合物は、硫黄原子をその一部に有する気体状の化合物である。このような硫黄化合物としては、例えば、二酸化硫黄（ＳＯ
２
）などの硫黄酸化物（ＳＯ
ｘ
）や硫化水素（Ｈ
２
Ｓ）が挙げられる。
【０００８】
このような硫黄化合物が含まれる酸素化合物ガスに対して、特許文献１および２に開示される電気分解用の積層体を用いて電気分解すると、電解性能が著しく低下する。
【０００９】
そのため、硫黄化合物が含まれる酸素化合物ガスの電気分解では、例えば、特許文献３に開示されるように、電気分解プロセスの前工程として脱硫処理（水素化脱硫）を行うことが必要となる。
【００１０】
しかし、脱硫処理を行うと、プロセスコストの増加につながる。そのため、酸素化合物ガスに硫黄化合物が含まれる場合に、脱硫処理を行わなくとも、酸素化合物ガスを高い変換効率で電気分解することができ、かつ、電解性能の劣化を抑止することができる、酸素化合物ガスの分解方法の開発が要望されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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