JPH05285355A - 水素分離膜 - Google Patents

水素分離膜

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JPH05285355A
JPH05285355A JP8366992A JP8366992A JPH05285355A JP H05285355 A JPH05285355 A JP H05285355A JP 8366992 A JP8366992 A JP 8366992A JP 8366992 A JP8366992 A JP 8366992A JP H05285355 A JPH05285355 A JP H05285355A
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JP
Japan
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hydrogen
palladium
vanadium
gas
separation membrane
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Withdrawn
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JP8366992A
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English (en)
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Tetsuya Imai
哲也 今井
Minoru Sueda
穰 末田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405Purification by membrane separation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 混合ガス中の水素を分離するための水素分離
膜に関する。 【構成】 0.1〜20μmの細孔を有する金属多孔体
の少なくとも一方の表面に、膜厚が50μm以下のバナ
ジウム及びパラジウムを含有する薄膜を形成させてなる
水素分離膜。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は混合ガス中の水素を分離
するための水素分離膜に関する。
【0002】
【従来の技術】省エネルギー型分離技術として、近年、
膜による気体の分離方法が注目を集めている。水素含有
気体から水素を分離し、99.99%以上の高純度の水
素を得る方法としてPd(パラジウム)を主体とする膜
(Pd膜と呼ぶ)を使用する方法(Pd膜方法と呼ぶ)
が知られている{石油学会誌Vol.15、No.1
(1972年)p.64}。従来Pd膜はPdまたはP
dを主体とする合金を伸延し薄膜とすることによって製
造され、この膜は支持枠で支持して使用されていた。伸
延方法によって得られる膜の厚みの下限には限度があ
り、また、この膜は支持枠で支持して使用されるため、
このような支持方法に耐えるだけの機械的強度を付与す
る必要があり、あまり薄い膜を使用すると使用中、膜が
破損しやすい。
【0003】混合ガスから特定ガスをガス拡散方法によ
って分離する一手段として、ガス分子の平均自由工程よ
り小さな孔径、例えば数10Å〜数100Åの細孔をも
つ多孔質のガス分離膜を使用するクヌーセン拡散による
分離方法が知られている。例えば、かかる分離方法は、
比較的分子量比の大きい水素(H2 )、窒素(N2 )、
一酸化炭素(CO)などの混合ガス中のH2 ガス分離に
有効であり、一般にはガス分離膜として有機高分子膜が
採用されている。しかしながら、かかる有機高分子膜は
耐熱性、耐薬品性など耐久性に劣るという欠点があるた
め、セラミック多孔体など無機質材料からなる多孔質の
ガス分離膜の使用が試みられており、また、特開昭59
−59223号公報には、かかる無機質材料からなる多
孔質のガス分離膜が提案され、かつ従来例として示され
る。
【0004】また、上記問題点を解決する方法として、
無機質材料からなる多孔質支持体にPdを含有する薄膜
を形成させた水素分離膜を使用する方法が特開昭62−
121616号公報に示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の方法に
ついては各々次のような問題点がある。 (1)クヌーセン拡散による分離方法における混合ガス
の透過係数の比は、理論的には各ガスにおける分子量の
逆数の平方根に等しいため、かなり小さく、高濃度の水
素ガスを得るのは困難である。 (2)Pd膜方法は60〜150μm程度の比較的厚い
ものを使用せざるを得ず、高価なPdの使用量が増大
し、また水素の透過速度が小さい。 (3)特開昭62−121616号公報に示されている
無機質材料からなる多孔質支持体にPdを含有する薄膜
を形成させた水素分離膜は強度が弱いため破損しやす
く、また分離膜と管板とのシールが難しい。
【0006】本発明は従来技術が有する上記の問題点を
解決することを目的としたものであり、バナジウム及び
パラジウムのH2 に対する吸収性及び透過性に着目し、
バナジウム及びパラジウムのこれらの特性を金属多孔体
に有効に利用することにより、水素を含有する混合ガス
から高濃度の水素を分離する膜を提供しようとするもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は0.1〜20μ
mの細孔を有する金属多孔体の少なくとも一方の表面
に、膜厚が50μm以下のバナジウム及びパラジウムを
含有する薄膜を形成させてなる水素分離膜である。
【0008】本発明において、細孔を有する金属多孔体
としては300℃以上の温度に耐える耐熱性を有し、処
理すべき気体と反応性を有せず、かつ0.1〜20μm
の範囲の中で、できるだけ均一な細孔を有する金属多孔
体を使用するのが適している。細孔径を0.1μm以上
としたのは、ガス拡散の妨害にならないようにするため
であり、20μm以下としたのはバナジウム及びパラジ
ウムを含有する薄膜を膜厚50μm以下にコーティング
した場合、ピンホールが生じやすくなるからである。な
お、金属多孔体としては、円筒状または板状のものを使
用するのが適当であり、支持体としての強度及び加工性
などから、0.1〜2mmの厚みものが好ましい。
【0009】本発明において金属多孔体の一例としては
以下のものがあげられる。 (1)発泡(多孔質)金属をプレス成型し細孔径を制御
したもの、さらにこれに溶射またはめっきなどにより細
孔を小さくしたもの。 (2)粒径の小さい金属微粒粉末(50μm以下)を成
型したもの。 (3)化学反応により除去可能な粉末(例えば、燃焼除
去が可能なグラファイト)を金属粉末に混合または溶融
した金属に添加した後、粉末を化学反応により除去し細
孔を生成させたもの。 (4)繊維径1〜20μmの金属繊維の不織布を圧延・
焼結させたもの。
【0010】本発明において、バナジウム及びパラジウ
ムを含有する薄膜とはバナジウム及びパラジウムをそれ
ぞれ1重量%以上含有し、かつバナジウムとパラジウム
の合計が50重量%以上含有するものをさす。薄膜の厚
さは、50μm以下、特に2〜20μmのものが適当で
ある。バナジウム及びパラジウムを含有する薄膜とはバ
ナジウム、パラジウム以外にもPt、Rh、Ru、I
r、Fe、Ni、CoなどのVIII族元素、Cu、Ag、
AuなどのIb族元素、MoなどのVIa族元素を含有す
るものを指し、これらの合金または合金と合金、単一金
属との組み合わせのものがある。
【0011】例としては、バナジウムとパラジウムの合
金、バナジウムとパラジウムにその他の金属を含有する
合金、あるいはバナジウムの合金にパラジウムまたはパ
ラジウムの合金を複合させたものがある。
【0012】金属多孔体の少なくとも一方の表面に膜厚
が50μm以下のバナジウム及びパラジウムを含有する
薄膜を形成させる方法の一例としては下記の方法が用い
られる。 (1)めっきなどの液相方法 表面活性化処理(塩化錫の水溶液と塩化パラジウムの各
液に交互に浸漬)後、無電解めっき(パラジウムの化合
物と還元剤及びバナジウム粉末を含有する液に浸漬)さ
らには、無電解めっき後に電気めっきしたもの、あるい
は電気めっき後に無電解めっきしたもの。 (2)真空蒸着方法、イオンプレーティング、気相化学
反応方法(CVD)などの気相方法
【0013】以上のようにしてバナジウム及びパラジウ
ムを含有する薄膜を形成させた金属多孔体は、水素のみ
を選択的に透過する水素分離膜として使用できる。
【0014】上記水素分離膜の一方の側に水素を含有す
る混合ガスを供給すると、水素分離膜は水素のみを選択
的に透過させ、水素分離膜の他方の側から純粋な水素が
流出する。水素の透過速度は温度が高いほど大きく、ま
た水素分離膜の両側の水素の圧力差が大きいほど大きく
なる。本発明の水素分離膜の好ましい使用温度範囲は8
00℃以下であり、水素分離膜の両側の水素圧力差の好
ましい範囲は0.5〜10kg/cm2 である。
【0015】水素の透過速度は極めて大きく、400
℃、圧力差2kg/cm2 の場合15〜60cm3 /c
2 ・min程度であり、この値は従来のPd膜方法の
3〜15倍に達する。
【0016】ブリードガスは水素分圧が内側の水素の圧
力と等しい状態で取出される。従って取り出すべき、内
側の水素圧力を制御することによりブリードガスの組
成、水素の分取率を制御することが可能となる。
【0017】
【作用】本発明の水素分離膜においては、バナジウム及
びパラジウムを含有する薄膜を金属多孔体で支持してい
るため、高い強度を有するとともに加工性に富み、モジ
ュール化が容易で、かつ高価なパラジウムの使用量が少
なくて済むという利点がある。
【0018】
【実施例】
(実施例1)平均粒子径5μmのSUS316Lの金属
微粉末を用い、平均細孔径が2μmの金属多孔体パイプ
(外径10mm、内径8mm、長さ250mm)を成型
した。このパイプの外側の面にバナジウム及びパラジウ
ムを比率を変えて蒸着したサンプル1〜サンプル3を調
製した。また、バナジウム、パラジウム以外にニッケ
ル、コバルトまたはモリブデンを同時に蒸着したサンプ
ル4〜6を調製した。
【0019】バナジウム及びパラジウムをコーティング
した金属多孔体パイプ(サンプル1〜6)を水素分離膜
として使用し、図1に示す試験装置で水素透過試験を行
った。水素分離膜1をOリング2でステンレス鋼製外管
3に固定し、その外側を電気炉(図示省略)で加熱す
る。温度はサーモカップル8を使用し、内管の中心部で
測定した。
【0020】供給孔4からH2 /N2 =1(モル)の混
合ガスを連続的に供給し、排出孔5からブリードガスを
排出し、下部の取出孔6から99.99%以上の純粋な
水素(圧力:1kg/cm2 abs.)を得ることがで
きた。なお、図1中、7はスィープガス供給口で、こゝ
からスィープガス(N2 、スチームのような不活性ガ
ス)を供給した。
【0021】混合ガスの圧力を3kg/cm2 G、流量
を20Nl/minで、400℃で試験した結果を表1
に示す。
【0022】
【表1】
【0023】サンプル4について、混合ガスの圧力及び
温度を変えて試験した結果を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】(実施例2)繊維径2μmのSUS316
製金属繊維不織布と200メッシュ、100メッシュ及
び40メッシュの金網(SUS316)を重ねたものを
1200℃で3時間加熱し、積層焼結した金属多孔体を
巻き加工し、溶接して径20mm×長さ300mmの金
属多孔体を製作した。このパイプの全厚みは約0.6m
mであり、焼結後の前記金属繊維不織布の細孔径は5〜
7μm、厚みは0.05mmとなった。10μm以下の
V−Ni合金(85:15重量%)粉末を懸濁させた無
電解パラジウム用液(Pd化合物及びヒドラジン、アン
モニア水を含有)に上記金属多孔体パイプを浸漬し、
V:Pd:Ni=60:34:6(重量%)の組成を有
する薄膜20μmを金属多孔体にコーティングした。実
施例1と同様の試験(混合ガス圧力3kg/cm2 G、
流量を20Nl/min、400℃)を行った結果、9
9.99%以上の水素が9.6Nl/min得られた。
【0026】(実施例3)実施例2と同じ金属多孔体パ
イプを用い、このパイプの外側に蒸着法により、まず、
バナジウムとニッケルを90:10(重量%)の組成で
膜厚15μmになるように蒸着し、さらにパラジウムを
3μm蒸着したサンプル8と、まず、バナジウムとニッ
ケルを90:10(重量%)の組成で膜厚15μmにな
るように蒸着し、さらにパラジウムと銀を77:23
(重量%)の組成で5μm蒸着したサンプル9を調製し
た。
【0027】実施例1と同様の試験(混合ガス圧力:3
kg/cm2 G、流量20Nl/min、400℃)を
行った結果、99.99%以上の水素が、サンプル8で
は、10.8Nl/min、またサンプル9では10.
5Nl/min.得られた。
【0028】
【発明の効果】以上、実施例から明らかなように、本発
明の水素分離膜は高温下で水素のみを選択的に透過する
水素分離膜として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明水素分離膜の水素分離効果を実証するた
めに使用した試験装置の概略図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 0.1〜20μmの細孔を有する金属多
    孔体の少なくとも一方の表面に、膜厚が50μm以下の
    バナジウム及びパラジウムを含有する薄膜を形成させて
    なることを特徴とする水素分離膜。
JP8366992A 1992-04-06 1992-04-06 水素分離膜 Withdrawn JPH05285355A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008200558A (ja) * 2007-02-16 2008-09-04 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 化学気相析出法を用いた水素透過膜製造装置
WO2012121275A1 (ja) * 2011-03-07 2012-09-13 東京瓦斯株式会社 水素分離膜及び水素分離装置

Cited By (3)

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WO2012121275A1 (ja) * 2011-03-07 2012-09-13 東京瓦斯株式会社 水素分離膜及び水素分離装置
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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19990608