JPH06191802A - 水素ガス分離装置 - Google Patents

水素ガス分離装置

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JPH06191802A JP34440792A JP34440792A JPH06191802A JP H06191802 A JPH06191802 A JP H06191802A JP 34440792 A JP34440792 A JP 34440792A JP 34440792 A JP34440792 A JP 34440792A JP H06191802 A JPH06191802 A JP H06191802A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】水素ガス分離装置において、高温高圧下でのガ
スの漏洩がなく、かつ熱膨張に対する影響のない分離膜
の支持を達成する。 【構成】被処理ガスの流入孔、処理済ガスの第1の流出
孔および第2の流出孔を有する容器10内に、水素ガス
を選択的に透過させる選択透過能を有する透過膜を備え
た水素ガス分離膜21を、その一端をフランジ22に貫
通させて同フランジ22に接着固定した状態で吊下状に
支持し、前記流入孔から流入する被処理ガス中の水素ガ
ス成分を前記透過膜を透過させて第1の流出孔から流出
されるとともに、被処理ガス中の残りのガス成分を前記
第2の流出孔から流出させる水素ガス分離装置であり、
水素ガス分離膜21が耐熱性の無機接着剤24にてフラ
ンジ22に接着されていること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素ガスを含有する被
処理ガス中の水素ガス成分を選択的に分離するための水
素ガス分離装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水素ガスは石油化学の基本素材ガスとし
て大量に使用され、またクリーンなエネルギー源として
期待されている。高純度の水素ガスは、天然ガス、ナフ
サ、石炭、または炭化水素を原料として各種の処理手段
で処理して製造された水素含有ガスから水素ガスを分離
することにより得られる。
【0003】水素ガスを分離する一手段として水素分離
膜を使用する方法があり、なかでも無機多孔質支持体の
少なくとも一側に水素ガスを選択的に透過させる選択透
過能を有する透過膜を備えた水素ガス分離膜を使用する
方法ある。当該水素ガス分離膜としては、特開昭62−
121616号公報、特開昭62−273030号公
報、特開昭63−171617号公報に示されているよ
うに、前記透過膜がパラジウムまたはパラジウム合金を
被着した膜、またはこれらが混在する無機多孔質透過膜
(以下これらの透過膜を総称してパラジウム含有透過膜
ということがある)である水素ガス分離膜が知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したパ
ラジウム含有透過膜を有する水素ガス分離膜を使用して
水素ガスを効率よく分離するには、5〜10気圧で30
0〜500℃という高温、高圧で処理することが有利で
ある。実際にこのような条件の下で水素ガス分離を行う
には、水素ガス分離膜の容器内での支持の仕方が大きな
問題となる。例えば、当該支持部が高温、高圧に十分に
耐えるとともに、当該支持部から被処理ガス、分離され
た純度の高い水素ガス成分、残余のガス成分が漏洩する
ことがないように配慮しなければならず、また高温の下
での容器と水素ガス分離膜との熱膨張の差の当該支持部
に対する影響に配慮しなければならない。
【0005】しかしながら、現在のところ、これらの課
題に対処し得る水素ガス分離装置は提案されていない。
従って、本発明の目的は、これらの課題に対処すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、被処理ガスの
流入孔、処理済ガスの第1の流出孔および第2の流出孔
を有する容器内に、無機多孔質支持体の少なくとも一側
に水素ガスを選択的に透過させる選択透過能を有する透
過膜を備えた水素ガス分離膜を、同水素ガス分離膜の一
端をフランジジに貫通させて同フランジに接着固定した
状態で支持し、前記流入孔から流入する被処理ガス中の
水素ガス成分を前記透過膜を透過させて前記第1の流出
孔から流出させるとともに、前記被処理ガス中の残りの
ガス成分を前記第2の流出孔から流出させる水素ガス分
離装置であり、前記水素ガス分離膜が耐熱性の無機接着
剤にて前記フランジに接着されていることを特徴とする
ものである。
【0007】本発明に係る水素ガス分離装置において
は、下記の構成要件を備えていることが好ましい。
【0008】(1)前記水素ガス分離膜の透過膜がパラ
ジウムまたはパラジウム合金を被着した膜であること。 (2)前記水素ガス分離膜の透過膜がパラジウムまたは
パラジウム合金を混在させた無機多孔質膜であること。 (3)前記水素ガス分離膜が筒状であり、同水素ガス分
離膜の複数本が前記フランジに並列的に貫通された状態
で同フランジに接着されていること。 (4)前記水素ガス分離膜が複数本の内孔を並列的に有
する筒状であること。 (5)前記水素ガス分離膜の内孔の一端が前記第1の流
出孔側に開口し、かつ同内孔の他端が目封じされている
こと。 (6)前記水素ガス分離膜が同水素ガス分離膜の一端側
にて前記容器内に前記フランジを介して吊下状に支持さ
れていること。 (7)前記水素ガス分離膜の他端側が同水素ガス分離膜
の長さ方向の伸縮を許容する支持部材にて支持されてい
ること。
【0009】なお、本発明で使用する無機接着剤として
は、熱膨張が多孔質支持体と同等のセメント、モルタル
等、転移点が550℃以上のガラスが使用される。
【0010】
【発明の作用・効果】かかる構成の水素ガス分離装置に
おいては、水素ガス分離膜をフランジに固着して支持し
た状態で容器内に支持しているものであり、かつ水素分
離膜をフランジに固着する接着剤として耐熱性の無機接
着剤を使用しているため、高温、高圧下での水素ガス分
離に対して十分な耐久性を有するとともに、被処理ガス
および分離ガス成分の漏洩、混合を防止することができ
る。
【0011】また、本発明の水素ガス分離装置におい
て、前記水素ガス分離膜が同水素ガス分離膜の一端側に
て前記容器内に前記フランジを介して吊下状に支持すれ
ば、高温下での容器と水素ガス分離膜との熱膨張差を吸
収することができる。特に、吊下状に支持した水素ガス
分離膜をその他端側にて同水素ガス分離膜の長さ方向の
伸縮を許容する支持部材にて支持するようにすれば、水
素ガス分離膜が一層安定した状態で支持される。
【0012】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
るに、図1には本発明の一実施例に係る水素ガス分離装
置が示されている。当該水素ガス分離装置は、300〜
500℃で5〜10気圧という高温、高圧の下での水素
ガス分離が行えるように設計された装置であり、容器1
0内に水素ガス分離膜ユニット20を収容して形成され
ている。容器10は容器本体11と、蓋体12と、各流
路を形成する第1パイプ13,第2パイプ14,第3パ
イプ15とにより構成されている。
【0013】容器本体11は有底筒体で上端開口部を有
し、同開口部の外周縁部に外向フランジ11aが溶接さ
れている。また、容器本体11はその外周部に一対の貫
通口を有し、各貫通口には各パイプ13,14が嵌合し
て溶接されている。各パイプ13,14は筒体13a,
14aの先端の外周縁部に外向フランジ部13b,14
bが溶接されている。第1パイプ13は被処理ガスの流
入路P1を形成しており、かつ第2パイプ14は水素ガ
スの除去された処理済ガスの流出路P2を形成してい
る。
【0014】蓋体12は頂部を有する椀形で下端開口部
を有し、同開口部の外周縁部に外向フランジ12aが溶
接されている。また、蓋体11の頂部の中央部には貫通
口を有し、この貫通口に第3パイプ15が嵌合して溶接
されている。第3パイプ15は筒体15aの先端の外周
部に外向フランジ部15bを備えていて、分離された水
素ガス成分の流出路P3を形成している。
【0015】水素ガス分離膜ユニット20(以下分離膜
ユニットという)は図1および図2に示すように、筒状
の複数本の分離膜21と、上下一対のフランジ22,2
3とからなり、分離膜21はアルミナ、シリカーアルミ
ナ、ムライト、コージェライト、ジルコニア等のセラミ
ック質の多孔質支持体の外周面に、適宜の手段でパラジ
ウム膜またはパライジウム合金膜を積層して被着して形
成されている。また、多孔質支持体は例えばセラミック
質の粉末材料を混練してパイプ状に押出成形後、焼成し
て形成される。各分離膜21の一端は開口しているとと
もに、他端は多孔質支持体と同一材料で目封じされてい
る。
【0016】各フランジ22,23は円形を呈するセラ
ミック質のもので、多孔質支持体と同材質のものである
ことが好ましく、分離膜21の外径よりわずかに大きい
直径の貫通孔22a,23aを複数備えている。分離膜
21は各端部を各フランジ22,23の貫通孔22a,
23aに貫通させた状態で無機接着剤24にて接着固定
されている。無機接着剤24は耐熱性のもので、熱膨張
が多孔質支持体と同等のセメント、モルタル等、転移点
が550℃以上のガラスが好適に使用される。これによ
り、各分離膜21は互いに並列して両フランジ22,2
3に支持されて、分離膜ユニット20を構成している。
【0017】本実施例において、分離膜ユニット20は
上側フランジ22を小径の支持プレート16と大径の支
持プレート17により気密的に挟持されており、大径の
支持プレート17の外周縁部を容器本体11の外向フラ
ンジ部11aと蓋体12の外向フランジ部12aとによ
り気密的に挟持させて締め付け固定されている。分離膜
ユニット20はこの状態で容器10内に吊下状に支持さ
れて容器本体11内に延びており、各分離膜21の一端
が蓋体12内に開口している。
【0018】かかる構成の水素ガス分離装置において
は、第1パイプ13が形成する流入路P1から被処理ガ
スが容器10の容器本体11内に供給される。被処理ガ
スは水素ガスおよび炭酸ガスを主要成分とする300〜
500℃の高温のもので、所定の高圧例え5〜10気圧
の圧力で容器本体11内に供給される。供給された被処
理ガスは第2パイプ14が形成する第1流出路P2から
流出されるが、この間被処理ガス中の水素ガス成分が各
分離膜21を選択的に透過して分離膜21の内孔21a
内に流入する。分離膜21の内孔21a内に流入した水
素ガス成分は一端開口部から蓋体12内を経て第3パイ
プ15が形成する第2流出路P3から流出する。なお、
かかる水素ガス分離に当たっては必要により、第1流出
路P2から流出する処理済ガスを流入路P1に還流して、
再度分離処理に供することもできる。
【0019】ところで、当該水素ガス分離装置において
は、各分離膜21を各フランジ22,23に固着して支
持した分離ユニット20の状態で容器10内に支持して
いるものであり、かつ分離膜21を各フランジ22,2
3に固着する接着剤として耐熱性の無機接着剤24を使
用しているため、高温、高圧下での水素ガス分離に対し
て十分な耐久性を有するとともに、被処理ガスおよび分
離ガス成分の漏洩、混合を防止することができる。ま
た、当該水素ガス分離装置において、分離膜ユニット2
0を同分離膜ユニット20を構成する各分離膜21の一
端側にて容器10内にフランジ22を介して吊下状に支
持しているため、高温下での容器10と分離膜ユニット
20との熱膨張差を吸収することができる。
【0020】なお、本実施例の水素ガス分離装置におい
ては水素ガス分離膜として、複数の筒状の分離膜21を
互いに並列的に配置して一体化した分離膜ユニット20
を採用した例について説明したが、本発明においては水
素ガス分離膜として下記の形状の分離膜を採用すること
ができるとともに、下記のごとく使用することができ
る。
【0021】(1)円柱状の多孔質体に互いに並列する
複数または多数の貫通孔を有するモノリス型またはハニ
カム型の多孔質支持体の各貫通孔の内周または同支持体
の外周に選択透過膜を形成した水素分離膜を採用するこ
と。 (2)被処理ガスを水素ガス分離膜の一端開口部から内
孔内に供給して他端開口部から流出させるとともに、こ
の間に水素ガス成分を選択透過膜を通して選択的に分離
するとともに、分離された水素ガス成分を多孔質支持体
内を透過して流出させる。 (3)容器内に一端側にて吊下状に支持した水素ガス分
離膜の他端側をバネ手段等により弾撥的に支持して、同
水素ガス分離膜の長さ方向の伸縮をバネ手段等によりと
許容するようにする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る水素ガス分離装置の一
部省略縦断面図である。
【図2】同装置の部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
10…容器、11…容器本体、12…蓋体、11a,1
2a…外向フランジ部、16,17…支持プレート、2
0…水素ガス分離膜ユニット、21…分離膜、22,2
3…フランジ、24…接着剤、P1…流入路、P2,P3
…流出路。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理ガスの流入孔、処理済ガスの第1の
    流出孔および第2の流出孔を有する容器内に、無機多孔
    質支持体の少なくとも一側に水素ガスを選択的に透過さ
    せる選択透過能を有する透過膜を備えた水素ガス分離膜
    を、同水素ガス分離膜の一端をフランジジに貫通させて
    同フランジに接着固定した状態で支持し、前記流入孔か
    ら流入する被処理ガス中の水素ガス成分を前記透過膜を
    透過させて前記第1の流出孔から流出させるとともに、
    前記被処理ガス中の残りのガス成分を前記第2の流出孔
    から流出させる水素ガス分離装置であり、前記水素ガス
    分離膜が耐熱性の無機接着剤にて前記フランジに接着さ
    れていることを特徴とする水素ガス分離装置。
  2. 【請求項2】前記水素ガス分離膜の透過膜がパラジウム
    またはパラジウム合金を被着した膜であることを特徴と
    する請求項1に記載の水素ガス分離装置。
  3. 【請求項3】前記水素ガス分離膜の透過膜がパラジウム
    またはパラジウム合金を混在させた無機多孔質膜である
    ことを特徴とする請求項1に記載の水素ガス分離装置。
  4. 【請求項4】前記水素ガス分離膜が筒状であり、同水素
    ガス分離膜の複数本が前記フランジに並列的に貫通され
    た状態で同フランジに接着されていることを特徴とする
    請求項1に記載の水素ガス分離装置。
  5. 【請求項5】前記水素ガス分離膜が複数本の内孔を並列
    的に有する筒状であることを特徴とする請求項1に記載
    の水素ガス分離装置。
  6. 【請求項6】前記水素ガス分離膜の内孔の一端が前記第
    1の流出孔側に開口し、かつ同内孔の他端が目封じされ
    ていることを特徴とする請求項4または5に記載の水素
    ガス分離装置。
  7. 【請求項7】前記水素ガス分離膜が同水素ガス分離膜の
    一端側にて前記容器内に前記フランジを介して吊下状に
    支持されていることを特徴とする請求項1,4,5また
    は6に記載の水素ガス分離装置。
  8. 【請求項8】前記水素ガス分離膜の他端側が同水素ガス
    分離膜の長さ方向の伸縮を許容する支持部材にて支持さ
    れていることを特徴とする請求項7に記載の水素ガス分
    離装置。
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