JPS598602A - Method of separating hydrogen from mixed gas - Google Patents
Method of separating hydrogen from mixed gasInfo
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- JPS598602A JPS598602A JP57115299A JP11529982A JPS598602A JP S598602 A JPS598602 A JP S598602A JP 57115299 A JP57115299 A JP 57115299A JP 11529982 A JP11529982 A JP 11529982A JP S598602 A JPS598602 A JP S598602A
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- Gas Separation By Absorption (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は水素を利用して混合ガス流から水素を分離する
方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of separating hydrogen from a mixed gas stream using hydrogen.
水素を含んだ混合ガス流の精製および分離方法として一
般的に二つの方法が使用されている。第1の精製方法で
は、汚染物が吸着され、′nI製水素が層を通過してゆ
き、もう一つの方法では、水素化可能な物質との接触に
より水素が除去され、汚染物が層を通過してゆく。下記
に第1の方法に関(II 5 頁)
する特許を列挙する;
米国特許第3,839,847号が、水素が混入してい
る汚染ガスをシリカゲル、モレキュラーシーブ、活性炭
の如き吸収剤によって吸収し、水素を純粋形状で貫通さ
せることによる、水素を豊富に含んでいる(97チ以上
)ガス流を精製するだめの多段反応器断熱圧力スイング
サイクルを開示している。Two methods are commonly used to purify and separate hydrogen-containing mixed gas streams. In the first purification method, the contaminants are adsorbed and the 'nI hydrogen passes through the layer; in the other, the hydrogen is removed by contact with a hydrogenatable material and the contaminants pass through the layer. passing through. The patents relating to the first method (II page 5) are listed below; U.S. Pat. A multi-stage reactor adiabatic pressure swing cycle is disclosed for purifying hydrogen-rich (97+) gas streams by absorbing and passing hydrogen through in pure form.
上記米国特許は、更に、組み合せの熱容量、熱伝導性及
び密度に関して選択された吸着剤の適切な組み合せ、例
えば、6−10米国基準メツシュのシリカゲルと、粒状
の(6−10米国基準メツシュ)アルミニウム又は鉄若
しくは鋼の如き他の物質との組み合せによって、等温作
業に達するために吸着と脱着サイクル間の層内での温度
の変動の調節を示唆している。The above US patent further describes suitable combinations of adsorbents selected with respect to their combined heat capacity, thermal conductivity and density, such as 6-10 US standard mesh silica gel and granular (6-10 US standard mesh) aluminum. or in combination with other materials such as iron or steel, suggesting adjustment of temperature fluctuations within the bed between adsorption and desorption cycles to reach isothermal operation.
米国特許第3,141,748号は、水素と炭化水素化
合物の混合物とを含んでいる蒸気流から純粋な水素を回
収する方法を開示している。この方法では、水素に対し
てよりも炭化水素に対する親和力が大きい吸着剤、例え
ば活性炭又はアルξナを選択、(第 6 頁)
使用し、水素が比較的純粋な(99,0十モル・量−セ
ント水素)流れとして吸収層を貫通する。二段脱圧力段
階方法が使用される。U.S. Pat. No. 3,141,748 discloses a method for recovering pure hydrogen from a vapor stream containing hydrogen and a mixture of hydrocarbon compounds. In this method, an adsorbent with a greater affinity for hydrocarbons than for hydrogen, such as activated carbon or alumina, is selected (page 6), and the hydrogen is relatively pure (99,000 mol. - cent hydrogen) as a flow through the absorbing layer. A two-step depressurization step method is used.
第2の種類の水素精製方法は水素化可能な物質を使用し
ており、このような物質が水素と化学的に結合していて
金属水素化物を形成している。従って、上記の方法とは
異なって水素が吸着され、汚染物質が通過する。下記の
特許は水素化可能な物質を使用しての水素の分離又は貯
蔵及び貯蔵方法に関するものである;
米国特許第3,793,435号は、水素をOa +
Na r CO+co2. H8o及びCH,の如き他
の気体物質から分離する方法を開示して−る。分離は混
合ガスを分布形状の稀土類ランタンと活性状態のニッケ
ルとの合金と接触させることによって行なわれ、金属が
水素との接触時に水素化物を形成する。室温での凝集を
防ぐために175psiaの初期圧力で不活性の高多孔
性の充填物質を収容している管状の反応器に混合ガスを
通し、116−133psiaの圧力で流出ガスを除去
し、その後圧力を25psiaに低下させて(第 7
頁)
脱着を行なうことによって水素の分離が行なわれる。A second type of hydrogen purification process uses hydridable materials, where such materials are chemically combined with hydrogen to form metal hydrides. Therefore, hydrogen is adsorbed and pollutants pass through, unlike the methods described above. The following patents relate to hydrogen separation or storage and storage methods using hydrogenatable materials; U.S. Pat. No. 3,793,435 deals with hydrogen
Na r CO + co2. A method for separating H8o and CH from other gaseous substances is disclosed. Separation is carried out by contacting the gas mixture with an alloy of rare earth lanthanum in a distributed configuration and nickel in an active state, the metals forming hydrides upon contact with hydrogen. The mixed gas is passed through a tubular reactor containing an inert highly porous packing material at an initial pressure of 175 psia to prevent agglomeration at room temperature, the effluent gas is removed at a pressure of 116-133 psia, and then the pressure to 25 psia (7th
Page) Hydrogen is separated by desorption.
米国特許第4,036,944号は、水素溶剤を使用し
て、混合ガス及び廃ガス流、とりわけ、製油所カンらの
廃ガス流から水素を回収する等温方法を開示している。U.S. Pat. No. 4,036,944 discloses an isothermal method for recovering hydrogen from mixed gas and waste gas streams, particularly refinery Kang et al. waste gas streams, using hydrogen solvents.
水素吸収剤は水素化可能な物質、例えば、5ニツケルラ
ンタンの合金と高分子結合剤とを含んでいる。吸収剤は
任意に、銅、ニッケル又は鉄の如き不活性成分を含んで
いる。このような成分は吸着工程において冷却用放熱子
及び熱調節剤用に有用であると言われている。特定の高
分子結合剤マ) IJラックス水素吸収剤の耐摩耗性を
改善し、このような結合剤はポリスチレン−ポリブタジ
ェンとポリイソルンーポリスチレンのブロック共重合体
を含んでいる。実施例には、吸収剤−結合剤のペレット
が充填されている反応器管を収容していて、等温条件を
維持するための冷却水を通過させるためのジャケットが
反応器周囲に設けられている固定層反応器の使用を示し
ている。The hydrogen absorbent includes a hydrogenatable material, such as an alloy of 5 nickel lanthanum, and a polymeric binder. The absorbent optionally contains inert ingredients such as copper, nickel or iron. Such components are said to be useful for cooling heat sinks and thermal modifiers in adsorption processes. Certain polymeric binders improve the abrasion resistance of IJ Lux hydrogen absorbers; such binders include block copolymers of polystyrene-polybutadiene and polyisolune-polystyrene. Examples include reactor tubes filled with absorbent-binder pellets and a jacket around the reactor for passage of cooling water to maintain isothermal conditions. The use of a fixed bed reactor is shown.
15チの水ガラスを含んでいるランタンニッケル粉末及
び高分子結合剤を含んでいないランタンニッケルー銅粉
末混合物(銅粉末の添加量は犯重量%まで)のペレット
が膨張を減じるために使用されている。水素化時の結果
用は4チ以上膨張し、2サイクルの水素化後に崩壊した
。Pellets of lanthanum nickel powder containing 15 g of water glass and lanthanum nickel-copper powder mixture without polymeric binder (addition of copper powder up to % by weight) are used to reduce expansion. There is. The resulting product expanded by more than 4 cm during hydrogenation and collapsed after two cycles of hydrogenation.
米国籍M’第4,185,979号は貯蔵容器に収容さ
れている金属水素化物に対して及び水素化物から熱を伝
達する方法を開示している。従来技術では、水素化物物
質の層全体に一定間隔で管が配置されていて、熱交換物
質がこれらの管の外側に循環させられ、所望に応じて反
応器を加熱、冷却し丸。U.S. Pat. No. 4,185,979 discloses a method for transferring heat to and from a metal hydride contained in a storage vessel. In the prior art, tubes are placed at regular intervals throughout the bed of hydride material, and a heat exchange material is circulated outside these tubes to heat and cool the reactor as desired.
他の方法では、所望に応じての吸収又は脱着のためにガ
ス流を形成又は冷却する手段としてガス自体を使用して
いた。Other methods have used the gas itself as a means to form or cool the gas stream for absorption or desorption as desired.
米国時14F第4 、108 、605号は、水素化物
形成物質によって水素の吸収が行なわれる水素化物容器
にガスを通すことによって水素と不純ガスとの混合物を
処理する方法を開示している。7yC素化物形成物質か
らの水素と不純物の吸収と放出とを容易にするために、
冷却流体ボ/ゾと熱交換器及び加熱(第 9頁)
流体ポンプと熱交換器とが設けられている。US 14F No. 4,108,605 discloses a method for treating a mixture of hydrogen and impure gases by passing the gas through a hydride vessel in which absorption of the hydrogen takes place by a hydride-forming substance. To facilitate the absorption and release of hydrogen and impurities from the 7yC compound-forming material,
Cooling Fluid Bo/Zo, Heat Exchanger and Heating (Page 9) A fluid pump and a heat exchanger are provided.
米国特許第4,079,523号、第4,096,63
9号、第4.096,641号及び第4,079,52
3号はガス流から水素を回収するのに適している種々の
水素化可能な合金を開示している。U.S. Patent Nos. 4,079,523 and 4,096,63
No. 9, No. 4.096,641 and No. 4,079,52
No. 3 discloses various hydrogenatable alloys suitable for recovering hydrogen from gas streams.
米国特許第4,135,621号、第4,134,49
0号、第4.134,491号及び第4,133,42
6号は水素を貯蔵するための系として金属水素化物の境
内に分布されている、見かけ密度の低い固体の伸長粒子
の使用を開示している。水素化可能な金属と粒状固体、
すなわちニッケル粉末の如き金属粉末との混合物が水素
貯蔵容器に添加されている。充填密度が粉末自体の理論
8度の(資)チ以上にならないように結合されている乾
燥珪藻土、リグニン、金属ホイスカーの使用も開示され
ている。タア/特許は折りたたみ可能な構造の使用を開
示している。U.S. Patent Nos. 4,135,621 and 4,134,49
No. 0, No. 4,134,491 and No. 4,133,42
No. 6 discloses the use of solid elongated particles of low apparent density distributed within the confines of a metal hydride as a system for storing hydrogen. hydrogenatable metals and granular solids,
That is, a mixture with metal powder, such as nickel powder, is added to the hydrogen storage container. Also disclosed is the use of dry diatomaceous earth, lignin, and metal whiskers combined such that the packing density is no greater than 8 degrees of theory of the powder itself. The Taa patent discloses the use of collapsible structures.
別の文献では、サンド四ツク等(8androck e
tal)が、発熱水素化中に発生されたエネルギーを回
収するために水素化物貯蔵物質と共に熱パラストを使用
する断熱方法を開示しており、回収され(flilo頁
)
たエネルギーは熱バラスト内に貯蔵される。実施例は、
水素化中に発生された熱を回収するだめの熱パラストと
して水又は溶融硫酸ナトリウム、10水素化物の浴の使
用と、脱着を強化するだめの浴からの熱の回収とを示し
ている。In another paper, Sandozuk et al.
tal) discloses an adiabatic method that uses a thermal ballast with a hydride storage material to recover the energy generated during exothermic hydrogenation, and the recovered energy is stored within the thermal ballast (page flilo). be done. Examples are:
The use of a bath of water or molten sodium sulfate, decahydride as a thermal pallad in the reservoir to recover the heat generated during hydrogenation, and the recovery of heat from the reservoir bath to enhance desorption.
本発明は混合ガスから水素を分離するための改良された
断熱式方法に関する。本発明の改良により、最小限の必
要エネルギーを使用して速いサイクル時間を達成し、す
ぐれた層効率を得ることができる。断熱式水素分離方法
の改良は以下から成る:
(a) 複合物が初期水素圧力、水素濃度及び温度(
Pz r ”x 、Tz )から最終水素圧力、水素濃
度及び温度(P21 CII、 Ta)に移り、P、I
がP□よりも大きくCIIがC1よ抄も大畠くてC4−
C1が理論水素化容量の少なくとも5o優を成し、Tl
lがT↓よりも大きい条件下で水素化可能な物質と不活
性熱バラストとの均質複合物を含んでいて、この複合物
が水素化物物質の理論エネルギーの少なくとも50チを
吸収で龜るような量で上lのバフストが含まれている膚
を(第11頁)
通って水素を含んでいる混合ガスを通過させることと;
(b) 圧力を低下させ、水素化物形成エネルギーを
脱着に利用して、層から水素を脱着すること。The present invention relates to an improved adiabatic method for separating hydrogen from a gas mixture. The improvements of the present invention allow fast cycle times to be achieved using minimal energy requirements and superior bed efficiencies. The improvements to the adiabatic hydrogen separation process consist of: (a) The composite is controlled by the initial hydrogen pressure, hydrogen concentration and temperature (
Moving from Pz r ”x , Tz ) to the final hydrogen pressure, hydrogen concentration and temperature (P21 CII, Ta), P, I
is larger than P□, CII is C1, and Sho is also Ohata, so C4-
C1 dominates the theoretical hydrogenation capacity by at least 5o, Tl
comprising a homogeneous composite of a material capable of hydridation and an inert thermal ballast under conditions where l is greater than T↓, such that the composite absorbs at least 50 g of the theoretical energy of the hydride material; (p. 11) passing a hydrogen-containing gas mixture through the skin containing the above amount of buffst (page 11); (b) reducing the pressure and utilizing the hydride formation energy for desorption; to desorb hydrogen from the layer.
上記の方法で本発明の方法を実行することにより、複合
物内に保持されている反応熱を利用して断熱式圧力スイ
ング方法を達成し、水素化物の脱着を行ない、非常に速
い吸収及び脱着速度を得ることができる。更に、層を相
当に、例えば50%以上使用することができ、熱パラス
トが水素化可能な物質と密に接触しているので水素化可
能な物質の摩耗を最小限とし、系と外部環境間のエネル
ギーの移動を最小限にとどめることができる。By carrying out the method of the invention in the manner described above, the heat of reaction retained within the composite is utilized to achieve an adiabatic pressure swing process for hydride desorption, resulting in very fast absorption and desorption. You can get speed. Furthermore, the layer can be used considerably, e.g. 50% or more, minimizing wear of the hydridable material since the thermal parast is in intimate contact with the hydridable material, and reducing the distance between the system and the external environment. energy transfer can be kept to a minimum.
以下添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
本発明、とりわけ、外部熱バラスト又は等温作業に対す
る水素化可能な物質と熱パラストとの複合材料の使用の
重要性の理解を容易にするために第1図を参照する。第
1図に、LaN13 Ha系のあ℃及び100℃に対
する2本の等温平衡曲線が図示されており、水素の分圧
(p)の対数(縦@)が層容It(C1(横軸)に対し
てプロットされている、すなわち、水素対金属比(H/
M)が図示されている。To facilitate an understanding of the significance of the present invention, particularly the use of external thermal ballasts or composite materials of hydridable materials and thermal ballasts for isothermal operations, reference is made to FIG. Figure 1 shows two isothermal equilibrium curves for the LaN13Ha system at ℃ and 100℃, where the logarithm (vertical @) of the hydrogen partial pressure (p) is the layer volume It i.e. hydrogen to metal ratio (H/
M) is illustrated.
例えば、本発明の方法の出発点は、#I1図を#照する
と、水素分圧(P工)が50psi、初期水素濃度が0
1.38’C(Tl)の出発条件において、 38”C
等温曲線に沿った点である点Aである。非バラスト状の
水素化物形成金属素材を収容している断熱反応器の加圧
時には線A −B’に沿って圧力及び充填曲線を横切っ
て、100℃の等温曲線上の、分圧P、と水素濃度C1
/とを有する点B′に達する。この系では、CよIと0
0との間の差かられかるようにほんのわずかの水素しか
吸収されない。部分バラスト化系では水素化可能金属素
材が線A−Bを横切る。従って、反応塊によって得られ
る蝦終的干衡状態は100’C等温曲線のより高い荷重
端部における点、すなわち点Bにおいて達成される。し
かし、100℃等隠曲線上のB“に対応する実質的に完
全な充填を達成することができるように下記に示す如く
にバラストの量を調節可能である。等温系では、径路線
あ℃(第13頁)
等温線上を点Cまで続く。For example, referring to diagram #I1, the starting point for the method of the present invention is that the hydrogen partial pressure (P) is 50 psi and the initial hydrogen concentration is 0.
At a starting condition of 1.38'C (Tl), 38"C
Point A is a point along the isothermal curve. When pressurizing an adiabatic reactor containing a non-ballasted hydride-forming metal material, the partial pressure P, along the line A-B' across the pressure and filling curve, is Hydrogen concentration C1
A point B' with / is reached. In this system, C, I and 0
As can be seen from the difference between 0 and 0, only a small amount of hydrogen is absorbed. In a partially ballasted system, the hydridable metal material crosses line A-B. Therefore, the terminal equilibrium state obtained by the reaction mass is achieved at a point at the higher loading end of the 100'C isotherm, ie at point B. However, the amount of ballast can be adjusted as shown below so that a substantially complete filling corresponding to B" on the 100° C. isotopic curve can be achieved. In an isothermal system, the path (Page 13) Continue on the isotherm to point C.
従来の問題点は、径路A−B“に沿った、断熱系内では
径路A−Hに沿った、更に等温系内では径路A−Cに沿
った吸収と脱着とが特に大きな反応器内では遅いことで
あった。従って、混合ガスの分離を行なうにあたっての
水素化可能な物質の商業上の使用が制限されていた。本
発明では、空間的に分布している形状で断熱方法に対し
て特定の関係を有している水素化可能な物質と熱パラス
トとの複合材料を使用することによって、従来の構造の
系におけるよりも、急速に線A−B“、更に一般的には
径路A−BをたどることがOT能である。The conventional problem is that absorption and desorption along path A-B'', in an adiabatic system along path A-H, and in an isothermal system along path A-C is particularly large in the reactor. This has limited the commercial use of hydrogenatable materials in performing the separation of gas mixtures.In the present invention, the use of hydrogenatable materials in a spatially distributed configuration for adiabatic methods has been limited. By using a composite material of a hydridable material and a thermal pallast having a specific relationship, the line A-B", and more generally the path A -Tracing B is an OT ability.
水素化可能な物質が空間的に分布した状態で共に結合し
て複合材料を形成しているバラスト材料は、鋼、ニッケ
ル、アルミニウム又は鉄の如き不活性の、小さな粒状の
物質である。普通は、バラストは良好な熱伝導性と、水
素化後の水素化可能な物質の粒径の約1−100f&の
粒径とを有している(しかし、4メツシユを越えること
なく、、40メツシエ以下であることが好都合である)
。多くの(#114頁)
場合には、水素化後の水素化可能な物質の粒度の直径は
サブ建クロンから100メツシユであp1バラストも類
似の大きさである。Ballast materials, in which hydridable materials are bound together in a spatially distributed manner to form composite materials, are inert, small particulate materials such as steel, nickel, aluminum or iron. Normally, the ballast has good thermal conductivity and a particle size of about 1-100f of the particle size of the hydrogenatable material after hydrogenation (but not exceeding 4 meshes, (It is convenient if it is less than Messier)
. In many (#114) cases, the particle size diameter of the hydrogenatable material after hydrogenation is sub-diameter to 100 mesh and the p1 ballast is of similar size.
パラスト材料を表現するために使用されている「空間的
に分布されている」という用語は、ランダムに分布して
いて水素化可能な物質と接触する個々の粒子として存在
しているパラスト材料を示すために使用されており;更
に、パラスト材料を水素化可能な物質と共に焼結して、
バラストと結合している一体的な複合構造を形成するこ
とによって得られる如き網状構造として存在しているパ
ラスト材料、特に、5androck’ at al
の名前で出願された、本明細書に引用されて−る米国
特許顧に開示されているペレットの形状のバラスト材料
:簿い層状の水素化可能な物質が接着されている球体の
如き一種類又は多種のペレットとして存在しているバラ
スト材料:上記のいずれかの組み合せ、例えば、網状構
造とランダムに分布している粒子との組み合せ、又はラ
ンダムに分布している等軸状の粒子とランダムに分布し
てbる微細なワイヤ(第15頁)
状又はファイバ状の粒子との組み合せとしてのペレット
として存在しているパラスト材料を示すために使用され
ている。The term "spatially distributed" used to describe a pallast material indicates a pallast material that is randomly distributed and exists as individual particles in contact with the hydridable material. Additionally, the pallast material is sintered with a hydridable material to
Palast material present as a network structure, such as obtained by forming an integral composite structure bonded to the ballast, in particular 5androck' at al.
Ballast material in the form of pellets disclosed in the U.S. Patent Application filed in the name of U.S. Pat. or ballast material present as multispecies pellets: any combination of the above, e.g. a network structure with randomly distributed particles, or randomly distributed equiaxed particles with randomly distributed particles. Used to refer to pallast material present as pellets in combination with distributed fine wire-like or fiber-like particles (page 15).
断熱式反応器では、複合材料において使用されている熱
シ(ラストの量が、部分的に、供給流から除去される水
素の量を調節する。他の要因には、供給流の水素分圧、
水素化可能な物質の種類、供給流の温度と速度、所望の
水素回収圧力等が含まれる。熱バラストの量が少なすぎ
ると、全反応器質量(熱バラストプラス水素化可能な物
質)が発熱水素化反応によって温度Tatで加熱される
ので、水素化可能な物質が完全に水素化物に転化する以
前に水素化反応が停止する。温度T11は、供給流内の
水素分圧及び特定の水素化可能な物質に対して存在する
圧力一温度関係によって定められる。熱バラストが臨界
量を越えると、発熱水素化反応によって提供されるエネ
ルギーが反応器をT2に加熱するには不十分になる。こ
の場合には、水素化反応が急速に進んで完了するが、反
応塊の最終温度が所望の値Taよりも低い。この温度が
低いことは、層容積が効果的に使用されていないことと
、脱着中に得られる水素圧力が低い仁とを示している。In adiabatic reactors, the amount of thermal sieving used in the composite partially controls the amount of hydrogen removed from the feed stream. Other factors include the hydrogen partial pressure of the feed stream. ,
These include the type of hydrogenatable material, the temperature and rate of the feed stream, the desired hydrogen recovery pressure, etc. If the amount of thermal ballast is too small, the entire reactor mass (thermal ballast plus hydridable material) will be heated by the exothermic hydrogenation reaction at temperature Tat, so that the hydridable material will be completely converted to hydride. The hydrogenation reaction stops earlier. Temperature T11 is determined by the hydrogen partial pressure within the feed stream and the pressure-temperature relationship that exists for the particular hydrogenatable substance. If the thermal ballast exceeds a critical amount, the energy provided by the exothermic hydrogenation reaction will be insufficient to heat the reactor to T2. In this case, the hydrogenation reaction proceeds rapidly to completion, but the final temperature of the reaction mass is lower than the desired value Ta. This low temperature indicates that the bed volume is not used effectively and that the hydrogen pressure obtained during desorption is low.
所望の量の熱バラストを使用した場合には、水素化可能
な物質が完全に水素化した時にちょうど反応塊が出発温
度T1から最終温度Tgに上昇し、このような電性の熱
バラストの重量対水素化可能な物質の比を理論比と呼ぶ
。If the desired amount of thermal ballast is used, the reaction mass will rise from the starting temperature T1 to the final temperature Tg just when the hydrogenatable material is completely hydrogenated, and the weight of such electrically conductive thermal ballast will increase. The ratio of hydridable material to stoichiometric ratio is called the stoichiometric ratio.
本発明では、外部バラスト又は熱伝達手段を使用するこ
となく理論比の少なくとも50%、好ましくは90q6
を達成するために十分な熱バラストを供給することが必
要である。過剰のバラストを使用することは望ましくな
い。従って、理論比の(イ)−150俤の範囲のバラス
トが使用される。In the present invention, at least 50% of the theoretical ratio, preferably 90q6, without the use of external ballast or heat transfer means.
It is necessary to provide sufficient thermal ballast to achieve this. It is undesirable to use excess ballast. Therefore, a ballast with a theoretical ratio (a) in the range of -150 yen is used.
上記のレベルを達成するためのバラスト材料の50−の
最小必要量は、初期温度を確かめ、水素化可能な物質と
バラストとの熱吸収特性を算定し、存在する量の水素化
可能な物質の水素化によって放出される熱(△H)を確
かめ、水素化物に対する水素の平衡圧力が供給ガス内の
水素の分圧に等しい温度を確かめ、初期温度(Tl)と
最高杵容温度(第17頁)
(T2)との差によって△Tを測定し、との△Tと反応
器内に存在する材料の総熱吸収量△Hとの関係から下記
の式の如くにバラストの未知量を求めることによって定
められる。△Tは少なくとも10℃であり、一般的には
加から80℃の範囲内にある。The minimum required amount of ballast material to achieve the above levels is determined by ascertaining the initial temperature, calculating the heat absorption characteristics of the hydridable material and the ballast, and determining the amount of hydridable material present. Check the heat released by hydrogenation (△H), check the temperature at which the equilibrium pressure of hydrogen on the hydride is equal to the partial pressure of hydrogen in the feed gas, check the initial temperature (Tl) and the maximum punch temperature (page 17). ) Measure △T by the difference from (T2), and calculate the unknown amount of ballast from the relationship between △T and the total heat absorption amount △H of the materials present in the reactor as shown in the formula below. determined by. ΔT is at least 10°C and generally within the range of +80°C.
高分子結合剤を使用するよりもペレット結合剤としてパ
ラスト材料を含んでいるペレットを使用することが好都
合である。このようなペレットはずっと容易に熱の伝達
を行ない、吸収、脱着速蜜が速い。この点において、L
aNi5の如き水素化可能な物質とニッケル又は他の焼
結可能な金属粉末とを焼結することによってペレットを
形成することが好都合である。焼結は、加圧又は他の方
法で(例えば押出し及びスライシング)によってペレッ
トに形成されている混合量のLaNi5と金属粉末とを
加熱す石ことによって行なうことが好都合である。ニッ
ケルの場合には、約700℃から約900(第18頁)
℃の温度で約0.1から約2時間で焼結を行なうことが
できる。It is advantageous to use pellets containing pallast material as pellet binder rather than using polymeric binders. Such pellets transfer heat much more easily and have faster absorption and desorption rates. In this respect, L
It is convenient to form pellets by sintering a hydridable material such as aNi5 and nickel or other sinterable metal powder. Sintering is conveniently carried out by heating a mixed amount of LaNi5 and metal powder which have been formed into pellets by pressure or other methods (eg extrusion and slicing). In the case of nickel, sintering can be carried out at temperatures of about 700°C to about 900°C for about 0.1 to about 2 hours.
水素化物形成材料とバラスト粉末とを、約O1旧から5
重tSの割合のシリコーンゴムの如き樹脂結合剤と結合
することによってペレットを形成することもでへる。こ
の固形混合物は、普通は、約4グラムのtliを有して
いて、高さ1.5インチ、直径IAインチの円筒状の形
状を成している。The hydride-forming material and ballast powder were combined at approximately O1 to O5.
Pellets can also be formed by combining with a resin binder such as a silicone rubber in a heavy tS proportion. This solid mixture typically has a tli of about 4 grams and is in the form of a cylinder 1.5 inches tall and IA inch diameter.
1.000から30,000pslの圧力下でペレット
製造可能な高圧ペレタイザーを使用することが好都合で
ある。加圧ペレットは、使用以前に、例えば1/4分割
円筒形状で一辺が約1/4インチのセグメントに切断す
ることもできる。イレノト化複合物を切断するのは、複
合物全体の水素反応及び脱着用の表面積を増大するため
である。切断ペレットは、更に、使用以前に例えば高圧
水素にさらすことによって活性化することが好都合であ
る。しかし、実施例かられかるように、グラスチック又
は島分子結合剤がペレット内の熱伝達を抑制し、反応の
前端長さ及び前端速度が不適切になることが多い。It is advantageous to use a high pressure pelletizer capable of producing pellets under pressures of 1.000 to 30,000 psl. Prior to use, the pressurized pellets can be cut into segments, eg, quarter-cylindrical, about 1/4 inch on a side. The purpose of cutting the ilenotated composite is to increase the surface area of the entire composite for hydrogen reaction and desorption. The cut pellets are advantageously further activated prior to use, for example by exposure to high pressure hydrogen. However, as can be seen from the examples, the plastic or island binder inhibits heat transfer within the pellet, often leading to inappropriate reaction front lengths and front velocities.
(第19頁)
本発明の作業性、とりわけ、例えば10秒間以下の短サ
イクル時間に水素化可能な物質によって水素を急速に吸
着及び1又は放出せしめるために重要なことは、熱バラ
ストと水素化可能な物質量の熱伝達路を短くすることに
よって反応粒子に対する熱の除去又は供給を速くするこ
とである。熱伝達路は、熱バラスト物質と水素化可能な
物質の小型粒子を混合して、反応器内で使用される如き
槓レットの形状の複合物を形成することによって確実に
短くすることができる。(Page 19) What is important about the workability of the present invention, especially the rapid adsorption and release of hydrogen by a material that can be hydrogenated in a short cycle time of, for example, 10 seconds or less, is the thermal ballast and hydrogenation process. The goal is to speed up the removal or supply of heat to the reactant particles by shortening the heat transfer path for the amount of material available. The heat transfer path can be ensured by mixing small particles of thermal ballast material and hydrogenatable material to form a composite in the form of a ramlet, such as those used in reactors.
熱バラストの空間を密にすることによって従来技術にお
ける多くの非効率性を排除することができる。例えば、
水素回収方法を行なう場合に最も重要な約3000Gま
での温度において、Rレット又は粒子が相互に接触して
いる箇所における伝導及び対流手段としてガス流を使用
しての対流によって熱が伝達される。多くの粒子又はペ
レットの全体の間隔を見ると、接触表面積が小さく、結
合剤の熱伝導率が小さいので、熱伝達機構としての熱伝
導は従来は比較的効率が悪かった。ガス流通路が曲がり
くねっていて、ガス流内のガスの熱容普が普通は小さい
ので、水素対流による熱伝達も非能率的である。反応粒
子とバラスト間の熱伝達路が短い本発明では、伝導及び
対流工程が容易に行なわれ、反応時間を短くすることが
できる。これは、例えば、熱バラストが水素化可能な物
質の外部にあり、後者と接触又は密に混合していなくて
、吸収及び脱着速度が遅い場合には期待できないもので
ある。By spacing the thermal ballast, many inefficiencies in the prior art can be eliminated. for example,
At temperatures up to about 3000 G, which are most important when carrying out hydrogen recovery processes, heat is transferred by convection using the gas flow as the conduction and convection means where the R-lets or particles are in contact with each other. Heat conduction as a heat transfer mechanism has traditionally been relatively inefficient due to the small contact surface area and low thermal conductivity of the binder when looking at the overall spacing of many particles or pellets. Heat transfer by hydrogen convection is also inefficient because the gas flow paths are tortuous and the thermal mass of the gas within the gas stream is typically small. In the present invention, where the heat transfer path between the reactant particles and the ballast is short, the conduction and convection processes can be easily carried out and the reaction time can be shortened. This cannot be expected, for example, if the thermal ballast is external to the hydrogenatable material and is not in contact or intimately mixed with the latter, resulting in slow absorption and desorption rates.
本発明で使用される複合材料を例えばペレットとして製
造する1仕には、例えばニッケルの如き金属の熱バラス
ト物質を、各々がペレットの容積のほんのわずかな部分
にすぎない粒子の形状で含ませることが、好都合である
。2.3回の水素化−説水素すイクル後に水素化可能な
物質自体が2〜3ミクロンの粒度に分解されるが、各ペ
レットが相当の数、例えば少なくとも約10個の粒子の
水素化可能な金属粒子を含んでいる限り、ペレットを形
成するために使用される水素化可能な物質自体の寸法は
それほど重要ではない。One way to manufacture the composite material used in the invention, e.g. as pellets, is to include a thermal ballast material of metal, e.g. nickel, in the form of particles, each of which is only a small fraction of the pellet's volume. However, it is convenient. 2. Three Hydrogenations - Hypothesis After cycling the hydrogenatable material itself breaks down to a particle size of 2-3 microns, but each pellet can hydrogenate a significant number of particles, e.g. at least about 10 particles. The dimensions of the hydridable material itself used to form the pellets are not critical, as long as they contain suitable metal particles.
(第21釦
作業・やラメ−ターの好適な範囲に関しては、本発明の
方法の温度の上限は約500℃である。微量から約70
容量%までの濃度内での水素分圧は、下限が0.1気圧
(絶対)から上限が200気圧までの範囲内にある。上
述した如くに、作業温度は水素化可能な物質の固有特性
と供給ガス内の水素分圧との関数である。500℃の上
限は単なる目安にすぎず、この温度は、全金属ペレット
又はポリテトラフルオロエチレンの如き耐熱性樹脂によ
って結合されているペレットに対してのみ使用できる。(Regarding the preferred range of the 21st button operation and the ramometer, the upper temperature limit for the method of the present invention is about 500°C. From trace amounts to about 70°C.
Hydrogen partial pressures in concentrations up to % by volume range from a lower limit of 0.1 atm (absolute) to an upper limit of 200 atm. As mentioned above, the operating temperature is a function of the inherent properties of the hydrogenatable material and the partial pressure of hydrogen in the feed gas. The upper limit of 500° C. is only a guideline; this temperature can only be used for all-metal pellets or pellets held together by a heat resistant resin such as polytetrafluoroethylene.
ガス流からの水素の抽出による層の水素化の完了後に、
層からの水素の脱着以前に、例えば水素ガス流の如きガ
ス流による洗浄によって層を収容している反応器から水
素の除かれているガスを排除することが好都合である。After completion of hydrogenation of the layer by extraction of hydrogen from the gas stream,
Prior to the desorption of hydrogen from the formation, it is advantageous to purge the hydrogen-free gas from the reactor containing the formation, for example by flushing with a gas stream, such as a hydrogen gas stream.
この方法によって製品の純度が改良される。更に、比較
的低圧での吸着の完了後に、ガス流を層を通って流通さ
せる以前に、噛を収容している反応器を被処理ガス流の
圧力の相当の割合に加圧することが好都合である。This method improves the purity of the product. Furthermore, after completion of the adsorption at relatively low pressures and before passing the gas stream through the bed, it is advantageous to pressurize the reactor containing the column to a substantial proportion of the pressure of the gas stream to be treated. be.
加圧は水素を除去したガス流を使用して行なうこ(t1
422頁)
とが好都合である。Pressurization is carried out using a gas stream from which hydrogen has been removed (t1
(page 422) is convenient.
Mg r Fe’l’11 C!aN1a l LaN
i47(及び他のAB6合金)を含む非常に多種類の水
素化物形成金属を使用することができる。金属水素化物
の代表例としてハ、 鉄、チタン、ニッケル、カルシウ
ム、マンガン、マグネシウム及び稀土類元素から成る群
から選択された少なくとも2種類の要素から成る合金が
ある。Mg r Fe'l'11 C! aN1a l LaN
A wide variety of hydride-forming metals can be used, including i47 (and other AB6 alloys). Typical examples of metal hydrides include alloys consisting of at least two elements selected from the group consisting of iron, titanium, nickel, calcium, manganese, magnesium, and rare earth elements.
ニューシャーシー、ワイコフのMPD Technol
ogyCorp 、により、HYS’rOHの商標を付
して、FeTi及びその変種F8o、9Mo、1Ti及
びFe0.8 Nio、a〒i 、 caN16及びそ
の変種、Cao7Mo、aNio、a 、 Cao、a
Mo、5Ni5. MNl、5(CFM)Ni5 、
LaNi5及びランタンとミツシュメタル物質の変種、
LaNi47 A10−a及びMNl4.a AJo、
a I MgaNi及びMg2C’u (M−ミツシュ
メタル、cFM−セリウムを含んでいないミツシュメタ
ル)の化学式を有している合金の如き適切な材料が販売
されている。New Chassis, Wyckoff MPD Technol
FeTi and its variants F8o, 9Mo, 1Ti and Fe0.8Nio, ai, caN16 and its variants, Cao7Mo, aNio, a, Cao, a by OgyCorp, under the trademark HYS'rOH.
Mo, 5Ni5. MNl,5(CFM)Ni5,
LaNi5 and variants of lanthanum and mitshu metal materials,
LaNi47 A10-a and MNl4. a AJo,
Suitable materials are commercially available, such as alloys having the chemical formula a I MgaNi and Mg2C'u (M-Mitsumetal, cFM-Cerium-free Mitschmetal).
種々の他の水素化物形成金属が、金属水素化物−水素分
離方法に関する従来技術における上記の特詐において公
知であり引用されており、本明細書(第23頁)
に参照されている。他の特定の水素化物物質が米国特許
第4,142,300号に開示されており、本明細書に
引用されている。Various other hydride-forming metals are known and cited in the above-mentioned papers in the prior art relating to metal hydride-hydrogen separation processes and are referenced herein (page 23). Other specific hydride materials are disclosed in US Pat. No. 4,142,300, which is incorporated herein by reference.
本発明の急速なサイクル行程の吸収段階においては、T
2−T工によって前端が形成され、この場合にはT2は
層の最高温度であり、T1は前端より前方の1の最低温
度である。上記の如くにバラストと組み込みを適切に選
択すると、T2−T工によって定められる前端が約40
℃、好適にけ50.’C以上になり、10フイート以下
、好ましくは3.5フイート以下の長さとなる。その上
、バラストを上述の如くに適切な空間分布状態で組み込
むと、前端が少なくとも0.1 ft7分、好適には0
.35 ft7分の速度で反応器を通過する。In the absorption phase of the rapid cycling process of the present invention, T
The front end is formed by a 2-T process, where T2 is the highest temperature of the layer and T1 is the lowest temperature of the layer ahead of the front end. With proper selection of ballast and assembly as described above, the front end defined by the T2-T construction will be approximately 40
℃, preferably 50. 'C or more and no more than 10 feet in length, preferably no more than 3.5 feet in length. Moreover, when the ballast is incorporated with the proper spatial distribution as described above, the leading end will be at least 0.1 ft7, preferably 0.
.. Pass through the reactor at a rate of 35 ft7 minutes.
前端が層の全長を通過した後に、水素化可能な物質の吸
収度が達成され、層への供給が終了する。After the front end has passed through the entire length of the bed, the uptake of the hydridable substance is achieved and the supply to the bed is terminated.
その後、層圧力を低下させることによって層の脱着が行
なわれる。普通はこの時点が出発点P工である。水素化
可能な物質から均一な(±50優、好ましくは±20%
)速度の水素脱着を行なうことができるように圧力の低
下が調節される。これは経験に基いて定められる。脱着
反応の目的はほぼ@El“−Aに沿って反応をすすめる
ことである。圧力低下が速すぎる場合には副冷却が生じ
、脱着速度が遅くなる。圧力低下が遅すぎる場合には、
急速な脱着を行なうために貯蔵熱が適切に使用されてい
ない。金属結合複合水素化物構造、例見ばペレットを使
用して、外部バラスト又は熱伝達手段の不在下で実行す
る場合には、本発明は副冷却に対する寛容度が比較的大
きいという特徴を有している。Desorption of the layer then takes place by lowering the layer pressure. Normally, this point is the starting point P. homogeneous (±50%, preferably ±20%) from hydrogenatable materials
) pressure drop is adjusted to allow hydrogen desorption to occur at a rate of . This is determined based on experience. The purpose of the desorption reaction is to proceed approximately along @El"-A. If the pressure drop is too fast, sub-cooling will occur, slowing down the desorption rate. If the pressure drop is too slow,
Stored heat is not used properly to perform rapid desorption. When carried out in the absence of external ballasts or heat transfer means using metal-bonded composite hydride structures, e.g. pellets, the invention is characterized by a relatively high tolerance for sub-cooling. There is.
これは、金属の結合している水素化物のペレットを使用
する場合に、脱着中に水素反応器装置が副冷却されない
ことを意味するのではなく、むしろ、ペレット間の熱伝
達が良好なので比較的速い脱着においては普通は副冷却
が生じないことを意味する。This does not mean that the hydrogen reactor equipment is not sub-cooled during desorption when using metal-bound hydride pellets, but rather that the heat transfer between the pellets is relatively good. Fast desorption usually means that no sub-cooling occurs.
本発明の方法は普通は第2図に図示されている如き交互
循環式の多段反応器装置において使用される。略図示さ
れている如くに弁HtJ7Jが交互に開閉され、水素を
含んでいる供給流が夫々連絡して($25頁)
いる反応器(+aH内に送り込まれる。図示されている
作業相で弁aのが閉じられていて弁Qlが開かれている
場合には、含水素供給流が水素化反応器04)を通過し
、この反応器α荀から出た脱水素排ガスが開放弁(II
を通り、再循環ブロアー(2I(任意)を通って戻るか
、又′は脱水素流除去管(21)に送られる。再循環ブ
ロアー(イ)からのガスが再循環させられ、流入する含
水素供給流と共に更に水素抽出が行なわれる。反応器0
4)が水素化モードにある時には、弁0荀が閉じられて
いて、反応器ae内の以前に水素化されている反応体が
脱圧によってガス抜きされ、放出された水素が弁0邊を
通って回収された水素流に送られる。The process of the present invention is normally used in an alternating circulation, multi-stage reactor apparatus such as that illustrated in FIG. Valve HtJ7J is alternately opened and closed as schematically shown, and the hydrogen-containing feed streams are respectively fed into the communicating reactor (+aH). If a is closed and valve Ql is open, the hydrogen-containing feed stream passes through the hydrogenation reactor 04) and the dehydrogenated exhaust gas leaving this reactor α passes through the open valve (II).
through the recirculation blower (2I (optional) or sent to the dehydrogenation stream removal tube (21). The gas from the recirculation blower (a) is recirculated and Further hydrogen extraction is carried out with the hydrogen feed stream.Reactor 0
When 4) is in hydrogenation mode, valve 0 is closed, the previously hydrogenated reactants in reactor ae are degassed by depressurization, and the released hydrogen passes through valve 0. and the recovered hydrogen stream.
反応器04内の水素化反応及び反応器allil内の脱
水素反応の終了時に弁(2湯が閉じられ、反応器0υが
P。At the end of the hydrogenation reaction in the reactor 04 and the dehydrogenation reaction in the reactor allil, the valve (2 hot water is closed and the reactor 0υ is set to P).
に再与圧される。次いで弁αり(23が開かれ、反応器
Oeの次のサイクルにおける水素化反応が開始され、一
方弁傾0樽が閉じられて弁翰が開かれ、反応器0荀内の
反応体の脱圧時に、脱水素と反応器(14)からの放出
水素の回収水素流への通過が行なわれる。第(第26頁
)
2図に、水素化反応器への流入、流出時の代表的な温度
100 F (37℃)と177 F (80℃)とが
示されている。このような工程温度は、水素含有供給流
用の約400 ’−500paia (約27.2から
34絶対気圧)の水素化圧力及び約加−50psia
(1,36から3.4絶対気圧)の脱水素圧力の通常の
範囲内にある。repressurized. Valve α (23) is then opened to begin the hydrogenation reaction in the next cycle of reactor Oe, while valve tilt 0 is closed and the valve holder is opened to allow desorption of the reactants in reactor Oe. At pressure, dehydrogenation and passage of the released hydrogen from the reactor (14) into the recovered hydrogen stream takes place. Temperatures of 100 F (37 C) and 177 F (80 C) are shown. Such process temperatures represent a hydrogen pressure and approx. -50 psia
(1.36 to 3.4 atmospheres absolute) is within the normal range of dehydrogenation pressures.
下記の実施例により本発明の詳細な説明する。The following examples provide a detailed explanation of the invention.
実施例1
人口温度をω℃とし、水素化可能な物質として5ニツケ
ルランタンを使用し2、水素分圧と平衡温度との関係を
示す数字を使用して、500psiaの圧力で菌優の水
素、20チの窒素、11チのメタン、6俤のアルゴン及
び3%のアンモニアを含んでいるアンモニアノf−ジガ
スから水素を分離するだめの系の設計は下記の如くであ
る:
上記の供給材料のデータに基づき、入口水素分圧は30
0psia、設計脱着圧力は30psiaである。この
場合の平衡温度制限は92℃及び24’Cである。従っ
て、吸収中に5ニツケルランタンで68℃の温度上昇が
生じ僧名。Example 1 The population temperature is ω°C, 5 nickel lanthanum is used as the hydrogenatable substance, and the numbers showing the relationship between the hydrogen partial pressure and the equilibrium temperature are used to produce hydrogen at a pressure of 500 psia, The design of the system for separating hydrogen from ammonia-f-diges containing 20 g nitrogen, 11 g methane, 6 g argon and 3% ammonia is as follows: Based on the data, the inlet hydrogen partial pressure is 30
0 psia, and the design desorption pressure is 30 psia. The equilibrium temperature limits in this case are 92°C and 24'C. Therefore, during absorption, a temperature increase of 68 degrees Celsius occurs in 5 nickel lanthanum.
(127j。(127j.
吸収中に反応熱のioo @の吸収が可能であり、10
0 %の熱を吸収したとしてこの熱を脱着用に使用する
時の複合ペレットは、ニッケル粉末(325メツシユ)
が粒状の5ニツケルランタン(325メツシュ)と結合
していると仮定して設計されている。ニッケル粉末は5
ニツケルランタンの粒径の±50チ以内の粒径を有して
いる。複合物の設計エネルギー基準は以下の如くである
:
(a) 反応熱:
(b) LaNi5の熱容量;
(c) ニッケルの熱容量:
ia+ H2の熱容量;
(+31 結合剤の熱容量−設計ペレットはニッケル
を結合剤として使用した焼結ペレットなので使用されて
いない。It is possible to absorb ioo@ of reaction heat during absorption, and 10
When the composite pellet absorbs 0% heat and uses this heat for desorption, it is nickel powder (325 mesh).
It is designed on the assumption that it is combined with granular 5 nickel lanthanum (325 mesh). Nickel powder is 5
The particle size is within ±50 inches of the particle size of nickel lanthanum. The design energy criteria for the composite are as follows: (a) Heat of reaction: (b) Heat capacity of LaNi5; (c) Heat capacity of nickel: ia + heat capacity of H2; It is not used because it is a sintered pellet used as a binder.
100グラムの5ニツケルランタンを基準にして、設計
ペレットは18.3%の5ニツケルランタンと81.7
%のニッケルとを含んでいる。エネルギーの観点から、
より大きい寸法のニッケル粉末の量は同一であるが、こ
のような大きな粒径の粒子は、商業上望ましいサイクル
時間を得るために必要な所望の短い反応前端及び速い反
応前端速度を達成するだめの熱伝達を必ずしも与えない
。Based on 100 grams of 5-nickel lanthanum, the design pellets are 18.3% 5-nickel lanthanum and 81.7%
% of nickel. From an energy perspective,
Although the amount of larger sized nickel powder is the same, such larger size particles are less likely to be sufficient to achieve the desired short reaction fronts and fast reaction front velocities necessary to obtain commercially desirable cycle times. Does not necessarily provide heat transfer.
Ta T□によって設計されている適切な反応前端を
得るためには、直径IV、インチ、長さIV1インチの
ペレットが充填されている絶縁管状反応器を通る流量を
設計条件を維持するように調節しなくてはならない。例
えば、複合物が適切に設計されていても、流量が大きす
ぎると複合物に対する[負担が大きくなりすぎる1こと
がある。むしろ複合物の能力よりも流量を小さくするこ
とが好都合である。多くの場合には、1−4フイートの
反応前端長さを使用する。To obtain a suitable reaction front as designed by Ta T I have to. For example, even if the composite is properly designed, a flow rate that is too high may place too much stress on the composite. Rather, it is advantageous to lower the flow rate than the capacity of the composite. In many cases, reaction front lengths of 1-4 feet are used.
実施例2
実験1−4用の供給材料として50%の水素と関優のメ
タン(容量係)のガス配合物を使用して一連の水素分離
を行なった。その後の実験用の供給材料は実施例1に記
載の如きアンモニア・!−ジガスであった。24.3%
の5ニツケルランタン(325メツシュ米国基準) 、
72.8%のニッケル粉末(80(第29頁)
メツシュ米国基準)と2.9俤のシリコーンゴム(SO
メツシュ米国基準)(重量係)から成る初期組成物を使
用してlll類の複合ペレットを製造した。上記の量の
成分を混合し、標準的なKBRタブレット染料を使用し
て、カーパープレス上で水素透過性の複合シリンダを形
成してペレットを製造した。形成されたシリンダは直径
1帰インチ、長さ114インチであり、その後刻まれた
。Example 2 A series of hydrogen separations was carried out using a gas mixture of 50% hydrogen and Yu Seki's methane (by volume) as the feed for Experiments 1-4. The feed for subsequent experiments was ammonia! as described in Example 1. -It was Jigas. 24.3%
5 nickel lanterns (325 mesh US standard),
72.8% nickel powder (80 (page 29) mesh US standard) and 2.9 lbs of silicone rubber (SO
Composite pellets of 1/2 were made using an initial composition consisting of 1/2 (by weight) (by weight). Pellets were made by mixing the above amounts of ingredients and forming a hydrogen permeable composite cylinder on a Carper press using standard KBR tablet dye. The cylinder formed was 1 inch in diameter and 114 inches long and then carved.
LaN1a (25% )と、In□o123の商品名
で販売されているニッケル粉末とを混合し、ペレット状
にプレスすることによって焼結LaNi51ニツケルバ
ラスト化ペレツトを製造した。ペレットは流動アルゴン
下で1400Fで(資)分間焼結した。焼結後にペレッ
トを破砕し、−4から+lOメツシュ米国基準寸法にふ
るいにかけた。他の記載されている種類の複合物は上記
に類似の方法、従来の方法若しくは実施例1に記載の方
法で製造された。Sintered LaNi51 nickel ballasted pellets were prepared by mixing LaN1a (25%) and nickel powder sold under the trade name In□o123 and pressing into pellet form. The pellets were sintered at 1400F for minutes under flowing argon. After sintering, the pellets were crushed and sieved to a -4 to +1O mesh US standard size. Other composites of the type described were prepared in a manner similar to that described above, in a conventional manner or as described in Example 1.
内径0.68インチの、5フイート、3/4インチの絶
縁管状反応器にほぼ1,000グラムの複合ペレットを
充填した。充填後に、供給材料の導入中の圧(第30頁
)
カサージングを最小限にするために、塔をメタンによっ
て500psiaまで予備与圧する。予備与圧後に、供
給材料を反応器の底部に500psiaで導入する。反
応器からの流出ガスをモニタ゛′し、供給材料の導入か
ら水素が反応器から出るまでに必要な時間を供給ガスの
表面速度によって割ることによって前端長さを算出した
。第1表に数種類の実験の概要及び上記の供給ガスを使
用しているペレット形状が示されている。A 5 foot, 3/4 inch insulated tubular reactor with an internal diameter of 0.68 inches was filled with approximately 1,000 grams of composite pellets. After charging, the column is prepressurized to 500 psia with methane to minimize pressure during feed introduction (page 30). After prepressurization, the feed is introduced into the bottom of the reactor at 500 psia. The effluent gas from the reactor was monitored and the front length was calculated by dividing the time required from feed introduction until hydrogen exits the reactor by the surface velocity of the feed gas. Table 1 provides a summary of several experiments and pellet configurations using the feed gases described above.
(第33頁)
第1表のデータにより、破過前端長さLfが前端速度■
fの牛刀に比例する、すなわち、1.fOCVf%であ
ることがわかる。(Page 33) According to the data in Table 1, the breakthrough front end length Lf is the front end speed ■
It is proportional to the gyuto of f, that is, 1. It can be seen that fOCVf%.
第1表に表示されているペレット配合物の性能を比較す
ると、すべての金属、焼結ペレット(実験14−18
)の破過特性がすぐれていることが容易にわかる。この
結果は以下の理由によって得られる
(1)水素化物/バラストの接触がより密であるために
ペレット間の熱伝達が改良されている、(21−(’レ
ット気孔が開いている。シリコーンとポリエチレンがあ
る程度Rレット気孔を満たし、ペレット内のH2の搬送
が妨げられる。Comparing the performance of the pellet formulations displayed in Table 1, all metals, sintered pellets (Experiments 14-18
) is easily seen to have excellent breakthrough characteristics. This result is obtained for the following reasons: (1) heat transfer between pellets is improved due to closer hydride/ballast contact; The polyethylene fills the R-let pores to some extent, preventing H2 transport within the pellet.
しかし、樹脂結合系は、反応前端Lfが短く、■fが大
きい(例えば0.4以上)点ですぐれていた。However, the resin-bonded system was superior in that the reaction front Lf was short and f was large (for example, 0.4 or more).
ポリエチレン結合系の性能が最も悪く、これは気孔の閉
塞によるためであると考えられる。The polyethylene bonded system performed the worst, which is believed to be due to pore blockage.
第1図は水素化物形成金属の理論的平衡曲線のプロット
でおり、代表的な崎温巌が水素化物形成金属の平衡圧力
対水素容量に関する図、第2図は本発明の好適な実施例
に訃いて使用される処理装置の概略線図である。
10.12,18,22,24.加・・・汗、14 、
16・・・反応器、加・・・再循環ブロアー。
特杵出願人 エアー、プロダクツ、アンド。
ケミカルス、インコーホレーテッド
同 エムビージー、テクノロジー。
コーポレーション
第1頁の続き
■発 明 者 ニドウィン・スナープ
アメリカ合衆国10901ニューヨ
ーク州サファーン・ウンダ・ド
ライブ14
0発 明 者 レイモンド・ピータ−・スティックル
アメリカ合衆国01742マサチユ
ーセツ州コンコード・ヘイジー
ド・ミル・ロード536′
0発 明 者 ゴートン・チャン・リン・チェノ
アメリカ合衆国01741マサチユ
ーセツ州カーリスル・ストーニ
イ・ゲイト222
@発明者 アーネスト・ジー・ハストンアメリカ合衆
国10987ニユーヨ
ーク州タクスド・メープルプル
ツク・ボックス38ビー
(ヰ出 願 人 エム・ピー・ジー・テクノロジー・コ
ーポレーション
アメリカ合衆国07481ニユーシ
ヤーシー州ウイツクオフ・ロー
リンズ・ロード681
手続補正書
昭和57年10月27日
26発明の名称
混合ガスから水素を分離する方法
4、代理人
東京都中央区銀座3−3−12 銀座ビル(561−
5386・0274)8、補正の内容 別紙のとお
りFIG. 1 is a plot of the theoretical equilibrium curve for hydride-forming metals, a representative Iwao Saki plot of equilibrium pressure versus hydrogen capacity for hydride-forming metals, and FIG. FIG. 2 is a schematic diagram of a processing device used in a hospital. 10.12, 18, 22, 24. Ka…sweat, 14,
16...Reactor, addition...Recirculation blower. Special Pestle Applicant Air, Products, &. Chemicals, Inc. MBG, Technology. Corporation Page 1 continued ■ Inventor: Nidwin Snape 14 Unda Drive, Suffern, New York, 10901 USA 0 Inventor: Raymond Peter Stickle 536' Hajid Mill Road, Concord, Mass., 01742 USA 0 Author: Gorton Chan Lin Cheno 222, Carlisle Stony Gate, Massachusetts, USA 01741 @ Inventor: Ernest Gee Huston, Taxed Maple Prussian Box 38, New York, USA 10987 (Inventor: M.P.・G Technology Corporation 681 Rollins Road, Wickoff, New York, New York 07481 Procedural Amendment October 27, 1982 26 Name of Invention Method for Separating Hydrogen from Mixed Gas 4, Agent 3, Ginza, Chuo-ku, Tokyo -3-12 Ginza Building (561-
5386/0274) 8. Contents of amendment as attached.
Claims (1)
(pHc1+ T1)から最終水素圧力、水素濃度、温
度(P2 r C2+ ’ra )に移り、P2がPl
よりも大きく。 C2が01よりも大きくてC2−C1が理論水素化容量
の少なくとも50優を成し、T2がT□よりも大きい条
件下で水素化可能な物質と不活性熱バラストとの均質複
合物を含んでいて、該複合物が水素化物形成の理論エネ
ルギーの少なくとも50%を吸収できるような量で上記
のバラストが含まれている層を通って水素を含んでいる
混合ガスを通過させる段階と; (b)圧力を低下させ、水素化物形成エネルギーを脱着
に利用して、層から水素を脱着する段階とを有している
、混合ガスから高サイクルで水素を急速に分離する方法
。 (2)上記の複合物が、高サイクル方法において(第2
頁) 水素化可能な物質の脱着を行なうために必要な熱の少な
くとも90チを供給するに十分なバラストを含んでいる
ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載の混
合ガスから高サイクルで水素を急速に分離する方法。 (3)上記の複合物が、鉄、ニッケル、カルシウム、マ
ンガン、マグネシウム、チタン及び稀土類元素から成る
群から選択された少なくとも2$1類の元素を有してい
る水素化可能な物質と、バラストとしての金属粉末とを
含んでいるペレットであることを特徴とする特許請求の
範囲第(1)項に記載の混合ガスから高サイクルで水素
を急速に分離する方法。 (4)反応前端の長さが6フイート以下であり、前端速
度が1分間あたり0.3フイ一ト以上であるように」二
重の混合ガスが層を通過させられることを特徴とする特
許請求の範囲第(3)項に記載の混合ガスから高サイク
ルで水素を急速に分離する方法。 (5) ペレット内のバラスト対水素化可能な物質の
比が理論比の(3)から約150チであることを特徴(
第3 頁) とする特許請求の範囲第(4)項に記載の混合ガスから
高サイクルで水素を急速に分離する方法。 (6)混合ガス内の水素の割合が微量から約70容量チ
であることを特徴とする特許請求の範囲第(4)項に記
載の混合ガスから高サイクルで水素を急速に分離する方
法。 (7)上記のベレットが焼結ペレットであることを特徴
とする特許請求の範囲第(3)項に記載の混合ガスから
高サイクルで水素を急速に分離する方法。 (8) −!レットから水素を脱着する段階以前に、
上記の層を収容している反応器を通ってガス流がリンス
剤として通過させられることを特徴とする特許請求の範
囲第(3)項に記載の混合ガスから高サイクルで水素を
急速に分離する方法。 (9)脱着中に反応器から除去される水素の質量流量が
土間・母−セントを越えないように脱着速度が調節され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第(6)項に記
載の混合ガスから高サイクルで水素を急速に分離する方
法。 (IG 上記の脱着後に、供給ガス流の導入以前に、
反応器が作業圧力に与圧されることを特徴とする特許請
求の範囲第(9)項に記載の混合ガスから高サイクルで
水素を急速に分離する方法。 (11) IJンス剤として反応器を貫通するガス流
が水素ガス流であることを特徴とする特許請求の範囲第
(8)項に記載の混合ガスから高サイクルで水素を急速
に分離する方法。 0乃 吸収と脱着とが多段反応器において行なわれるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第(8)項に記載の混合
ガスから高サイクルで水素を急速に分離する方法。[Claims] (1) (a) The composite changes from the initial hydrogen pressure, hydrogen concentration, and temperature (pHc1+T1) to the final hydrogen pressure, hydrogen concentration, and temperature (P2 r C2+ 'ra), and P2 becomes Pl
bigger than. comprising a homogeneous composite of a material capable of being hydrogenated and an inert thermal ballast under conditions where C2 is greater than 01, C2-C1 constitutes at least 50% of the theoretical hydrogenation capacity, and T2 is greater than T□. passing a hydrogen-containing gas mixture through a layer containing said ballast in an amount such that said composite absorbs at least 50% of the theoretical energy of hydride formation; b) desorbing hydrogen from the layer by reducing the pressure and utilizing the hydride formation energy for desorption. (2) The above compound is used in a high cycle method (second
Page) A gas mixture according to claim 1, characterized in that it contains sufficient ballast to supply at least 90 g of the heat required to carry out the desorption of the hydrogenatable substance. A method for rapidly separating hydrogen from (3) a hydridable material, wherein the composite has at least two elements selected from the group consisting of iron, nickel, calcium, manganese, magnesium, titanium, and rare earth elements; A method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle according to claim 1, characterized in that the pellets contain a metal powder as a ballast. (4) A patent characterized in that the double gas mixture is passed through the bed such that the length of the reaction front is no more than 6 feet and the front velocity is no less than 0.3 feet per minute. A method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle according to claim (3). (5) The ratio of ballast to hydridable material in the pellet is approximately 150% from the theoretical ratio (3) (
(Page 3) A method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle according to claim (4). (6) A method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle according to claim (4), wherein the proportion of hydrogen in the mixed gas is from a trace amount to about 70 volumes. (7) The method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle according to claim (3), wherein the pellet is a sintered pellet. (8) -! Before the stage of desorbing hydrogen from let,
Rapid separation of hydrogen from a gas mixture in a high cycle according to claim 3, characterized in that a gas stream is passed as a rinsing agent through the reactor containing the above-mentioned layers. how to. (9) According to claim (6), the desorption rate is adjusted so that the mass flow rate of hydrogen removed from the reactor during desorption does not exceed the earthen floor. A method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle. (IG After the above desorption and before the introduction of the feed gas stream,
A method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle according to claim 9, characterized in that the reactor is pressurized to the working pressure. (11) The method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle according to claim (8), characterized in that the gas flow passing through the reactor as an IJ agent is a hydrogen gas flow. . 0 - The method for rapidly separating hydrogen from a mixed gas in a high cycle according to claim (8), wherein the absorption and desorption are performed in a multistage reactor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57115299A JPS598602A (en) | 1982-07-02 | 1982-07-02 | Method of separating hydrogen from mixed gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP57115299A JPS598602A (en) | 1982-07-02 | 1982-07-02 | Method of separating hydrogen from mixed gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS598602A true JPS598602A (en) | 1984-01-17 |
Family
ID=14659195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57115299A Pending JPS598602A (en) | 1982-07-02 | 1982-07-02 | Method of separating hydrogen from mixed gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS598602A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019051518A (en) * | 2018-12-19 | 2019-04-04 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | Hydrogen treatment device |
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1982
- 1982-07-02 JP JP57115299A patent/JPS598602A/en active Pending
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