JP2016533882A - 選択的透過性の膜を利用するプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
(a)触媒を含む粗面;
(b)HSPMに差し込まれる、分散させられる又は埋め込まれる触媒組成物;並びに、
(c)触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティング;
のうち少なくとも1つによって提供されてもよい。
(i)水素種受け側及び生成物合成側を有する水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)を提供するステップ;
(ii)水素種受け側にて水素種源を提供するステップ;
(iii)生成物合成側にて第2の反応物源を提供するステップ;
(iv)水素の濃度が水素種受け側よりも生成物合成側で低いように、HSPMにわたって水素種源の濃度勾配又は分圧差(partial pressure differential)を提供し、その結果、生成物合成側の表面又はその付近での第2の反応物との反応のためにHSPMを通る水素種の移動をもたらすステップ;
を含み、HSPMの少なくとも生成物合成側は表面修飾を有し、表面修飾は層を含み、層は、第1の反応物と第2の反応物との外層内での反応を促進して生成物を形成するために、第2の反応物に対して多孔性であり、且つ、金属種及び触媒を含む複数の反応性部位を含有する。
(i)水素種受け側及び生成物合成側を有する水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)を提供するステップ;
(ii)水素種受け側にて水素種源を提供するステップ;
(iii)生成物合成側にて第2の反応物源を提供するステップ;
(iv)水素の濃度が水素種受け側よりも生成物合成側で低いように、HSPMにわたって水素種源の濃度勾配又は分圧差を提供し、その結果、生成物合成側の表面又はその付近での第2の反応物との反応のためにHSPMを通る水素種の移動をもたらすステップ;
を含み、HSPMの少なくとも生成物合成側は、
(a)触媒を含む粗面であって、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むHSPMの外層及び/又はHSPM上に堆積される層である粗面;
(b)HSPMに差し込まれる、分散させられる又は埋め込まれる触媒組成物であって、触媒、及び任意で、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含む触媒組成物;並びに、
(c)触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティング;
のうち少なくとも1つによって提供される表面修飾を有する。
(a)触媒を含む粗面であって、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むHSPMの外層及び/又はHSPM上に堆積される層である粗面;
(b)HSPMに差し込まれる、分散させられる又は埋め込まれる触媒組成物であって、触媒、及び任意で、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含む触媒組成物;並びに、
(c)触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティング;
のうち少なくとも1つによって提供される表面修飾を含む。
水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)によって分けられた第1のチャンバ部分及び第2のチャンバ部分であって、HSPMは、第1のチャンバ部分において膜の水素種受け側、及び、第2のチャンバ部分において膜の生成物合成側を提供するように構成され、HSPMは、本明細書において記載される第1又は第2の態様による、その実施形態を含む表面が修飾された膜である、チャンバ部分;
第1のチャンバ部分に対して水素種の第1の反応物源を供給するための第1の反応物の入口;
第2のチャンバ部分に対して第2の反応物源を供給するための第2の反応物の入口;並びに、
少なくとも反応の生成物を得るための第1の出口;
を含む。
本明細書において記載される第3の態様による、その実施形態を含む反応器;及び
水素種受け側よりも生成物合成側で低くあるように水素の濃度又は分圧を制御し、その結果、生成物を形成する第2の反応物との反応のために生成物合成側まで膜を通る水素種の移動をもたらす制御手段;
を含む。
− より苛酷ではないプロセス条件でのエネルギー入力に関して上げられた効率及びより高い転換率;
− 天然ガス改質、石炭ガス化、バイオマスから、又は、水の電気分解によって水素を手に入れることができること;
− CO2等のガスを含有する水素供給原料を、さらなるガス洗浄を必要とすることなく、アンモニア合成に対して使用してもよいこと;
− 膜(温度、膜のタイプ及び厚さ、並びに、膜にわたる圧力差)を介して水素流を制御して、高められた水素転換率を可能にすることにおいて柔軟性を達成することができること;
− 圧力駆動及び低い圧力差の作動によって、現在のエネルギー集約型プロセスに対して比較的低いエネルギーの代替物が提供されること;
− 天然ガス改質装置又は水の電気分解装置から水素を手にいれることに対抗して、水−ガス−シフト反応(H2O+CO=H2+CO2)、水素/CO2ガス分離プロセスを該プロセスに従った反応器において統合することによって、水素供給原料のコストを有意に下げることができること;
のうち1つ又は複数の利点を、本明細書において記載される実施形態のうち少なくとも一部によって提供することができる。
本明細書において使用される場合「HSPM」という用語は、膜を通る水素種の移動を可能にすることができる水素種選択的透過性の固体膜を意味する。
本明細書に記載される発明によると、プロセス及び反応は、例えば、第2の反応物との反応のために移動性の水素種に対して選択的に透過性である固体膜等、水素種選択的透過性の膜(HSPM)を使用して実行されてもよい。この膜は、水素種受け側及び生成物合成側を含む。移動性の水素種を含む水素種源を水素種受け側に提供することができ、さらに、第2の反応物源を膜の生成物合成側に提供することができる。表面修飾された生成物合成側までのHSPM膜を横切る水素種の移動は、所望の生成物を提供するために第2の反応物源との効果的な反応をもたらすことができるということがわかった。
− 例えばパラジウム(Pd)、チタン(Ti)及びニッケル(Ni)等、1つ又は複数の水素輸送金属;
− 例えば、パラジウム−銀(Pd−Ag)合金、パラジウム−銅(Pd−Cu)合金、パラジウム−鉄(Pd−Fe)合金、パラジウム−ルテニウム(Pd−Ru)合金、パラジウム−コバルト−モリブデン(Pd−Co−Mo)合金を含むパラジウムの合金等、水素輸送金属の1つ又は複数の合金;又は、V、Nb、Ta及びZrを含む1つ又は複数の遷移金属との水素輸送金属の合金;
− 上記の金属又は合金のうち少なくとも1つ、並びに、例えば、構造的安定性及び高められた水素伝達の利点を提供し得るプロトン伝導セラミック、又は、構造的安定性の利点を提供し得る非伝導セラミック等のセラミックを含んでもよい1つ又は複数のサーメット;
のうち少なくとも1つから選択された材料から形成されてもよい。
HSPM膜の表面修飾は、膜表面、特に、少なくとも膜の生成物合成側の表面修飾が提供される箇所での反応速度を速めると意外にも示された。表面修飾は、膜の片側若しくは両側、又は、少なくともその一部に提供されてもよい。
(a)触媒を含む粗面;
(b)HSPMに差し込まれる、分散させられる又は埋め込まれる触媒組成物;並びに、
(c)触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティング;
のうち少なくとも1つによって提供されてもよい。
表面修飾は、触媒を含む粗面によって提供することができる。粗面は、水素種透過性の金属を含むHSPMの外層又はHSPMに堆積されるさらなる層であってもよい。
表面修飾は、HSPMに差し込まれる、分散させられる又は埋め込まれる触媒組成物によって提供することができる。触媒組成物は、触媒、及び任意で、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含む。
表面修飾は、触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティングによって提供することができる。表面が修飾された膜は、1つ又は複数のコーティングを含んでもよく、少なくとも1つのコーティングは、触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含む。一実施形態において、触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティングは、HSPMに対して外側のコーティングを少なくとも提供する。
触媒は、表面が修飾された膜に対する触媒のコーティングを容易にするために、結合剤等の1つ又は複数の添加物を有する組成物において提供することができるということが正しく理解されることになる。触媒又はそのコーティングは、膜の上に部分的なコーティング又は完全な層として提供することができる。触媒又はそのコーティングは、膜の片方又は両方の側若しくは表面に提供されてもよく、さらに、個々に選択されてもよい。触媒は、プロセスに関与するいかなる種の解離、移動又は反応も容易にするように選択されてもよい。触媒は、はけ塗り、ペンキ塗装、スラリースプレー、スプレー熱分解、スパッタリング、化学若しくは物理蒸着技術、電気メッキ、スクリーン印刷又はテープ成形によって膜の上に堆積されてもよい。
上記のプロセスは、水素挿入又は水素化反応から反応生成物を合成することに使用されてもよく、その一例は、水素種源、及び、窒素種源である第2の反応物源からアンモニアを合成することであるいということが正しく理解されることになる。
(a)触媒を含む粗面であって、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むHSPMの外層及び/又はHSPM上に堆積される層である粗面;
(b)HSPMに差し込まれる、分散させられる又は埋め込まれる触媒組成物であって、触媒、及び任意で、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含む触媒組成物;並びに、
(c)触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティング;
のうち少なくとも1つによって提供される表面修飾を含む。
−例えば、アンモニアを形成する水素種と窒素種との反応等、窒素種又は窒素を含む化合物を用いた水素化又は水素挿入;
−メタノール、ギ酸、炭酸ジメチル及び一酸化炭素等の生成物を生成するCO2水素化;
−例えば、ヘキセンからヘキサン又はベンゼン、ヘキサン又はベンゼンからシクロヘキサン等、アルケン水素化;
−例えば、アルキンからアルケン及び/又はアルカン、又は、ニトリルからアミン等、アルキン水素化;
を含んでもよい。
当該プロセスは、アンモニアの合成を含む。上記の実施形態は、アンモニアの合成にあてはまり得るということが正しく理解されることになる。アンモニア合成により向けられたさらなる実施形態及び態様が、以下のようにさらに詳細に記載される。
(v)水素種受け側及び生成物合成側を有する水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)を提供するステップ;
(vi)水素種受け側にて水素種源を提供するステップ;
(vii)生成物合成側にて窒素種源を提供するステップ;
(viii)水素の濃度が、水素種受け側よりも生成物合成側で低く、その結果、アンモニアを形成する生成物合成側の表面又はその付近での窒素種との反応のためにHSPMを通る水素種の移動をもたらすように、HSPMにわたって水素種源の濃度勾配又は分圧差を提供するステップ;
を含み、少なくとも、HSPMの生成物合成側は、本明細書に記載される実施形態のうちいかなる実施形態による表面修飾も有する。
第2の反応物との反応のために水素種に対して選択的に透過性の水素透過性の固体膜を使用して生成物を合成するためのシステムは、異なる構成の反応器を含んでもよい。反応器は、少なくとも、選択的に水素透過性の固体膜(HSPM)によって分けられた第1及び第2のチャンバ部分を含み、HSPMは、第1のチャンバ部分において膜の水素種受け側、及び、第2のチャンバ部分において膜の生成物合成側を提供するように構成される。反応器は、少なくとも、第1のチャンバ部分に対して水素種源を供給するための水素種源の入口、少なくとも、第2のチャンバ部分に対して第2の反応物源を供給するための第2の反応物の入口も含む。反応器又はシステムは、少なくとも反応の生成物を得るための第1の出口も少なくとも含むということが正しく理解されることになる。当該システムは、水素種の濃度勾配又は分圧差を分け与えることによって膜を通る水素種の移動を駆動する圧力制御手段等の制御手段も含む。
本発明をより明確に理解する目的で、本発明の特定の実施形態が、以下の非限定的な実験材料、方法論及び実施例を参照することによって以下においてさらに詳細に記載される。
本発明の一実施形態によるアンモニア合成を、膜に水素を通して、窒素と反応させることによって行った(図2)。プロセスの効果を同定するために、比較例を、膜の第1のチャンバ部分側(水素種受け側)にN2ガス源、及び、膜の第2のチャンバ部分側(生成物合成側)にH2/N2ガス混合物を提供することによって非水素透過膜(図3)に対して確立した。膜表面を、Pdスパッタする(100nm厚の層にする)か、又は、Pdスパッタし且つ薄い(0.1mm)若しくは厚い(0.3mm)触媒の層で被覆した。Pdスパッタリングは、物理蒸着によって実行した。使用した触媒は、微細な粉末(<100メッシュ)まで轢かれ且つ(有機溶媒を用いて)インクに調製された市販の不均一な酸化鉄ベースのアンモニア合成触媒であった。触媒インクを、膜の生成物合成側のPdスパッタ表面に堆積させた。触媒層を乾燥器において乾燥させ、さらに、堆積させた層を、0.1〜0.3mmの厚さに変えた。それぞれ5バール/4バールの第1のチャンバ部分/第2のチャンバ部分の圧力設定で、透過する水素を用いて観察した合成率と、比較上のH2/N2ガス混合物を用いて得られたものとが、図4において比較されている。アンモニア合成率は、透過しない水素の合成と比較して、透過する水素に対して2〜4倍高いと観察した。例えば、Pdスパッタ及び厚い触媒で被覆された層を使用した場合、400℃の作動条件で、透過する水素に対する合成率は、透過しない水素の合成と比較して約4.5倍であった。
膜の生成物合成側の表面処理は、アンモニア合成率の増強において重要な役割を果たすとわかった。これを検証するために、未加工の膜(さらなる表面処理又は触媒コーティングのない単なるパラジウム金属)の表面を用いて生じたアンモニア合成率を、膜のPdスパッタ表面を用いて得たものと比較した。Pdスパッタ膜は、100ミクロン厚のPdシートの未加工の表面でPdをスパッタすることによって作製される。物理蒸着によって、100nmのPdの層を、膜の生成物合成側でスパッタした。図5において示されているように、水素種受け側(第1のチャンバ部分)/生成物合成側(第2のチャンバ部分)にて作動条件が、500℃にてそれぞれ5バール/4バールの圧力設定を有した場合に、観察したアンモニア合成率は、未加工の表面と比較して、Pdスパッタ表面で約8倍高いとわかった。
Pd膜(スパッタリング又は触媒コーティングはなし)は、利用した実験条件において合成率は比較的低かったけれども、アンモニア合成に対する触媒表面を提供するとわかった。合成率は、Pd未加工表面と比較してPdスパッタ膜表面に対して有意に高いと同定し、意外にも、市販の触媒がスパッタPd膜の上に堆積されると有意に上がった。このため、市販の不均一な酸化鉄ベースのアンモニア合成触媒を、膜の生成物合成側(第2のチャンバ部分)のPdスパッタ表面に堆積させて、約0.1mmの厚さを達成した。合成率が、500℃にてそれぞれ5バール/4バールの水素種受け側(第1のチャンバ部分)/生成物合成側(第2のチャンバ部分)圧力設定にて比較され、さらに、図5において示されている。観察したアンモニア合成率は、触媒層のないものと比較して、触媒層を有して7倍高いとわかった。類似の条件下で生成物合成側における触媒層上にH2/N2ガス混合物を流す(水素は膜を通して流さない)ことによって行った比較例における化学合成の場合、合成率は、触媒コーティングなしと比較して、触媒コーティングを有して3.5倍であった(図4)。
別の実施形態において、Pdスパッタ膜を厚い触媒の層で被覆して、触媒充填の効果を調査した。調製された触媒層の厚さは、約70mg/cm2という正味の触媒充填を有して約0.3mmであった。アンモニア合成率を測定し、500℃にてそれぞれ5バール/4バールの水素種受け側(第1のチャンバ部分)/生成物合成側(第2のチャンバ部分)圧力設定にて薄い(約0.1mm厚の)触媒充填を有して測定したものと比較して6倍を超えるものであり、さらに、結果が図5において示されている。
アンモニア合成実験を、(それぞれ5バール/4バールの水素種受け側/生成物合成側圧力設定という)類似のガス流及び圧力条件下で、400及び500℃にて、Pd膜のPdスパッタ表面に堆積される厚い市販のアンモニア合成触媒層を用いて行った。図6において示されているように、500℃にて得たアンモニア合成率は、400℃で得たものよりも約1.7倍高かった。
別の実験のセットにおいて、膜のアンモニア生成物合成側での窒素パージ率の効果を調べた。スパッタ表面、及び、市販のアンモニア合成触媒を含む外層/コーティングを有するパラジウム膜を、これらの実験において使用した。全ての他の実験条件は同じであった(温度:500℃;水素種受け側(第1のチャンバ部分)/生成物合成側(第2のチャンバ部分)圧力:それぞれ5バール/4バール及び4バール/3バール;入口チャンバへの水素の流れ:0.5L/min)。図8及び9は、それぞれ5バール/4バール及び4バール/3バールの圧力設定に対する500℃でのアンモニア合成率に対する窒素パージ率の効果を示している。X軸上の窒素パージ率は、膜を透過する水素からアンモニアを合成することに要求される窒素の化学量で表されている。合成率は、透過する水素に対してより高く、さらに、窒素の流量の増加と共に高くなると示されている。水素転換率だけでなく、アンモニア合成率も、窒素流の増加と共に改善されると示されている。
別の変化において、膜の生成物合成側の圧力を、膜の水素種受け側のものよりも高く保つことができる。これは、膜を通る水素透過率のさらなる制御を可能にすることができる。加えて、これは、(高い圧力は合成反応を支持するため)生成物合成率だけでなく、(低い水素透過による)水素からアンモニアへの転換率を上げることができる。図10は、チャンバの生成物合成側において窒素の流れ(又は圧力)がない場合の、及び、5バールの背圧でのチャンバの生成物合成側への一定の窒素の流れがある場合の、チャンバの水素受け側における圧力の関数としての正味の水素透過率を示している。これは、チャンバの生成物合成側における背圧により水素透過率が落ちたということを示しているが、これらの結果は、膜にわたり水素分圧差がある限り、2つのチャンバにおける物理的な圧力条件に関係なく、水素は、アンモニア合成反応のために膜を透過し続けることになるということも示している。
実験装置の別の変化において、2つのさらなる実験を行い、アンモニア生成率に対する三重の相反応部位を高めることの効果をさらに調べた。
Claims (29)
- 少なくとも水素種を含む第1の反応物の、第2の反応物との反応によって生成物を合成するためのプロセスであって:
(v)水素種受け側及び生成物合成側を有する水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)を提供するステップ;
(vi)前記水素種受け側にて水素種源を提供するステップ;
(vii)前記生成物合成側にて第2の反応物源を提供するステップ;
(viii)水素の濃度が、前記水素種受け側よりも前記生成物合成側で低く、その結果、前記生成物合成側の表面又はその付近での前記第2の反応物との反応のために前記HSPMを通る前記水素種の移動をもたらすように、前記HSPMにわたって前記水素種源の濃度勾配又は分圧差を提供するステップ;
を含み、少なくとも、前記HSPMの前記生成物合成側は表面修飾を有し、該表面修飾は層を含み、該層は、前記第1の反応物と第2の反応物との外層内での反応を促進して前記生成物を形成するために、前記第2の反応物に対して多孔性であり、且つ、金属種及び触媒を含む複数の反応性部位を含有する、プロセス。 - 前記表面修飾は、触媒を含む粗面であり、該粗面は、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含む前記HSPMの外層、又は、前記HSPM上に堆積される層である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記さらなる層は、パラジウム、チタン及びニッケル、パラジウム、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、タンタルの合金、又は、上記の材料のうち1つ又は複数の材料の、銀、銅、クロム、鉄、ニッケル若しくはコバルトとの合金、並びに、そのサーメットを含む群から選択される水素透過性の材料から形成される、請求項2に記載のプロセス。
- 前記粗面は、前記HSPMの鋳造の間にin situで、又は、後のHSPM表面の機械的若しくは化学的研磨によって形成される、請求項2に記載のプロセス。
- 前記粗面は、金属スパッタ表面である、請求項2に記載のプロセス。
- 前記金属スパッタ表面は、パラジウムスパッタ表面である、請求項5に記載のプロセス。
- 前記表面修飾は、前記HSPMに差し込まれる、分散させられる又は埋め込まれる触媒組成物を含み、該触媒組成物は、触媒、及び選択的に、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記表面修飾は、触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティングを含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物は、パラジウム、チタン及びニッケルを含む群から選択される、請求項7又は請求項8に記載のプロセス。
- 前記水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物は、パラジウム及び酸化パラジウムのうち少なくとも1つから選択される、請求項9に記載のプロセス。
- 前記HSPMは、パラジウム、チタン及びニッケル、パラジウム、チタン及びニッケルの合金、並びに、そのサーメットを含む群から選択される水素透過性の材料から形成される、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記HSPMは、水素透過性のパラジウム膜である、請求項1乃至11のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記第2の反応物源は窒素種源であり、さらに、当該プロセスはアンモニアを合成するためにある、請求項1乃至12のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記触媒は、酸化鉄ベースの触媒を含むアンモニア合成触媒である、請求項13に記載のプロセス。
- 前記アンモニア合成触媒は、ウスタイト及びヘマタイトのうち少なくとも1つから選択される、請求項14に記載のプロセス。
- 水素透過性の材料から形成される水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)であって、前記水素透過性の材料は、パラジウム、チタン及びニッケル、パラジウム、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、タンタルの合金、又は、上記の材料のうち1つ又は複数の材料の、銀、銅、クロム、鉄、ニッケル若しくはコバルトとの合金、並びに、そのサーメットを含む群から選択され、当該膜の少なくとも1つの側又はその一部が表面修飾を含み、該表面修飾は層を含み、該層は、多孔性であり、且つ、金属種及び触媒を含む複数の反応性部位を該層内に含有する、水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)。
- 透過性の水素種源の、窒素種源との反応によって、圧力駆動システムからアンモニアを生成するための、請求項16に記載の水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)であって、前記表面修飾は層を含み、該層は、アンモニアを形成するための前記水素種と前記窒素種との該層内での反応を促進するために、前記窒素種源に対して多孔性であり、且つ、金属種及び触媒を含む複数の反応性部位を該層内に含有する、水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)。
- 前記表面修飾は、触媒を含む粗面であり、該粗面は、パラジウム、チタン及びニッケル、パラジウム、チタン及びニッケルの合金並びにそのサーメットを含む群から選択される水素種透過性の金属を含む前記HSPMの外層、又は、前記HSPM上のさらなる層である、請求項16又は請求項17に記載の膜。
- 前記粗面は、前記HSPMの鋳造の間にin situで、又は、後のHSPM表面の機械的若しくは化学的研磨によって形成される、請求項18に記載の膜。
- 前記粗面は、パラジウム、チタン及びニッケルのうち少なくとも1つから選択される金属を含む金属スパッタ表面である、請求項18に記載の膜。
- 前記金属スパッタ表面は、パラジウムスパッタ表面である、請求項20に記載の膜。
- 前記表面修飾は、前記HSPMに差し込まれる、分散させられる又は埋め込まれる触媒組成物を含み、該触媒組成物は、触媒、及び選択的に、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含む、請求項16乃至21のいずれか一項に記載の膜。
- 前記表面修飾は、触媒、及び、水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物を含むコーティングを含む、請求項16乃至22のいずれか一項に記載の膜。
- 前記水素種透過性の金属、金属合金、そのサーメット又は金属酸化物は、パラジウム及び酸化パラジウムを含む群から選択される、請求項22又は請求項23に記載の膜。
- 前記HSPMは、水素透過性のパラジウム膜である、請求項16乃至24のいずれか一項に記載の膜。
- 前記触媒は、酸化鉄ベースの触媒を含むアンモニア合成触媒である、請求項16乃至25のいずれか一項に記載の膜。
- 前記アンモニア合成触媒は、ウスタイト及びヘマタイトのうち少なくとも1つから選択される、請求項26に記載の膜。
- 少なくとも水素種を含む第1の反応物の、第2の反応物との反応によって生成物を合成するための反応器であって:
水素種選択的透過性の固体膜(HSPM)によって分けられた第1のチャンバ部分及び第2のチャンバ部分であり、前記HSPMは、前記第1のチャンバ部分において前記膜の水素種受け側、及び、前記第2のチャンバ部分において前記膜の生成物合成側を提供するように構成され、前記HSPMは、請求項16乃至27のいずれか一項に記載の表面が修飾された膜である、チャンバ部分;
前記第1のチャンバ部分に対して水素種の第1の反応物源を供給するための第1の反応物の入口;
前記第2のチャンバ部分に対して第2の反応物源を供給するための第2の反応物の入口;並びに、
少なくとも前記反応の生成物を得るための第1の出口;
を含む反応器。 - 少なくとも水素種を含む第1の反応物の、第2の反応物との反応によって生成物を合成するためのシステムであって:
請求項28に記載の反応器;及び
前記水素種受け側よりも前記生成物合成側で低くあるように水素の濃度又は分圧を制御し、その結果、前記生成物を形成する前記第2の反応物との反応のために前記生成物合成側までの前記膜を通る前記水素種の移動をもたらす制御手段;
を含むシステム。
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