ITRM20100066U1

ITRM20100066U1 - "COMPACT METALLIC MEMBRANE DEVICE FOR THE PRODUCTION OF GASEOUS FLUIDS".

Info

Publication number: ITRM20100066U1
Authority: IT
Inventors: Angelo Basile; Livio Bettinali; Fabio Borgognoni; Fabrizio Marini; Alessia Santucci; Silvano Tosti
Original assignee: Bettinali Livio 17; Enea Agenzia Naz Per Le Nuo Ve Tecnologie
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-10-27

Description

DISPOSITIVO COMPATTO A MEMBRANA METALLICA PER LA PRODUZIONE DI FLUIDI GASSOSI; COMPACT DEVICE WITH METALLIC MEMBRANE FOR THE PRODUCTION OF GASEOUS FLUIDS;

Settore tecnico Technical field

Il presente trovato riguarda un dispositivo a membrana metallica di permeazione per la produzione di fluidi gassosi ed in particolare di idrogeno ultrapuro (100 %). The present invention relates to a metal permeation membrane device for the production of gaseous fluids and in particular of ultra-pure hydrogen (100%).

Più in particolare oggetto del trovato è un dispositivo compatto per la separazione di idrogeno che utilizza membrane di permeazione preferibilmente in lega di palladio. More particularly, the object of the invention is a compact device for the separation of hydrogen which uses permeation membranes preferably made of palladium alloy.

Stato della tecnica State of the art

Allo stato attuale è noto l’utilizzo di dispositivi comprendenti membrane metalliche dense in lega di palladio costituite da una singola lamina o da un singolo tubo a parete sottile. At present it is known the use of devices comprising dense metal membranes in palladium alloy consisting of a single sheet or a single thin-walled tube.

In questi noti dispositivi la differenza di pressione parziale di idrogeno a monte ed a valle della membrana (gradiente di pressione transmembrana) è la forza operativa del processo di trasferimento di materia (permeazione) durante il quale la membrana effettua la separazione dell’idrogeno contenuto in miscele gassose alimentate a monte della membrana e che attraversa selettivamente la parete metallica densa (i.e. priva di difetti) per essere raccolto a valle della membrana, ad esempio nel mantello tubolare del dispositivo in caso di membrana tubolare. In these known devices, the partial pressure difference of hydrogen upstream and downstream of the membrane (transmembrane pressure gradient) is the operating force of the material transfer process (permeation) during which the membrane separates the hydrogen contained in gaseous mixtures fed upstream of the membrane and which selectively cross the dense metal wall (i.e. without defects) to be collected downstream of the membrane, for example in the tubular jacket of the device in the case of a tubular membrane.

Per la raccolta dell’idrogeno permeato è generalmente utilizzato un gas di lavaggio, mentre la corrente in uscita dalla membrana tubolare (retentato) è costituita dalla miscela di alimentazione privata dell'idrogeno permeato. A scrubbing gas is generally used for the collection of permeated hydrogen, while the current leaving the tubular membrane (retentate) is made up of the supply mixture deprived of the permeate hydrogen.

Per applicazioni che richiedono portate di idrogeno puro maggiori (fino a qualche L/min) possono essere realizzati dispositivi che prevedono l'impiego di più tubi permeatori in parallelo (fascio tubiero). For applications that require higher flow rates of pure hydrogen (up to a few L / min), devices can be made that require the use of several permeator tubes in parallel (tube bundle).

Queste note soluzioni si prestano tuttavia ad applicazioni di tipo sperimentale con piccole portate gassose di idrogeno puro (fino a 100-200 cm3/min) e sono poco adatte nel caso di portate di idrogeno maggiori e nel caso di applicazioni nelle quali le dimensioni ed il peso del dispositivo per la produzione di idrogeno devono essere minimizzati (ad esempio applicazioni veicolari). However, these known solutions are suitable for experimental applications with small gaseous flow rates of pure hydrogen (up to 100-200 cm3 / min) and are not very suitable in the case of higher hydrogen flow rates and in the case of applications in which the dimensions and weight of the hydrogen production device must be minimized (e.g. vehicular applications).

Scopo del trovato Purpose of the finding

Forma pertanto un primo scopo del presente trovato la realizzazione di un dispositivo a membrana metallica di permeazione per la produzione di idrogeno puro, che risulti di efficienza elevata e di struttura compatta e modulabile per ottenere portate di idrogeno scalabili. Therefore, a first object of the present invention is to provide a metal permeation membrane device for the production of pure hydrogen, which is highly efficient and has a compact and modular structure to obtain scalable hydrogen flow rates.

Sommario del trovato Summary of the finding

A tali scopi si è pervenuti con un dispositivo a membrana metallica di permeazione per la produzione di idrogeno puro secondo almeno una delle rivendicazioni allegate. These purposes have been achieved with a metal permeation membrane device for the production of pure hydrogen according to at least one of the attached claims.

In particolare, il dispositivo del trovato comprende una serie di membrane dense a parete sottile (preferibilmente fogli metallici in lega di palladio) ed è pertanto in grado di separare idrogeno con flussi di permeazione anche elevati. In particular, the device of the invention comprises a series of dense thin-walled membranes (preferably metal sheets in palladium alloy) and is therefore capable of separating hydrogen with even high permeation flows.

I fogli metallici sono tenuti insieme mediante l'applicazione di cornici metalliche in modo da creare un flusso di una miscela gassosa di alimentazione attraverso le intercapedini o camere che si formano tra le membrane e che consentono la raccolta dell’idrogeno e la rimozione del retentato. The metal sheets are held together by applying metal frames in order to create a flow of a gaseous feed mixture through the cavities or chambers that are formed between the membranes and which allow the collection of hydrogen and the removal of the retentate.

I vantaggi ottenuti consistono essenzialmente nel fatto di poter ottenere la produzione di idrogeno ultrapuro all'interno di un dispositivo compatto di ridotte dimensioni con una elevata area di contatto tra il flusso della miscela gassosa e la superficie della membrana metallica. The advantages obtained essentially consist in the fact of being able to obtain the production of ultrapure hydrogen inside a compact device of reduced dimensions with a high contact area between the flow of the gaseous mixture and the surface of the metal membrane.

Un ulteriore vantaggio consiste nella scalabilità del dispositivo per ottenere produzioni maggiori di idrogeno. Un ancora ulteriore vantaggio è dato dalla semplicità costruttiva. A further advantage consists in the scalability of the device to obtain higher hydrogen productions. A still further advantage is given by the constructive simplicity.

Lista dei Disegni List of Drawings

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati qual esempio non limitativo, nei quali: These and further advantages will be better understood by every person skilled in the art from the following description and the attached drawings, given as a non-limiting example, in which:

- la fig.1 mostra un possibile esempio di realizzazione del dispositivo del trovato in configurazione esplosa; Fig. 1 shows a possible example of embodiment of the device of the invention in an exploded configuration;

- la fig.2 mostra il dispositivo di fig.1 in configurazione assemblata; - fig.2 shows the device of fig.1 in assembled configuration;

- l a fig. 3 mostra le sezioni I-I e II-II del dispositivo di fig.1 comprendente tre membrane metalliche in configurazione piana ed il relativo schema di funzionamento; - 1 to fig. 3 shows sections I-I and II-II of the device of fig. 1 comprising three metal membranes in a flat configuration and the relative operating diagram;

- l a fig. 4 mostra uno schema di funzionamento analogo allo schema di fig.3, ma di un dispositivo comprendente quattro membrane metalliche; - 1 to fig. 4 shows an operating diagram similar to the diagram of Fig. 3, but of a device comprising four metal membranes;

- le fig.5a e 5b mostrano rispettivamente una vista in elevazione ed in sezione di una cornice di tenuta intermedia disposta tra due membrane; - Figures 5a and 5b show respectively an elevation and sectional view of an intermediate sealing frame arranged between two membranes;

- le fig.6a e 6b mostrano rispettivamente una vista in elevazione ed in sezione di una cornice con piastra esterna di chiusura e 4 fori di ingresso delle correnti gassose. - Figures 6a and 6b respectively show an elevation and sectional view of a frame with an external closing plate and 4 gaseous streams inlet holes.

- le fig.7a e 7b mostrano rispettivamente una vista in elevazione ed in sezione di una cornice di tenuta con piastra esterna di chiusura secondo lo schema di fig.4 (membrane in numero pari); - fig.7a and 7b respectively show an elevation and sectional view of a sealing frame with external closing plate according to the diagram of fig.4 (even number of membranes);

- le fig.8a e 8b mostrano rispettivamente una vista in elevazione ed in sezione di una seconda forma realizzativa di una cornice di tenuta con piastra esterna di chiusura lo schema di fig.3 (membrane in numero dispari); - fig.8a and 8b respectively show an elevation and sectional view of a second embodiment of a sealing frame with external closing plate, the diagram of fig.3 (membranes in odd number);

- la figura 9 mostra una forma realizzativa del dispositivo con membrane di forma circolare ed evidenziati i condotti di ingresso ed uscita dei gas; - Le figure 10a e 10b mostrano in elevazione ed in sezione trasversale una griglia di supporto secondo il trovato a forma di disco metallico forato. - figure 9 shows an embodiment of the device with circular membranes and the gas inlet and outlet ducts are highlighted; Figures 10a and 10b show in elevation and in cross section a support grid according to the invention in the shape of a perforated metal disc.

Descrizione dettagliata del trovato Detailed description of the invention

Con riferimento ai disegni allegati, è descritto un dispositivo a membrana metallica a permeazione per la produzione di idrogeno. With reference to the attached drawings, a permeation metal membrane device for the production of hydrogen is described.

Il dispositivo comprende almeno una membrana metallica 1, preferibilmente tre (schema di fig.3) o quattro (schema di fig.4) realizzate in forma di un foglio piano sottile selettivamente permeabile all’idrogeno. The device includes at least one metal membrane 1, preferably three (diagram in fig.3) or four (diagram in fig.4) made in the form of a thin flat sheet selectively permeable to hydrogen.

Preferibilmente, le membrane 1 sono realizzate in una lega metallica di palladio comprendente inoltre metalli selezionati tra Ag, Ni, Cu oppure realizzata in Nb, V, Ta, Ti o loro leghe. Preferably, the membranes 1 are made of a palladium metal alloy further comprising metals selected from Ag, Ni, Cu or made of Nb, V, Ta, Ti or their alloys.

In una forma preferita di attuazione del dispositivo le membrane 1 sono realizzate come fogli in lega Pd-Ag (con argento 23-25% in peso) di spessore di parete minore di 150 μm (preferibilmente 50 μm) al fine di garantire elevati flussi di permeazione di idrogeno ed al tempo stesso essere privi di difetti (fessure, piccoli fori, ecc.) in grado di ridurre la selettività della membrana nei confronti dell'idrogeno. In a preferred embodiment of the device, the membranes 1 are made as sheets in Pd-Ag alloy (with silver 23-25% by weight) with a wall thickness of less than 150 μm (preferably 50 μm) in order to guarantee high fluxes of permeation of hydrogen and at the same time being free of defects (cracks, small holes, etc.) capable of reducing the selectivity of the membrane towards hydrogen.

Il dispositivo comprende inoltre un condotto di alimentazione 6 per immettere un flusso di una miscela gassosa contenente idrogeno in una camera 2 di raccolta della miscela. The device further comprises a supply duct 6 for introducing a flow of a gaseous mixture containing hydrogen into a chamber 2 for collecting the mixture.

La camera 2 confina con una superficie a monte 3 della membrana, mentre la superficie a valle 4 della stessa membrana 1 confina con una seconda camera 5 per la raccolta dell’idrogeno permeato attraverso la membrana per effetto del gradiente di pressione trans membrana, a sua volta comunicante con un condotto 7 di estrazione dell’idrogeno. The chamber 2 borders on an upstream surface 3 of the membrane, while the downstream surface 4 of the same membrane 1 borders on a second chamber 5 for the collection of the hydrogen permeated through the membrane due to the trans-membrane pressure gradient, at its vault communicating with a hydrogen extraction duct 7.

Per effetto della permeazione dell’idrogeno, la prima camera 2 raccoglie la miscela privata dell’idrogeno, detto retentato, che viene estratto attraverso un ulteriore condotto 8 comunicante con la camera 2. Due to the hydrogen permeation, the first chamber 2 collects the private mixture of hydrogen, called retentate, which is extracted through a further duct 8 communicating with chamber 2.

Secondo il trovato, la prima e seconda camera 2, 5 sono delimitate da cornici 9, 10, 16 affiancate a tenuta lungo un perimetro periferico della membrana 1 e provviste di rispettivi fori 11, 12, 13 comunicanti con i condotti di alimentazione 6 o con il condotto di estrazione del retentato 8 o con il condotto di estrazione dell’idrogeno permeato 7. According to the invention, the first and second chambers 2, 5 are delimited by frames 9, 10, 16 sealed side by side along a peripheral perimeter of the membrane 1 and provided with respective holes 11, 12, 13 communicating with the supply ducts 6 or with the retentate extraction duct 8 or with the permeate hydrogen extraction duct 7.

Nell’esempio descritto, i condotti 6, 7, 8, sono composti da corrispondenti fori 26, 27, 28 delle cornici e 26’, 27’, 28’ delle membrane affiancati ed uniti a tenuta nella configurazione assemblata. In the example described, the ducts 6, 7, 8 are composed of corresponding holes 26, 27, 28 of the frames and 26 ', 27', 28 'of the membranes side by side and sealed together in the assembled configuration.

Preferibilmente, le cornici 9, 10, 16 sono cornici in acciaio inox sagomate in modo da permettere la corretta unione alle membrane 1 mediante processi di giunzione a tenuta (saldo-brasatura, saldatura ad arco elettrico, saldatura per diffusione), anche con la interposizione di guarnizioni sagomate 20 tra le cornici e le membrane. Preferably, the frames 9, 10, 16 are shaped stainless steel frames so as to allow the correct union to the membranes 1 by means of sealing joining processes (brazing, electric arc welding, diffusion welding), also with the interposition of shaped gaskets 20 between the frames and membranes.

In particolare si è trovata efficace: In particular, it was found effective:

- giunzione per saldobrasatura mediante guarnizioni brasanti 20 costituite da fogli di lega Castolin 1802 opportunamente ritagliati ed interposti tra le membrane e le cornici. - joint by brazing by means of brazing gaskets 20 consisting of sheets of Castolin 1802 alloy suitably cut and interposed between the membranes and the frames.

- Saldatura ad arco elettrico (ad esempio TIG). - Electric arc welding (for example TIG).

- Saldatura per diffusione. In questo caso le superfici in acciaio delle cornici possono essere preparate mediante deposizione di film di Ag o di Ni e Ag al fine di promuovere il processo di saldatura per diffusione con i fogli in lega di Pd che viene realizzato con opportuno trattamento termico in atmosfera controllata di per se di tipo noto. - Diffusion welding. In this case the steel surfaces of the frames can be prepared by depositing Ag or Ni and Ag films in order to promote the diffusion welding process with the Pd alloy sheets which is carried out with appropriate heat treatment in a controlled atmosphere. per se of a known type.

Allo scopo di migliorare la resistenza delle membrane 1 al gradiente di pressione transmembrana, secondo il trovato si è inoltre pensato di utilizzare strutture meccaniche di rinforzo quali ad esempio reti o griglie metalliche 19 interposte tra le membrane 1 e le cornici 9, 10, 16 e giuntate alle membrane stesse durante la stessa procedura di giunzione delle membrane alle cornici. In order to improve the resistance of the membranes 1 to the transmembrane pressure gradient, according to the invention it was also thought to use mechanical reinforcement structures such as for example metal nets or grids 19 interposed between the membranes 1 and the frames 9, 10, 16 and joined to the membranes themselves during the same procedure of joining the membranes to the frames.

Con riferimento alle figure 9e 10, è mostrato un esempio di un dispositivo secondo il trovato con membrane di forma circolare supportate da griglie realizzate come dischi metallici forati rappresentate in particolare nelle figure 10a, 10b. With reference to Figures 9 and 10, there is shown an example of a device according to the invention with circular membranes supported by grids made as perforated metal discs represented in particular in Figures 10a, 10b.

Si intende che la forma delle membrane e delle griglie è data quale esempio non limitativo e che potrà variare ad esempio a seconda della applicazione del trovato. It is understood that the shape of the membranes and grids is given as a non-limiting example and that it may vary for example according to the application of the invention.

Vantaggiosamente, l’impiego degli elementi di rinforzo 19 consente di evitare rotture delle membrane e al tempo stesso di sfruttare il maggiore flusso di idrogeno permeato ottenibile con l'aumento delle differenza di pressione transmembrana. Advantageously, the use of the reinforcing elements 19 allows to avoid breakage of the membranes and at the same time to exploit the greater flow of permeate hydrogen obtainable with the increase of the transmembrane pressure difference.

Preferibilmente, il dispositivo comprende due piastre di chiusura 14, 15 disposte esternamente alle membrane 1 e solidali a rispettive cornici periferiche esterne 9, 10. Preferably, the device comprises two closing plates 14, 15 arranged externally to the membranes 1 and integral with respective external peripheral frames 9, 10.

In posizione intermedia, può inoltre essere prevista una o più cornici intermedie 16 come illustrato nello schema delle fig. 3 e 4. In an intermediate position, one or more intermediate frames 16 can also be provided as illustrated in the diagram of figs. 3 and 4.

Ancora con riferimento alle figure 3 e 4, è mostrato il dispositivo del trovato provvisto di due piastre di chiusura 14, 15 alle estremità, delle quali la prima è chiusa e la seconda presenta tre fori 21, 22, 23 comunicanti rispettivamente con i condotti 6, 7, 8 per l'ingresso della alimentazione, l'uscita del retentato, e l’uscita dell’idrogeno permeato. Still with reference to figures 3 and 4, the device of the invention is shown provided with two closing plates 14, 15 at the ends, of which the first is closed and the second has three holes 21, 22, 23 respectively communicating with the ducts 6 , 7, 8 for the inlet of the power supply, the outlet of the retentate, and the outlet of the hydrogen permeate.

Preferibilmente, è inoltre previsto un quarto foro 24 comunicante con un condotto 17 provvisto di rispettivi fori 18 di almeno una cornice 9, 10, 16 per l’immissione di un fluido di lavaggio in detta seconda camera 5. Preferably, a fourth hole 24 communicating with a duct 17 provided with respective holes 18 of at least one frame 9, 10, 16 is also provided for the introduction of a washing fluid in said second chamber 5.

Analogamente ai condotti 6, 7, 8, anche il condotto 17 è composto da corrispondenti fori affiancati 29, 29’ delle cornici e delle membrane unite a tenuta nella configurazione assemblata del dispositivo. Similarly to the ducts 6, 7, 8, the duct 17 is also composed of corresponding side-by-side holes 29, 29 'of the frames and membranes sealed together in the assembled configuration of the device.

Nel funzionamento del dispositivo, facendo riferimento allo schema di figura 3, la miscela alimentata dal foro 21 della piastra esterna 15 entra nel canale 6 e quindi nelle camere 2 attraverso i fori 11 della prima cornice intermedia 16 e della cornice di chiusura 9. In operation of the device, referring to the diagram of Figure 3, the mixture fed from the hole 21 of the external plate 15 enters the channel 6 and then into the chambers 2 through the holes 11 of the first intermediate frame 16 and of the closing frame 9.

Dalle camere 2 l'idrogeno attraversa selettivamente le membrane 1 e finisce nelle camere 5 in corrispondenza della prima cornice di chiusura 10 e della seconda cornice intermedia 16 dove è raccolto dalla corrente di gas di lavaggio immesso dal foro 24 ed entrante nella camera 5 attraverso il condotto 17 ed i fori 18. From the chambers 2 the hydrogen selectively crosses the membranes 1 and ends up in the chambers 5 in correspondence with the first closing frame 10 and the second intermediate frame 16 where it is collected by the washing gas stream introduced by the hole 24 and entering the chamber 5 through the duct 17 and the holes 18.

La corrente di lavaggio entra nella parte bassa della camera 5 (fig.3 Sez. I-I) attraversa in diagonale la camera 5 delimitata dalla cornice e viene estratta dal canale 7 (fig.3 , sezione II-II). The washing stream enters the lower part of the chamber 5 (fig.3 Sect. I-I) crosses the chamber 5 delimited by the frame diagonally and is extracted from the channel 7 (fig.3, section II-II).

Al tempo stesso i gas non permeati raccolti nelle camere 2 in corrispondenza della seconda e quarta cornice attraversano i fori 12 e possono essere raccolti all'esterno del dispositivo attraverso il condotto 8 ed il foro 22 della prima piastra di chiusura 15 (fig.3 sez. II-II). At the same time, the non-permeated gases collected in the chambers 2 in correspondence with the second and fourth frame pass through the holes 12 and can be collected outside the device through the duct 8 and the hole 22 of the first closing plate 15 (fig. 3 section . II-II).

Lo schema di figura 3 può essere replicato nel caso di un numero maggiore di membrane, ad esempio quattro membrane come illustrato in fig. 4. The scheme of figure 3 can be replicated in the case of a greater number of membranes, for example four membranes as illustrated in fig. 4.

A titolo esemplificativo, le figure 5a,b mostrano in vista in elevazione e laterale la seconda cornice intermedia 16’ del dispositivo di figura 4; le figure 6a,b mostrano in vista in elevazione e laterale la prima cornice di estremità 10 e la piastra di chiusura 15 del dispositivo di fig.4; le figure 7a,b mostrano in vista in elevazione e laterale la cornice di estremità 9 la piastra di chiusura 14 del dispositivo di figura 4; le figure 8a,b mostrano in vista in elevazione e laterale la cornice di estremità 9 la piastra di chiusura 14 del dispositivo di figura 3. By way of example, figures 5a, b show in elevation and side view the second intermediate frame 16 'of the device of figure 4; figures 6a, b show in elevation and side view the first end frame 10 and the closing plate 15 of the device of fig.4; Figures 7a, b show in elevation and side view the end frame 9 and the closing plate 14 of the device of Figure 4; Figures 8a, b show in elevation and side view the end frame 9 and the closing plate 14 of the device of Figure 3.

Il dispositivo consegue gli importanti vantaggi descritti e si presta ad applicazioni di elevato interesse industriale. The device achieves the important advantages described and is suitable for applications of high industrial interest.

Tra queste, applicazioni di particolare interesse sono come permeatore per la separazione di idrogeno da miscele gassose oppure per produrre idrogeno da reazioni di reforming (reattore a membrana). Among these, applications of particular interest are as a permeator for the separation of hydrogen from gas mixtures or to produce hydrogen from reforming reactions (membrane reactor).

In quest'ultimo caso un letto di catalizzatore specifico per la reazione di reforming viene alloggiato all'interno del modulo nelle camere comprese tra le membrane (ad esempio nelle camere 2 delle figure 3 o 4). In the latter case, a specific catalyst bed for the reforming reaction is housed inside the module in the chambers comprised between the membranes (for example in the chambers 2 of Figures 3 or 4).

L'idrogeno prodotto dalla reazione di deidrogenazione viene separato attraverso la membrana e recuperato dalla corrente di lavaggio. The hydrogen produced by the dehydrogenation reaction is separated through the membrane and recovered by the washing stream.

La capacità caratteristica del dispositivo di produrre idrogeno ultrapuro indirizza poi l'utilizzo del modulo sviluppato per applicazioni di laboratorio (ad esempio gascromatografia) e per applicazioni industriali quali la alimentazione di celle a combustibile di tipo polimerico che possono essere avvelenate anche da modeste quantità di inquinanti presenti nell'idrogeno. In particolare, le ridotte dimensioni rispetto ad altre configurazioni (ad esempio a fasci tubieri) rendono il dispositivo particolarmente adatto alle applicazioni veicolari. Inoltre, la possibilità di assemblare più dispositivi in serie o parallelo (modularità) permette di avere una grossa flessibilità nelle applicazioni di processo. Ad esempio l'impiego di più moduli in serie consente di avere una separazione più spinta a parità di portata, mentre l'adozione di moduli in parallelo consente di operare una portata maggiore con la stessa capacità di separazione. The characteristic ability of the device to produce ultrapure hydrogen then directs the use of the module developed for laboratory applications (for example gas chromatography) and for industrial applications such as the supply of polymer-type fuel cells that can be poisoned even by modest quantities of pollutants. present in hydrogen. In particular, the reduced dimensions compared to other configurations (for example with tube bundles) make the device particularly suitable for vehicular applications. Furthermore, the possibility of assembling several devices in series or parallel (modularity) allows for great flexibility in process applications. For example, the use of several modules in series allows for a more thorough separation with the same flow rate, while the adoption of modules in parallel allows for a greater flow rate with the same separation capacity.

Il dispositivo è stato descritto con riferimento a forme preferite di attuazione, ma si intende che modifiche potranno essere apportate senza comunque uscire dall’ambito di tutela accordato. The device has been described with reference to preferred forms of implementation, but it is understood that changes may be made without however departing from the scope of protection granted.

Claims

CLAIMS 1. Metal membrane permeation device for the production of gaseous fluids, such as hydrogen, comprising: at least one metal membrane in the form of a thin flat sheet (1) selectively permeable to hydrogen, a supply duct (6) of a flow of an incoming gaseous mixture containing hydrogen, at least a first chamber (2) for collecting the incoming gaseous mixture, bordering an upstream surface (3) of the membrane, at least a second chamber (5) for the collection of permeate hydrogen, bordering a surface downstream (4) of the membrane, a hydrogen extraction duct (7) in fluid communication with said second chamber (5), a retentate extraction duct (8) in fluid communication with said first chamber (2), characterized in that said first and second chambers (2, 5) are delimited by at least two peripheral frames (9, 10, 16) side by side sealed to the membrane (1) and provided with respective holes (11, 12, 13) communicating with said supply duct (6) or with said retentate extraction duct (8) or with said hydrogen permeate extraction duct ( 7).

Device according to claim 1, comprising two external closure plates (14, 15).

3. Device according to claim 2, wherein said closing plates (14, 15) are integral with respective external peripheral frames (9, 10).

4. Device according to one or more of the preceding claims, comprising at least one intermediate frame (16).

5. Device according to one or more of the preceding claims, comprising mechanical elements for reinforcing the membranes.

6. Device according to claim 5, wherein said mechanical elements comprise metal meshes or grids (19) interposed between the membranes (1) and the frames (9, 10, 16).

7. Device according to one or more of the preceding claims, comprising a duct (17) communicating with respective holes (18) of at least one frame (9, 10, 16) for introducing a washing fluid into said second chamber (5 ).

8. Device according to one or more of the preceding claims, in which the junction between the membranes (1) and the frames (9, 10, 16) is obtained by brazing shaped gaskets (20).

Device according to one or more of the preceding claims, in which the junction between the membranes (1) and the frames (9, 10, 16) is obtained by welding.

10. Device according to one or more of the preceding claims, comprising means for extracting the permeate hydrogen by overpressure.

11. Device according to one or more of the preceding claims, comprising a suction pump for the extraction of permeate hydrogen.

12. Device according to one or more of the preceding claims in which said membranes (1) are made as sheets in Pd-Ag alloy preferably with silver 23-25% by weight, with a wall thickness of about 80 μm.

13. Device according to one or more of the preceding claims in which said membranes (1) are made of a metal alloy of palladium further comprising metals selected from Ag, Ni, Cu or made of Nb, V, Ta, Ti and their alloys.

14. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the feeding of the incoming gaseous mixture comprises reactants of a dehydrogenation reaction, and in that said chamber (2) is filled with a specific catalyst bed for the reaction aforementioned.

15. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that said membranes (1) and said frames (9, 10, 16) can be combined in a scalable modular way.