JPH01157403A - 水素ガスを精製する方法と装置 - Google Patents
水素ガスを精製する方法と装置Info
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- JPH01157403A JPH01157403A JP63278524A JP27852488A JPH01157403A JP H01157403 A JPH01157403 A JP H01157403A JP 63278524 A JP63278524 A JP 63278524A JP 27852488 A JP27852488 A JP 27852488A JP H01157403 A JPH01157403 A JP H01157403A
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- hydrogen gas
- hydride
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/0005—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/508—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by using hydrogen storage media
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
a、 産業上の利用分野
本発明は幾つかの金属水素化物貯蔵ユニットの周期的な
チャージ及びディスチャージのもとに水素ガスを精製す
る方法並びにこの方法を実施するための装置に関する。
チャージ及びディスチャージのもとに水素ガスを精製す
る方法並びにこの方法を実施するための装置に関する。
b、 従来の技術
不純物の含まれた水素ガスを精製するために水素化物貯
蔵装置を使用することは公知である。この場合に水素化
物形成用金属よりなる吸蔵材が水素のチャージに際して
その水素を吸収して金属の格子の中に結合し、一方不純
物はその表面に化学吸着されるかまたは結合されないま
まに留められるという作用を利用する。純粋ガスはその
吸収ユニットのディスチャージに際して水素ガスを遊離
させることによって得られる。
蔵装置を使用することは公知である。この場合に水素化
物形成用金属よりなる吸蔵材が水素のチャージに際して
その水素を吸収して金属の格子の中に結合し、一方不純
物はその表面に化学吸着されるかまたは結合されないま
まに留められるという作用を利用する。純粋ガスはその
吸収ユニットのディスチャージに際して水素ガスを遊離
させることによって得られる。
吸蔵材中の水素の濃度は温度と圧力とに依存する。この
水素化物貯蔵ユニットのチャージに際して熱が放出され
る(生成エンタルピー)。逆にそのディスチャージに際
してはその水素化物から水素を追出すために熱が必要で
ある。通常は加熱のためには冷却用と同様に通常的な系
が使用される。
水素化物貯蔵ユニットのチャージに際して熱が放出され
る(生成エンタルピー)。逆にそのディスチャージに際
してはその水素化物から水素を追出すために熱が必要で
ある。通常は加熱のためには冷却用と同様に通常的な系
が使用される。
このことは例えば冷却のためには天然の表面水または地
下水が、そして加熱のためには種々の化石燃料が使用さ
れることを意味する。この場合に生ずるエネルギー消費
量は水素ガス1が当り0.5kWH程度であって従って
運転経費の中の相当な部分を占める。
下水が、そして加熱のためには種々の化石燃料が使用さ
れることを意味する。この場合に生ずるエネルギー消費
量は水素ガス1が当り0.5kWH程度であって従って
運転経費の中の相当な部分を占める。
米国特許第4.444,727号公報から、プッシュプ
ル式に運転される2個の金属水素化物貯蔵ユニットを含
む水素精製装置が公知である。それら両方の水素化物貯
蔵ユニットはそれぞれ1個の熱交換器を備えており、そ
れら両者は相互に熱交換するために互いに結合されてい
る。すなわち一方の水素化物貯蔵ユニットを原料水素ガ
スでチャージする際に放出される熱はそれら両方の熱交
換器及びこれらを連結している導管系を介してもう一方
のディスチャージ中で純粋な水素ガスの放出のために対
応する熱が必要である水素化物貯蔵ユニットへ送り込ま
れる。水素の精製のために消費されるエネルギーはこの
技術手段によれば実際上除かれる筈である。
ル式に運転される2個の金属水素化物貯蔵ユニットを含
む水素精製装置が公知である。それら両方の水素化物貯
蔵ユニットはそれぞれ1個の熱交換器を備えており、そ
れら両者は相互に熱交換するために互いに結合されてい
る。すなわち一方の水素化物貯蔵ユニットを原料水素ガ
スでチャージする際に放出される熱はそれら両方の熱交
換器及びこれらを連結している導管系を介してもう一方
のディスチャージ中で純粋な水素ガスの放出のために対
応する熱が必要である水素化物貯蔵ユニットへ送り込ま
れる。水素の精製のために消費されるエネルギーはこの
技術手段によれば実際上除かれる筈である。
しかしながら上記の精製装置は種々の点において不満足
である0本質的な欠点の1つは、それら両方の水素化物
貯蔵ユニットの吸蔵材が原料水素ガスの特定の不純物を
化学吸着することによってそれぞれのチャージ/ディス
チャージのサイクル毎に益々強く汚染され、それによっ
てその精製能力は時間の経過と共に常に低下して遂には
完全に使用できな(なるということである、そのために
ある一定の運転期間のあとで両方の水素化物貯蔵ユニッ
トを取替えることが避けられない。
である0本質的な欠点の1つは、それら両方の水素化物
貯蔵ユニットの吸蔵材が原料水素ガスの特定の不純物を
化学吸着することによってそれぞれのチャージ/ディス
チャージのサイクル毎に益々強く汚染され、それによっ
てその精製能力は時間の経過と共に常に低下して遂には
完全に使用できな(なるということである、そのために
ある一定の運転期間のあとで両方の水素化物貯蔵ユニッ
トを取替えることが避けられない。
もう一つの欠点は、水素化物貯蔵ユニットの原料水素ガ
スによる最初のチャージに先立って貯蔵ユニットの内部
を真空に減圧するが、これによって不純物は除かれるけ
れども、しかしながらその吸蔵材により吸着されないよ
うな不純物は各ディスチャージに際してその排出される
純粋ガスの中に含有されたままに留まり、というのはデ
ィスチャージサイクルの開始時にその不純物を含んだ頂
部ガスを何等かの手段によって排除するための配慮がな
されてい°ないからであり、従ってその水素化物貯蔵ユ
ニットがその遊離される水素ガスによって充分に洗われ
てしまったあとで初めて実際に高品質の純粋な水素ガス
がその消費系に送り出されるということである。
スによる最初のチャージに先立って貯蔵ユニットの内部
を真空に減圧するが、これによって不純物は除かれるけ
れども、しかしながらその吸蔵材により吸着されないよ
うな不純物は各ディスチャージに際してその排出される
純粋ガスの中に含有されたままに留まり、というのはデ
ィスチャージサイクルの開始時にその不純物を含んだ頂
部ガスを何等かの手段によって排除するための配慮がな
されてい°ないからであり、従ってその水素化物貯蔵ユ
ニットがその遊離される水素ガスによって充分に洗われ
てしまったあとで初めて実際に高品質の純粋な水素ガス
がその消費系に送り出されるということである。
このような理由から、その純粋ガスの品質は1つのサイ
クルの間で変動する。このような欠点を除いて不純物の
含まれた頂部ガスを排除するような対応する装置を設け
ようとした場合にもう1つの欠点が現われる。頂部ガス
を放出する間に両方の水素化物貯蔵ユニットは同時にデ
ィスチャージされることになり、従ってその両者に同時
に熱を供給しなければならない、しかしながらそれによ
って、その基本的作動原理である相互の熱交換は少な(
ともこの期間においては中断されることになる。その結
果は連続的な純粋ガスの送り出しが時には保証されない
ということである。この難点を除くためには、例えば純
粋ガス用の緩衝貯槽を設けるかまたはその水素化物貯槽
ユニットを著しく過大な寸法に設計することが考えられ
る。後者の場合にはディスチャージ中の水素化物貯蔵ユ
ニットの実際の能力のうち、常に他方の水素化物貯蔵ユ
ニットからの頂部ガスを吹き出している間中、熱の供給
を停止しているにも拘らず、そしてそれに伴うその貯蔵
ユニット温度の低下にも拘らず充分なディスチャージ圧
力において充分な量の水素ガスを遊離させることができ
るほどの部分しか利用することができない。これらの解
決対策は共にその精製装置の費用の著しい上昇を伴う、
このことがまた前記米国特許第4.444,727号公
報に従う精製装置の特別な変形態様の1つ、すなわち両
方の水素化物貯蔵ユニットの間の熱交換が、間に挿入さ
れたある程度までの熱緩衝手段ともみることができるよ
うな蓄熱手段を介して行われる場合にも当てはまる。こ
の場合にその蓄熱手段、連結導管及び循環ポンプのため
の追加的な費用が必要であるばかりでなく、それらの装
置部分の保守及び運転のためにも相応する経費が必要と
なる。
クルの間で変動する。このような欠点を除いて不純物の
含まれた頂部ガスを排除するような対応する装置を設け
ようとした場合にもう1つの欠点が現われる。頂部ガス
を放出する間に両方の水素化物貯蔵ユニットは同時にデ
ィスチャージされることになり、従ってその両者に同時
に熱を供給しなければならない、しかしながらそれによ
って、その基本的作動原理である相互の熱交換は少な(
ともこの期間においては中断されることになる。その結
果は連続的な純粋ガスの送り出しが時には保証されない
ということである。この難点を除くためには、例えば純
粋ガス用の緩衝貯槽を設けるかまたはその水素化物貯槽
ユニットを著しく過大な寸法に設計することが考えられ
る。後者の場合にはディスチャージ中の水素化物貯蔵ユ
ニットの実際の能力のうち、常に他方の水素化物貯蔵ユ
ニットからの頂部ガスを吹き出している間中、熱の供給
を停止しているにも拘らず、そしてそれに伴うその貯蔵
ユニット温度の低下にも拘らず充分なディスチャージ圧
力において充分な量の水素ガスを遊離させることができ
るほどの部分しか利用することができない。これらの解
決対策は共にその精製装置の費用の著しい上昇を伴う、
このことがまた前記米国特許第4.444,727号公
報に従う精製装置の特別な変形態様の1つ、すなわち両
方の水素化物貯蔵ユニットの間の熱交換が、間に挿入さ
れたある程度までの熱緩衝手段ともみることができるよ
うな蓄熱手段を介して行われる場合にも当てはまる。こ
の場合にその蓄熱手段、連結導管及び循環ポンプのため
の追加的な費用が必要であるばかりでなく、それらの装
置部分の保守及び運転のためにも相応する経費が必要と
なる。
C0発明が解決しようとする課題
本発明の課題は、上述した種々の欠点ができる限り除か
れるように本文頭初にあげた類の浄化装置を更に改良す
ることである。中でもこれはその装置の運転のために外
部からの加熱や冷却のための動力の供給を僅かしか必要
としないか、または全く必要としないものでなければな
らない。また、その装置の作製や保守に必要な費用がで
きるだけ少なく、そしてその水素化物貯蔵ユニットの寿
命は種々の反応活性なガス成分によって短縮されないも
のでなければならない。この場合にtooppb以下の
一定に維持された高い純度を有する水素ガスが連続的に
送り出されることが常に保証されていなければならない
。
れるように本文頭初にあげた類の浄化装置を更に改良す
ることである。中でもこれはその装置の運転のために外
部からの加熱や冷却のための動力の供給を僅かしか必要
としないか、または全く必要としないものでなければな
らない。また、その装置の作製や保守に必要な費用がで
きるだけ少なく、そしてその水素化物貯蔵ユニットの寿
命は種々の反応活性なガス成分によって短縮されないも
のでなければならない。この場合にtooppb以下の
一定に維持された高い純度を有する水素ガスが連続的に
送り出されることが常に保証されていなければならない
。
d、 課題を解決するための手段
本発明によれば、上述の課題は特許請求の範囲第1項の
特徴部にあげた各特徴事項を包含する方法によって解決
される。特許請求の範囲第2項はこの方法の有利な実施
形態の1つを表わす。二の方法を実施するための装置は
特許請求の範囲第3項に規定されている。この装置の有
利な実施B様が特許請求の範囲第4ないし第8項にあげ
られている。
特徴部にあげた各特徴事項を包含する方法によって解決
される。特許請求の範囲第2項はこの方法の有利な実施
形態の1つを表わす。二の方法を実施するための装置は
特許請求の範囲第3項に規定されている。この装置の有
利な実施B様が特許請求の範囲第4ないし第8項にあげ
られている。
e、 作用
本発明によれば、その本来の精製系(水素化物貯蔵ユニ
ット)の運転のために外部から極めて僅かの加熱エネル
ギーしか必要としないかまたは全く必要としないという
ことが可能となる。従って加熱のための電気的な動力配
線も省略される。水素精製のための所要全熱量は制御用
の電流消費を除けばほとんど零に達する。
ット)の運転のために外部から極めて僅かの加熱エネル
ギーしか必要としないかまたは全く必要としないという
ことが可能となる。従って加熱のための電気的な動力配
線も省略される。水素精製のための所要全熱量は制御用
の電流消費を除けばほとんど零に達する。
これは、その水素化物貯蔵ユニットが外部に対して非常
に良好に断熱されている伝熱媒体(例えば水)によって
取り囲まれていることにより達成される。水素の吸蔵に
際して放出される熱はこの水に伝えられてこれをその水
素化物貯蔵ユニット自身と同様に加熱する。この場合に
水の体積はその水素化物貯蔵ユニットの完全なチャージ
に際して放出される熱量が水によって完全に吸収され得
るような大きさに設計されている。温度の上昇分はその
選んだ水素化物の材料及びそのチャージ圧力によって左
右される。
に良好に断熱されている伝熱媒体(例えば水)によって
取り囲まれていることにより達成される。水素の吸蔵に
際して放出される熱はこの水に伝えられてこれをその水
素化物貯蔵ユニット自身と同様に加熱する。この場合に
水の体積はその水素化物貯蔵ユニットの完全なチャージ
に際して放出される熱量が水によって完全に吸収され得
るような大きさに設計されている。温度の上昇分はその
選んだ水素化物の材料及びそのチャージ圧力によって左
右される。
ユニットのチャージは、その伝熱媒体の温度と水素化物
の温度とが充分に近似するに至った時、すなわち予め定
められた温度差までしか互いに相違しなくなった時に停
止される。チャージ過程の時間は本質的に貯蔵ユニ・ン
トと水との間の熱交換の良否によって定められる。実際
には2分間までの時間を実現することができ、従っであ
る時間単位当り極めて高い水素処理量が可能である。
の温度とが充分に近似するに至った時、すなわち予め定
められた温度差までしか互いに相違しなくなった時に停
止される。チャージ過程の時間は本質的に貯蔵ユニ・ン
トと水との間の熱交換の良否によって定められる。実際
には2分間までの時間を実現することができ、従っであ
る時間単位当り極めて高い水素処理量が可能である。
チャージ過程が終了した後にディスチャージに必要なエ
ネルギーはその蓄熱媒体と水素化物貯蔵ユニットとの中
に蓄積されている。水素化物貯蔵ユニットは外部からエ
ネルギーを供給することなくディスチャージさせること
ができる。ディスチャージ時間も熱交換の速度に依存し
、そして極端な場合には数分間の範囲になり得る。周囲
温度におけるディスチャージ圧力がすでにその予め定め
られたディスチャージ限界(その吸蔵材中の水素残存濃
度)の上で且つその純粋ガス側の必要な運転圧力よりも
低くなるような合金が水素化物用物質として選ばれてい
る場合にのみその断熱手段にも拘らず現われる熱損失を
補償するために僅かな出力で補償用の加熱を必要とする
だけである。
ネルギーはその蓄熱媒体と水素化物貯蔵ユニットとの中
に蓄積されている。水素化物貯蔵ユニットは外部からエ
ネルギーを供給することなくディスチャージさせること
ができる。ディスチャージ時間も熱交換の速度に依存し
、そして極端な場合には数分間の範囲になり得る。周囲
温度におけるディスチャージ圧力がすでにその予め定め
られたディスチャージ限界(その吸蔵材中の水素残存濃
度)の上で且つその純粋ガス側の必要な運転圧力よりも
低くなるような合金が水素化物用物質として選ばれてい
る場合にのみその断熱手段にも拘らず現われる熱損失を
補償するために僅かな出力で補償用の加熱を必要とする
だけである。
水素化物用物質と蓄熱媒体との間の温度の均等化が充分
に行われたとき、すなわちある予め与えられた温度勾配
を下回った時にディスチャージ過程は停止される。この
状態においてその水素化物貯蔵ユニットは再び新しい次
のチャージを行うことが可能である。本発明により達成
される利点はエネルギーの節約に加えて、加熱及び冷却
のための水系のすべての弁及び導管を省略することがで
きるということである。従ってそれに伴う機材費のみな
らずその保守や運転に必要な経費を除くことができ、こ
れらは全体として費用の著しい割合を占める。
に行われたとき、すなわちある予め与えられた温度勾配
を下回った時にディスチャージ過程は停止される。この
状態においてその水素化物貯蔵ユニットは再び新しい次
のチャージを行うことが可能である。本発明により達成
される利点はエネルギーの節約に加えて、加熱及び冷却
のための水系のすべての弁及び導管を省略することがで
きるということである。従ってそれに伴う機材費のみな
らずその保守や運転に必要な経費を除くことができ、こ
れらは全体として費用の著しい割合を占める。
熱交換が各水素化物貯蔵ユニットを直接取り囲む周囲部
分にのみ躍定されているので、すなわちすべての場合に
熱流距離が極めて短かいので、特に極めて迅速な熱交換
が可能である。これは水素化物貯蔵ユニットの迅速なチ
ャージ及びディスチャージを可能とし、また従ってその
精製装置の性能の対応する上昇をもたらす。
分にのみ躍定されているので、すなわちすべての場合に
熱流距離が極めて短かいので、特に極めて迅速な熱交換
が可能である。これは水素化物貯蔵ユニットの迅速なチ
ャージ及びディスチャージを可能とし、また従ってその
精製装置の性能の対応する上昇をもたらす。
本発明に従う方法並びにこの方決を実施するための装置
は原料水素ガスが各水素化物貯蔵ユニットへ送り込まれ
る前の段階として予備精製段階を備える。この予備精製
段階においてその水素化物貯蔵ユニットの吸蔵材の寿命
に対して悪影響を及ぼすような不純物もすでに濾過除去
されるか、他の化合物に変えられるか、又は吸収除去さ
れる。
は原料水素ガスが各水素化物貯蔵ユニットへ送り込まれ
る前の段階として予備精製段階を備える。この予備精製
段階においてその水素化物貯蔵ユニットの吸蔵材の寿命
に対して悪影響を及ぼすような不純物もすでに濾過除去
されるか、他の化合物に変えられるか、又は吸収除去さ
れる。
この目的に用いられる物質(ゲッター物質)としてはこ
の精製装置において現われ得る最高圧力よりも著しく高
い圧力において初めて水素化物形成が開始されるような
水素化物形成性を有する金属または合金が適している。
の精製装置において現われ得る最高圧力よりも著しく高
い圧力において初めて水素化物形成が開始されるような
水素化物形成性を有する金属または合金が適している。
このことは精製運転の間にそのゲッター材料には水素化
物の形成が起らないということを意味する。しかしなが
らその代りに原料水素ガス中の他の成分が化学吸着され
、従ってその本来の精製段階においてその吸蔵材の過早
の汚染はもはや生じ得ない、それによってその精製段階
の水素化物貯蔵ユニットの長期間の運転が保証される。
物の形成が起らないということを意味する。しかしなが
らその代りに原料水素ガス中の他の成分が化学吸着され
、従ってその本来の精製段階においてその吸蔵材の過早
の汚染はもはや生じ得ない、それによってその精製段階
の水素化物貯蔵ユニットの長期間の運転が保証される。
原料ガス中の結合されずに留まる不純物はいわゆる頂部
ガスの本発明に従うブロー過程によってディスチャージ
過程の開始時にその水素化物貯蔵ユニットから洗い出さ
れて除かれ、従ってそのあとでは1oppb以下の純度
を充分に満足するような高純度水素ガスのみが送り出さ
れるようになる。ゲッター物質は原料ガスの品質とその
純粋ガスに要求される純度とに依存して腐蝕防止におけ
る「犠牲防蝕アノード」と類似の態様で時々新しいもの
と取替えなければならない。
ガスの本発明に従うブロー過程によってディスチャージ
過程の開始時にその水素化物貯蔵ユニットから洗い出さ
れて除かれ、従ってそのあとでは1oppb以下の純度
を充分に満足するような高純度水素ガスのみが送り出さ
れるようになる。ゲッター物質は原料ガスの品質とその
純粋ガスに要求される純度とに依存して腐蝕防止におけ
る「犠牲防蝕アノード」と類似の態様で時々新しいもの
と取替えなければならない。
しかしながらそのために必要な経費はその全精製段階の
汚染された水素化物貯蔵ユニットを交換するための経費
よりも著しく僅かである。適当に構成した場合にはこの
交換は純粋ガス送り出しの中断な(その装置の運転の間
においても行なうことができる。
汚染された水素化物貯蔵ユニットを交換するための経費
よりも著しく僅かである。適当に構成した場合にはこの
交換は純粋ガス送り出しの中断な(その装置の運転の間
においても行なうことができる。
f、 実施例
以下本発明を、水素ガス精製用の全装置が原理的に示さ
れている添附図の参照のもとに更に詳細に説明する。
れている添附図の参照のもとに更に詳細に説明する。
図示されていない貯蔵容器から不純物を含む水素ガスが
例えば約10バールの圧力において供給され、そしてバ
ルブ2を開放することによって導管lを通して分子篩3
とゲッター段階4とから構成される予備精製装置の中に
導入され、ここで湿分及びガス中の反応性成分含有量が
強制的に低下させられる。同時にその予備精製段階3.
4は一酸化炭素用の触媒反応器の役目をもなしてこれを
容易に除可能な二酸化炭素に変える。その水素ガスの圧
力及び湿分含有量は対応する測定計器5.6によって監
視される。この予備精製装置3.4を通過した後に水素
ガスは例えば水素化物貯蔵ユニッNlaの中に送り込ま
れ、そしてここに金属水素化物の形で貯蔵される。
例えば約10バールの圧力において供給され、そしてバ
ルブ2を開放することによって導管lを通して分子篩3
とゲッター段階4とから構成される予備精製装置の中に
導入され、ここで湿分及びガス中の反応性成分含有量が
強制的に低下させられる。同時にその予備精製段階3.
4は一酸化炭素用の触媒反応器の役目をもなしてこれを
容易に除可能な二酸化炭素に変える。その水素ガスの圧
力及び湿分含有量は対応する測定計器5.6によって監
視される。この予備精製装置3.4を通過した後に水素
ガスは例えば水素化物貯蔵ユニッNlaの中に送り込ま
れ、そしてここに金属水素化物の形で貯蔵される。
この貯蔵ユニットへのチャージの程度が上昇するにつれ
てその水素化物貯蔵ユニット11aO中の温度は成る最
高値まで上昇する。−綿に連結された3個の個別の圧力
容器14aによって貯蔵容積が定められる水素化物貯蔵
ユニット 11aはある蓄熱媒体12a(水)によって
取り囲まれており、これはその金属水素化物の生成エン
タルピーの大部分を吸収する。水素化物貯蔵ユニット1
1aは高価な断熱手段13aを備えているので、放出さ
れた熱が外部に排除されることはない。
てその水素化物貯蔵ユニット11aO中の温度は成る最
高値まで上昇する。−綿に連結された3個の個別の圧力
容器14aによって貯蔵容積が定められる水素化物貯蔵
ユニット 11aはある蓄熱媒体12a(水)によって
取り囲まれており、これはその金属水素化物の生成エン
タルピーの大部分を吸収する。水素化物貯蔵ユニット1
1aは高価な断熱手段13aを備えているので、放出さ
れた熱が外部に排除されることはない。
水素化物貯蔵ユニット11aの中及び蓄熱手段12aの
中でその温度が最高値に達した時にチャージ過程が終了
し、そして原料水素の供給は遮断弁7aによて停止され
る。チャージ過程の間はその水素化物貯蔵ユニット11
aに従属する各出口バルブF3a。
中でその温度が最高値に達した時にチャージ過程が終了
し、そして原料水素の供給は遮断弁7aによて停止され
る。チャージ過程の間はその水素化物貯蔵ユニット11
aに従属する各出口バルブF3a。
9aは閉じられている。その水素化物用物質は水素ガス
のみを吸収するので、その−水素化物貯蔵ユニット11
aのガス空間中にはまだ種々の不純物成分が含有された
ままに留まっている。
のみを吸収するので、その−水素化物貯蔵ユニット11
aのガス空間中にはまだ種々の不純物成分が含有された
ままに留まっている。
従ってこの頂部ガスと呼ばれる不純物の含まれた水素ガ
スは貯蔵ユニットをディスチャージの開始時にバルブ8
aを開放することによって導管10を経て外部ヘプロー
し、それによってこれが純粋ガス導管18の中に導入さ
れないようにする。この頂部ガスが排除されてしまって
そのために開放されていたバルブ8aが再び閉じられて
しまったあとで初めて純粋ガス導管18に続くバルブ9
aが開放され、それによって純粋な水素ガスは濾過器1
6及び17を通過したあとで取出すことができるように
なる。
スは貯蔵ユニットをディスチャージの開始時にバルブ8
aを開放することによって導管10を経て外部ヘプロー
し、それによってこれが純粋ガス導管18の中に導入さ
れないようにする。この頂部ガスが排除されてしまって
そのために開放されていたバルブ8aが再び閉じられて
しまったあとで初めて純粋ガス導管18に続くバルブ9
aが開放され、それによって純粋な水素ガスは濾過器1
6及び17を通過したあとで取出すことができるように
なる。
ディスチャージのために必要な熱は連続的に蓄熱手段1
2aから取り出される。温度の低下と共に純粋水素ガス
のディスチャージ圧力も低下する。この水素化物貯蔵ユ
ニット 11a及びその蓄熱材12aが再び元の出発温
度に達してしまったならば直ちに、すなわちその吸蔵さ
れた量の水素ガスが再び放出されてしまったならば直ち
にそのディスチャージ過程は終了する。この運転の時点
においてそのディスチャージ圧力はなお依然として例え
ば5バールの値に留まる。この水素化物貯蔵ユニット1
1aと平行に設けられてその参照数字の添附記号がbで
表わされている第2の水素化貯蔵ユニット11bはその
チャージ及びディスチャージのサイクルの間にプッシュ
プル方式で運転される。
2aから取り出される。温度の低下と共に純粋水素ガス
のディスチャージ圧力も低下する。この水素化物貯蔵ユ
ニット 11a及びその蓄熱材12aが再び元の出発温
度に達してしまったならば直ちに、すなわちその吸蔵さ
れた量の水素ガスが再び放出されてしまったならば直ち
にそのディスチャージ過程は終了する。この運転の時点
においてそのディスチャージ圧力はなお依然として例え
ば5バールの値に留まる。この水素化物貯蔵ユニット1
1aと平行に設けられてその参照数字の添附記号がbで
表わされている第2の水素化貯蔵ユニット11bはその
チャージ及びディスチャージのサイクルの間にプッシュ
プル方式で運転される。
すなわち水素化物貯蔵ユニット 11aは水素化物貯蔵
ユニット11bがディスチャージ過程にある時にチャー
ジ過程を行なっており、そしてその逆の場合には逆であ
って、それにより連続的な純粋水素ガスの取出しが可能
である。この全装置はそれぞれの必要なパルプ類を含め
て、図示されていない自由にプログラムすることの可能
な制御装置によって監視され、制御される。
ユニット11bがディスチャージ過程にある時にチャー
ジ過程を行なっており、そしてその逆の場合には逆であ
って、それにより連続的な純粋水素ガスの取出しが可能
である。この全装置はそれぞれの必要なパルプ類を含め
て、図示されていない自由にプログラムすることの可能
な制御装置によって監視され、制御される。
水素化物用の物質が周囲の温度において充分なディスチ
ャージ圧力をもたらさないような場合のために各水素化
物貯蔵ユニット 11a及び11bはその断熱手段を設
けたにも拘らず現われる僅かな熱損失を補償するために
補償用加熱手段15a、 15bを備えている。
ャージ圧力をもたらさないような場合のために各水素化
物貯蔵ユニット 11a及び11bはその断熱手段を設
けたにも拘らず現われる僅かな熱損失を補償するために
補償用加熱手段15a、 15bを備えている。
連続的な精製ガスの取出しは一方の水素化物貯蔵ユニッ
ト11aのディスチャージの開始時に行なわれる頂部ガ
スのブローの間におい、でも保証されており、というの
はそれぞれ他方の水素化物貯蔵ユニット11bがこの期
間の間においては充分なディスチャージ圧力で純粋なガ
スをなお送り出すことができるからである。すなわちこ
の移行期間の間は両方の水素化物貯蔵ユニット 11a
、 11bは同時にディスチャージされる。これは水素
化物貯蔵ユニットのディスチャージに必要な熱量が常に
両方の水素化物貯蔵ユニット11a、 11bのいずれ
に対してもその本来の蓄熱材12a、 12bの中で入
手することができるからである。これによって両方の水
素化物貯蔵ユニット 11a、 11bのそれぞれの熱
収支の完全な分離が与えられ、従ってこの点において本
発明によれば前述した米国特許第4,444,727号
公報に従う水素精製装置の場合と完全に異った方法原理
及び装置原理が利用されているのである。この場合に本
発明は、水素化物貯蔵の技術において吸蔵材との熱交換
の実施のために完全に公知の、内部に伝熱媒体12a、
12bを貫流させる容器外周ジャケット(断熱手段1
3a、 13b)が次のように、すなわちこれが蓄熱材
の役目をしてその貯蔵ユニ7トのチャージ過程からの全
生成エンタルピーを吸収することができるように設計さ
れるということを基礎とするものである。
ト11aのディスチャージの開始時に行なわれる頂部ガ
スのブローの間におい、でも保証されており、というの
はそれぞれ他方の水素化物貯蔵ユニット11bがこの期
間の間においては充分なディスチャージ圧力で純粋なガ
スをなお送り出すことができるからである。すなわちこ
の移行期間の間は両方の水素化物貯蔵ユニット 11a
、 11bは同時にディスチャージされる。これは水素
化物貯蔵ユニットのディスチャージに必要な熱量が常に
両方の水素化物貯蔵ユニット11a、 11bのいずれ
に対してもその本来の蓄熱材12a、 12bの中で入
手することができるからである。これによって両方の水
素化物貯蔵ユニット 11a、 11bのそれぞれの熱
収支の完全な分離が与えられ、従ってこの点において本
発明によれば前述した米国特許第4,444,727号
公報に従う水素精製装置の場合と完全に異った方法原理
及び装置原理が利用されているのである。この場合に本
発明は、水素化物貯蔵の技術において吸蔵材との熱交換
の実施のために完全に公知の、内部に伝熱媒体12a、
12bを貫流させる容器外周ジャケット(断熱手段1
3a、 13b)が次のように、すなわちこれが蓄熱材
の役目をしてその貯蔵ユニ7トのチャージ過程からの全
生成エンタルピーを吸収することができるように設計さ
れるということを基礎とするものである。
伝熱媒体の供給排出の制御のための導管類、ポンプ及び
弁類はこの場合に完全に省略される。
弁類はこの場合に完全に省略される。
以下に本発明に従う水素精製装置のレイアウトを次の数
値例によって説明する。この場合7.5kgの吸蔵材を
含む水素化物貯蔵ユニットを基礎とし、このものの可逆
的な水素吸蔵能力は1.2重量%である。圧力容器を含
めたこの貯蔵ユニットのIIE量は13.5kgである
。この水素化物貯蔵ユニットは8kgの水の充填された
貯水槽の中に埋没されており、これは外側に真空/スー
パー断熱系、すなわち実際上はとんど熱を外部に放出し
ない断熱系を備えている。
値例によって説明する。この場合7.5kgの吸蔵材を
含む水素化物貯蔵ユニットを基礎とし、このものの可逆
的な水素吸蔵能力は1.2重量%である。圧力容器を含
めたこの貯蔵ユニットのIIE量は13.5kgである
。この水素化物貯蔵ユニットは8kgの水の充填された
貯水槽の中に埋没されており、これは外側に真空/スー
パー断熱系、すなわち実際上はとんど熱を外部に放出し
ない断熱系を備えている。
水と容器壁との間の伝熱を改善するためにその水素化物
貯蔵容器の外面に熱伝導性の良好な材料よりなるフィン
が設けられており、これらは水の中に浸漬されている。
貯蔵容器の外面に熱伝導性の良好な材料よりなるフィン
が設けられており、これらは水の中に浸漬されている。
水素ガスをチャージすることによってその水素化物貯蔵
ユニットは室温からそのチャージ圧力に対応する温度ま
で加熱される。
ユニットは室温からそのチャージ圧力に対応する温度ま
で加熱される。
この例においては出発温度から40’に高い温度である
。この場合に放出される熱量は Q ”’ n (Hz) X Hby4= 1620
kJである。
。この場合に放出される熱量は Q ”’ n (Hz) X Hby4= 1620
kJである。
この式において水素の反応量は45モルに対応してn(
Hz) =90gであって水素化物生成エンタルピH
h−a = 36kJ 1モルH2であることより出発
した。
Hz) =90gであって水素化物生成エンタルピH
h−a = 36kJ 1モルH2であることより出発
した。
熱の放出によってその全系は下記式に対応して約40°
にだけ加熱される。
にだけ加熱される。
ΔT = ((lo) / ((CphyaXmby+
) + (CpwXmw) )上記の例においては 水素化物貯蔵ユニットの熱容量 CI)hyd= 0.54kJ/kg・°に水素化物貯
蔵ユニット重量 m>ya = 13.5kg 水の熱容量 CPw =4..184kJ/kg・°に
水の重量 m。=8kg 温度上昇値 ΔT=4.0°に のデータが該当する。
) + (CpwXmw) )上記の例においては 水素化物貯蔵ユニットの熱容量 CI)hyd= 0.54kJ/kg・°に水素化物貯
蔵ユニット重量 m>ya = 13.5kg 水の熱容量 CPw =4..184kJ/kg・°に
水の重量 m。=8kg 温度上昇値 ΔT=4.0°に のデータが該当する。
引続いて行なわれるディスチャージに際しての水素化物
貯蔵ユニットはそのディスチャージ圧力に対応する温度
まで冷却され、そして水素ガスの遊離のために必要な熱
量がその蓄熱媒体(水)から流れ込む。この7.5kg
の水素化物用物質を用いる例においてはその系(貯蔵ユ
ニット直径114m。
貯蔵ユニットはそのディスチャージ圧力に対応する温度
まで冷却され、そして水素ガスの遊離のために必要な熱
量がその蓄熱媒体(水)から流れ込む。この7.5kg
の水素化物用物質を用いる例においてはその系(貯蔵ユ
ニット直径114m。
貯蔵ユニット高さ320 tm、水素化物用物質=Ti
o、*5Zro、 +sVo、 4sFeo、 +Mn
+、 s)のチャージ及びディスチャージの時間はそれ
ぞれ約10分間であり、従って水素ガスの時間当り精製
量3Nrrrが可能である。
o、*5Zro、 +sVo、 4sFeo、 +Mn
+、 s)のチャージ及びディスチャージの時間はそれ
ぞれ約10分間であり、従って水素ガスの時間当り精製
量3Nrrrが可能である。
精製装置を長時間運転しなければならず、そして同時に
完全な性能の維持を必要とする場合には、その装置は断
熱が理想的でないことに基づく熱損失を再び補償するよ
うな補償用加熱装置を備えていてもよい、この例におい
ては熱損失は凡そのオーダーで約10W程度である。そ
れに対して必要なエネルギー消費量はこの装置の性能か
らみて僅少量に過ぎない。
完全な性能の維持を必要とする場合には、その装置は断
熱が理想的でないことに基づく熱損失を再び補償するよ
うな補償用加熱装置を備えていてもよい、この例におい
ては熱損失は凡そのオーダーで約10W程度である。そ
れに対して必要なエネルギー消費量はこの装置の性能か
らみて僅少量に過ぎない。
添附図は本発明に従う水素精製装置の全体の図式説明図
である。 1・・・供給導管、 3.4・・・予備精製段階
、5.6・・・計測器機、 7a、 7b・・・遮断
弁、8a、 8b、 9a、 9b−出口弁、11a、
11b・・・水素化物貯蔵ユニット、12a、 12
b・・・蓄熱媒体、 13a、 13b−断熱手段、1
4a、 14b−圧力容器、 15a、 15b・・・補償用加熱手段、16、17・
・・濾過装置。
である。 1・・・供給導管、 3.4・・・予備精製段階
、5.6・・・計測器機、 7a、 7b・・・遮断
弁、8a、 8b、 9a、 9b−出口弁、11a、
11b・・・水素化物貯蔵ユニット、12a、 12
b・・・蓄熱媒体、 13a、 13b−断熱手段、1
4a、 14b−圧力容器、 15a、 15b・・・補償用加熱手段、16、17・
・・濾過装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)時間的に相互にタイミングされている少なくとも2
つ以上の金属水素化物貯蔵ユニットの周期的なチャージ
及びディスチャージを行ない、その際各第1運転期間、
即ちチャージ期間において原料水素ガスを圧力のもとに
一方の金属水素化物貯蔵ユニットへ供給して吸蔵材中に
金属水素化物として貯蔵し、そしてその間にこの金属水
素化物貯蔵ユニットから熱を取り出して中間蓄熱し、ま
たその際各第2運転期間、即ちディスチャージ期間にお
いて金属水素化物として貯蔵された水素を上記中間蓄熱
された熱の吸蔵材への還元のもとに純粋水素ガスとして
再び遊離させる、水素ガスの連続的精製方法において、
その精製されるべき原料水素ガスを金属水素化物貯蔵ユ
ニットへ供給するに先立ち先ずゲッター材の上に通して
予備精製すること、貯蔵ユニットのチャージを貯蔵ユニ
ットのディスチャージに要する最低圧力よりも著しく高
い圧力で行なうこと、熱の中間蓄熱を、それぞれ直接に
その金属水素化物を取囲んでいる蓄熱手段中で殆んど損
失なく行ない、その際場合により、その水素化物形成用
金属の選択に依存して蓄熱ユニットの熱損失に相当する
熱量を外部から供給すること、ディスチャージの開始時
に、金属水素化物貯蔵ユニット中に含まれている不純な
頂部ガスをブローすること、及び予備精製の有効性に許
容できない不純度に達してしまう前にゲッター材を純粋
なものと交換することを特徴とする、水素ガスを精製す
る方法。 2)周囲温度における水素化物形成用金属のディスチャ
ージ圧力が水素の出口側の必要な運転圧力よりも大きく
なるようにその水素化物形成用金属を選び、そして外部
から、熱エネルギーを全く供給しない、請求項1記載の
水素ガスを精製する方法。 3)原料ガス供給導管(1)及び純粋ガス導管(18)
に接続しており且つそれぞれその金属水素化物貯蔵ユニ
ット(11a、11b)の外周ジャケットの中に含まれ
ている伝熱媒体(12a、12b)を介して熱の供給及
び排出のために蓄熱手段と連結されている少なくとも1
対以上の金属水素化物貯蔵ユニット(11a、11b)
を有する、上記請求項1記載の水素ガスを精製する方法
を実施するための装置において、各金属水素化物貯蔵ユ
ニット(11a、11b)の手前においてその原料ガス
供給導管(1)の中に少なくとも1つ以上の予備精製段
階(4)が設けられていること、各金属水素化物貯蔵ユ
ニット(11a、11b)の外周シェルがそれぞれ外側
に断熱手段(13a、13b)を有していること、及び
各金属水素化物貯蔵ユニット(11a、11b)の外周
シェル(13a、13b)中に含まれている伝熱媒体(
12a、12b)の体積が蓄熱手段として次のような大
きさ、すなわちチャージ過程の間に水素化物の形成によ
って遊離される熱量をその運転条件(温度及びガスの圧
力)のもとで完全に吸収できるような大きさであること
を特徴とする水素ガスを精製する装置。 4)伝熱媒体(12a、12b)が液体、中でも水であ
る請求項3記載の水素ガスを精製する装置。 5)断熱手段(13a、13b)が真空スーパー断熱系
として形成されている請求項3または4記載の水素ガス
を精製する装置。 6)金属水素化物貯蔵ユニット(11a、11b)の外
表面積が伝熱フィンによって増大されている、請求項3
ないし5のいずれか1つに記載の水素ガスを精製する装
置。 7)周囲温度における貯蔵ユニットディスチャージ圧力
が純粋ガス導管(18)の中の必要な運転圧力よりも低
くなるようにその水素化物貯蔵ユニット(11a、11
b)の水素化物形成用金属を選び、そして蓄熱手段(1
2a、12b)が断熱の条件による熱損失の補償のため
の加熱手段を備えている、請求項1ないし3のいずれか
1つに記載の水素ガスを精製する装置。 8)周囲温度における貯蔵ユニットディスチャージ圧力
が純粋ガス導管(18)中の必要な運転圧力よりも小さ
くなるようにその水素化物貯蔵ユニット(11a、11
b)の水素化物形成用金属を選んである、請求項3ない
し6のいずれか1つに記載の水素ガスを精製する装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3737843.0 | 1987-11-04 | ||
| DE3737843 | 1987-11-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01157403A true JPH01157403A (ja) | 1989-06-20 |
| JP2640518B2 JP2640518B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=6340012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278524A Expired - Fee Related JP2640518B2 (ja) | 1987-11-04 | 1988-11-02 | 水素ガスを精製する方法と装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5080875A (ja) |
| EP (1) | EP0315582B1 (ja) |
| JP (1) | JP2640518B2 (ja) |
| DE (1) | DE3873485D1 (ja) |
| ES (1) | ES2034359T3 (ja) |
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| US5080875A (en) | 1992-01-14 |
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| EP0315582A3 (en) | 1989-12-06 |
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