JPS60264305A - 水素ガス精製方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は水素ガス精製方法に関し、詳しくは、金属水素
化物を利用した水素ガス精製方法に関する。

（従来技術） 一般に水素ガスは炭化水素やアンモニアの分解、或いは
水の電気分解等によって工業的に製造されているが、か
かる水素ガスはヘリウム、アルゴン等の不活性ガスのほ
か、酸素、水、窒素、−酸化炭素、二酸化炭素等、種々
の不純物ガスを含有しているため、例えば、半導体工業
、金属処理工業或いは機器分析等の分野においては、上
記の粗製水素ガスを精製した後に使用している。

水素ガスを精製するための方法は既に従来より種々知ら
れているが、近年、ある種の金属又は合金が水素ガスを
選択的に吸蔵して金属水素化物を形成し、また、この金
属水素化物がこの水素を可逆的に放出する特性を利用し
た水素ガス精製が提案されている。

この方法は、原理的には、このような金属水素化物を充
填した容器内に粗製水素ガスを所定の加圧下に充填し、
金属水素化物に水素ガスを選択的に吸蔵させた後、容器
内を減圧して、好ましくは金属水素化物に水素を一部放
出させ、容器内に金属水素化物に吸蔵されないで残存す
る不純物ガスをこの水素と共に容器からパージさせるこ
とにより除去し７、この後に金属水素化物の有する水素
放出圧力で水素を放出させて、精製水素ガスを得るもの
である。例えば、特開昭５７−１５６３０４号公報には
、上記のようにして、容器内の金属水素化物に所定量の
水素を吸蔵させた後、容器内を減圧して水素と共に不純
物ガスを放出する操作を複数回繰り返して、金属水素化
物の水素放出圧力まで減圧する方法が記載されている。

しかし、前記したように、水素ガスは種々の不純物ガス
を含有し、特に、粗製水素ガスに比較的多量に含まれて
いる一酸化炭素や酸素は、金属水素化物を最も強く劣化
させ、その水素吸蔵を阻害するが、−に記方法によれば
、容器内に所定量の水素を充填する間に、上記不純物ガ
スが容器内に濃縮される結果、金属水素化物が著しく劣
化し、特に、上記のようにして、金属水素化物の水素ガ
ス、　の吸蔵放出反応を利用する水素ガスの精製を繰り
返すとき、金属水素化物の水素吸蔵量が減少すると共に
、水素の放出吸蔵反応の速度も低下するので、長期間に
わたって安定して精製水素ガスを得ることができない。

（発明の目的） 従って、本発明は金属水素化物を利用する水素ガスの精
製における」二記した問題を解決するためになされたも
のであって、金属水素化物の劣化を抑えて、長期間にわ
たって安定して高純度の精製水素ガスを得ることができ
る水素精製方法を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明の水素精製方法は、水素を吸蔵、放出し得る金属
水素化物を充填した容器内に、前記金属水素化物の水素
吸蔵圧力よりも高い圧力にて粗製水素ガスを印加して、
前記金属水素化物に水素を一部吸蔵させた後、前記容器
内を減圧して前記容器内の不純物ガスを排除する操作を
複数回繰り返し、少なくとも最終回の操作の際に、不純
物ガスと共に前記金属水素化物に吸蔵させた一部の水素
ガスを（）１除して、前記金属水素化物に所定量の水素
を段階的に吸蔵さセ、この後に前記金属水素化物から水
素を放出させることを特徴とする。

第１図は本発明の方法の一実施例を説明するだめの金属
水素化物の水素平衡圧曲線を示し、横軸は金属水素化物
における結合水素量（Ｈ／Ｍ比）を示し、縦軸は水素平
衡圧Ｐの自然対数を示す。

この水素平衡圧には、実線で示す水素吸蔵圧力Ａと、破
線で示す水素放出圧力Ｂとがあり、水素吸蔵圧力の方が
水素放出圧力よりも高い。

第１図に示す方法においては、所定の圧力にて容器内に
粗製水素ガスを印加し、金属水素化物に部分的に水素を
吸蔵させた後、容器内を水素吸蔵圧力まで減圧して、容
器内に吸蔵されないで残存している不純物ガスを排除す
る。次いで、同じ操作を複数回繰り返し、このようにし
て、金属水素化物に段階的に水素を吸蔵させ、最終の操
作において、金属水素化物に所定量の水素を吸蔵させる
。

この後、容器内を金属水素化物の水素放出圧力まで減圧
し、金属水素化物から一部水素を放出させ、この水素と
共に容器内に残存する不純物ガスを打１除する。この後
にこの金属水素化物が水素放出圧力で放出する水素を容
器から使用系に接続し、精製水素ガスとして使用する。

上記の方法によれば、中間段階での容器内の減圧は、金
属水素化物の水素吸蔵圧力としているが、第２図に示す
ように、中間段階において、容器内を減圧する際に、水
素放出圧力まで減圧し、金属水素化物が吸蔵している水
素も一部放出させ、この水素ガスと共に容器内の不純物
ガスを容器から排除することもできる。最終操作でも前
記と同じく、金属水素化物の水素放出圧力まで容器内を
減圧する。この方法によれば、各操作における容器内の
減圧圧力が等しいので、各操作が節米であり、例えば、
自動制御方式にて本発明の方法を実施する場合に好適で
ある。

本発明の方法において、容器内の減圧時に放出する水素
の量は、最終操作の容器減圧の後に高度に精製された水
素ガスを得るためには、通常、金属水素化物に吸蔵させ
た全水素量の５〜１０％が適当である。また、最終的な
水素吸蔵量は、金属水素化物の水素平衡圧曲線がほぼ平
坦である所謂プラ１−−領域が終わる近傍付近とするの
が好ましい。水素平衡圧が急激に太き（なるβ相領域に
おいても、ごの領域におｔ３る水素吸蔵圧力よりも高い
圧力にて水素を印加すれば、金属水素化物に水素を吸蔵
させることができるが、しかし、実際−」二、水素印加
圧力と水素吸蔵圧力との差圧を大きくとることが困難と
なり、その結果、金属水素化物に水素を吸蔵させるため
に長時間を要することとなって、金属水素化物の劣化が
促進されるからである。

（発明の効果） 以」二のように、本発明の方法によれば、容器内の金属
水素化物に単一の操作にて所定の全量の水素を吸蔵さセ
るではなく、段階的に水素を吸蔵させ、容器内を減圧し
て不純物ガスを容器から排除する操作を繰り返しつつ、
所定量の水素を吸蔵させるので、容器内には不純物ガス
が高濃度に濃縮１１）　されず、金属水素化物の劣化が
抑えられる。また、少なくとも最終回の操作の際に不純
物ガスと共に前記金属水素化物に吸蔵させた一部の水素
ガスを排除するので、金属水素化物表面のザイ１へを閉
塞する不純物ガスが除去され、金属水素化物の劣化が抑
えられる。また、金属水素化物の水素吸蔵量をプラトー
領域近傍として、金属水素化物の水素吸蔵及び放出を速
やかに行なわせれば、金属水素化物は容器内の不純物ガ
スと短時間の間のみ接触するにすぎないので、金属水素
化物の劣化が抑えられる。

従って、本発明の方法によれば、金属水素化物の水素の
吸蔵放出を繰り返して行なっても、金属水素化物が劣化
せず、長期間にわたって、安定して高純度の精製水素か
を得ることができる。

（実施例） 以下に実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例１ 容器に金属水素化物としてＬａＮｉ４．８５ＡＩ０．　
Ｉ５を３、５　ｋｇ充填した。この金属水素化物の６０
°Ｃにおける水素平衡圧曲線を第３図に示す。この容器
を容器に内蔵させた熱媒回路によって６０℃に保持した
。この容器に水素ガスを９気圧の圧力にて１分間印加し
た後、第１図に示すように、容器を数秒間パージして容
器内の圧力を上記金属水素化物の水素吸蔵圧力まで減圧
し、この操作を更に１回繰り返した。次いで、３回目の
操作においては、容器に取付けた水素流量計からＨ／Ｍ
１ｔＯ，８５まで水素を吸蔵させた後、容器内圧力を水
素吸蔵圧力よりも小さい水素放出圧力まで低下させた。

尚、以」二の操作において、パージする水素ガス量は全
量で所定の吸蔵量の１０％以下となるようにした。また
、各操作における金属水素化物の水素の吸蔵及び放出を
含む１サイクル時間を１５分として、１時間当りに４サ
イクルを行なって、純度９９．９９％の粗製水素ガスを
ＩＮ♂／時の割合で処理して、純度９９．９９９９％以
上の精製水素ガスを得ることができた。

上記のようにして、容器内での水素の吸蔵放出による水
素ガスの精製を行なったとき、サイクル数と金属水素化
物の一定時間当りの水素吸蔵量との関係を第４図に示す
。本発明の方法によれば、５０００回のサイクルの後も
、金属水素化物は当初の約９０％の吸蔵量を保持してい
た。

比較例 上記実施例において、一段の操作にて水素ガスを所定量
吸蔵させた後、水素放出圧力まで容器内を減圧した以外
は、実施例１と同様にして和製水素ガスを精製した。こ
の金属水素化物の水素吸蔵放出のサイクルを繰り返した
ときのサイクル数と金属水素化物の水素吸蔵量との関係
を第４図に示す。

この方法によれば、金属水素化物の水素吸蔵は、５００
０回のサイクルの後、当初の約７０％まで低下した。

実施例２ 実施例１において、各操作で容器内を金属水素化物の水
素放出圧力まで減圧した以外は、実施例１と同様にして
粗製水素ガスを精製した。この結果、得られた精製水素
ガスは純度９９．９９９９％以上であって、また、５０
００回のサイクルの後０ も、金属水素化物は当初の約９０％の吸蔵量を保持して
いた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例を説明するための金属
水素化物の水素平衡圧曲線、第２図は別の実施例を説明
するための同様の水素平衡圧曲線、第３図は実施例にお
いて用いる金属水素化物の水素平衡圧曲線、第４図は本
発明の方法と従来の方法とにおいて、金属水素化物の水
素の吸蔵放出のり°イクル数と金属水素化物の水素吸蔵
量との関係を示すグラフである。 特許出願人　積水化学工業株式会社 代表者藤沼基利 １ 第１図 第２図 Ｈ／Ｍ ＜ｉ％）Ｈ旋幹■十峯）ｌｌ （ｏｌｏ　＞　８１１０　Ｇ＞１Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＋１１　水素を吸蔵、放出し得る金属水素化物を充填し
   た容器内に、前記金属水素化物の水素吸蔵圧力よりも高
   い圧力にて粗製水素ガスを印加して、前記金属水素化物
   に水素を一部吸蔵させた後、前記容器内を減圧して前記
   容器内の不純物ガスを排除する操作を複数回繰り返し、
   少なくとも最終回の操作の際に、不純物ガスと共に前記
   金属水素化物に吸蔵させた一部の水素ガスを排除して、
   前記金属水素化物に所定量の水素を段階的に吸蔵させ、
   この後に前記金属水素化物から水素を放出させることを
   特徴とする水素ガス精製方法。