JPS58174206A - 多孔質でない水素拡散膜およびその使用方法 - 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】 本発明は、多孔質でない水素拡散膜と、ガス混合物から
水素を分離するため、この水素拡散膜を使用する方法と
に関する。

ガス混合物から、パラジウムの拡散膜又状拡散壁を透過
して水素を分離することは公知になっている。、ま九す
でに、水素を透過する別の材料から成シ、ガスを供給さ
れる側―又はガス混合物が接触する側面のみがパラジウ
ム又はパラジウム合金で覆われている拡散壁が知られて
いる。例えばアメリカ合衆国特許第３４０７５７１号明
細書によれば鋼鉄から成る拡散壁が使用されてお夛、こ
の拡散壁の一次側の面は薄いパラジウムの層又は、例え
ば６０％の銀を含むパラジウムと銀の合金の如き、パラ
ジウム合金の層で覆われている。拡散を加速すゐえめ、
この壁は％に高められ九温度で使用され、その温度は１
１２０℃に到達することが可能であるが、この際、はぼ
１５０から２６０℃の温度が特に有利である。

更に一次側の面と二次側の園の間の圧力の差を特に正確
に維持することが必要であシ、この圧力の差は少くとも
ほぼ１バアルでＴｏシそして特に約１００バアルに達す
ることが可能である。

アメリカ会衆１！ｉ％許第１１７４６５１号明細書によ
れば、拡散して分離され九水素が運び去られている場合
には、ガス混合物から、多孔質の陶磁器の基板を有する
プラチナ又はパラジウムの壁を透過して水素を分離する
ととは連続的にそして特に経済的に行われる。

多孔質でない水素のみを透過する分離壁を透過して拡散
によ）水素を分離する上記した如き方法を実用的に実施
する際、特に高温において作業が実施されそして、例え
ば原子炉の一次冷却ガスにおいて発生する様な軽水素又
は軽水素同位元素の形態のものを分離する場合には面倒
な問題が発生する。何故ならば、長時間の後で、それ自
体僅かな一次側又は二次側空間の汚染が、水蒸気又は酸
化させる化合物と共に障害を惹起し、その障害は例えば
拡散を阻止する作用を持ち又は拡散過程に悪い影響を与
える酸化層の形成（特に二次側の面上）であシ、そして
更にパラジウムを含有している層は高温において長時間
を経過し丸後で、基板の内部に拡散する傾向を持ち、斯
くして所望の防護および分離作用が時間の経、過と共に
減少する。純粋ｔｋ／＜ラジウム箔又はパラジウムを均
勢に含有している箔は、多孔質の基板上に配置され丸場
合には、−次側と二次側の間の圧力の差に耐えることが
できる丸め、比較的厚く形成されなければならない。

このことはｔ丸材料のコス）Ｋ関して廉価な解決を与え
るものではない、更にノ（ラジウムを含む材料で厚く形
成され丸部は水素の拡散のためＫは、別の材料で厚く形
成され丸部よりも都合が悪い。

本発明の目的は、混合物から水素を分離する丸めの金属
膜材料を準備することであ夛、該材料は分離壁にプラチ
ナ族の貴金属を用いることなく有効な滲透を可能ならし
めそして該材料の分離作用は長時間の作業の場合でも維
持されているものである。

上記の目的は本発明により、多孔質でない水素拡散膜に
より達成され、該膜社原子の割合いがはｆｉｌ：１のＴ
ｉＭｉ又はＴ１ムｔから形成されて−る。

上記のチタン合金はそれぞれ、一方又紘他方の成分の４
５乃至５０）く−セントの原子を含みセしてＳＯＯ℃よ
シも高い温度で薄い金属板又は箔の形態で使用される。

上記し丸部は、例えば非結晶質金属を加工する丸めの公
知の方法（［テヒエツシエ・ミトタＭｉｔｔ、Ｋｒｕｐ
ｐ、Ｆｏｒｓａｈ、−Ｂ＠ｒ、　”０４０　（１９８２
）ｉ１＊ｆｔ　Ｂ、　ａ・１ｔ＠ｎ　６７−７１　）に
よって得られる。

即ち保験ガスの中で生産され僅かに過熱されたｓｖｉ物
がスリット状の噴出孔から速ｉ速度で回転している（約
３０乃至４０　ｍ／ａ　）室温に保たれている銅製の円
筒の表向に吹き付けられる。

この様にして約２５乃至５０＃ｍまでの薄−膜が造られ
る。実験の研究は約１００乃至２００βｍの厚さの円板
を用−て実施され、この円板は大きなブロックからダイ
ヤ毫ンド鋸を用いて切断されそして放電および／ｌえは
腐蝕により望ましい厚さにされた。暖かい円筒によれば
約ｓｗｍの厚さまでの箔が得られ、この様な箔は、前置
される条件のもとでは、１お水素の拡散の九めに使用可
能である。

上記し九丁１）ｉｉ又は〒１ムＶ合金は次の様な有利′
Ｉｋ、ＩＩ！ｆ性を持っている。

〜この合金はもろくなく、従って弾性を有する薄板又は
箔にすることが可能であり、また使用中に屯ろくなるこ
ともない。

−この合金の滲透率はパラジウムシよびパラジウム合金
と同様によい。

一種々の汚染物質がガス中に同時に存在している場合に
長時間の作業でも水素収容力は減少しない。

τｉ／Ｍｉおよびテ１／ムを釡金の状態図によれば、こ
の合金は原子の割合いが約１：１である時に均質になる
範囲を持っていることが判る。この範囲においてこの合
金はもろくなく、弾性を有しそして変形可能である。

Ｏ，Ｓ％までの不純物は問題にならなｉ。

上記の合金は窒素、水蒸気および炭素化合物を含む水嵩
ガ′ス混合体の中で、高温で活性化されることが発見さ
れ、従って水素分子はＷ４離しそしてＨは、パラジウム
を含む膜の場合と同様な拡散率で膜を透過して拡散する
。表向の活性化は不変に維持される。

例えば’ｒｉＭｉから成る膜の一次側が、水素、Ｃ０２
および窒素ガスの４００℃のＨ２ガス混合物に接触して
い九とする。滲透が最初に減少した後で、蝮時間が経過
し先後では水素滲透率は純粋のＨ２の、その時の分圧に
対応する値が再び得られる。

この値は数週間以上研究が終了するまで一定に保たれる
。

チタン−銀（１：１）の場合にも同様なことが発見され
、その際滲透率は純粋のパラジウムのそれよりも大であ
った。

本発明による拡散膜祉５００℃を越えた温度のガス混合
物から水素を分離するために使用され、そしてＴｉ１ｉ
ｉ　［Ｉは水素分圧が５０バアルに達するまで使用可能
であシ、この分圧は任意の低い値であってもよい。Ｈ２
の圧力の差がと１０゜特に−次匈と二次側の間で１：１
０から１：１００に維持されるのが合目的である。

この様な圧力の差は分離され九二次側の水素を吸い出す
ことによって達成され戚ｉは二次側において反応物質と
反応させることにより水素を捕えそして運び去ることに
よっても達成される。この際アルカリ金属又はアルカリ
土金属から成る水素化物を含む融成物又はそれ等の混合
物を用いるのが合目的である。

膜の通常の厚さは約１０μと約１乃至２鴎の間になって
いる。

Ｔ１ムｆはそれの有８な機械的特性と特別に大なる滲透
率のため、水素分圧が高くない範囲で有効に使用され、
斯くして水素化物の相の形成を避けることが可能である
。この九めＴ１ムｆ−膜は水素分圧が約１０　Ｔｏｒｒ
よ）も大なる場合に約６００℃よシも高い温度範囲にお
いてのみ使用される。

ＳＯＯ℃の場合には水素分圧は約ｌＱ　　Ｔｏｒｒよシ
も少い値に維持されなければならない、　Ｔ１Ｎｉ糸で
は、水嵩分圧が数’ｒｏｒｒ高くても水嵩化物が形成さ
れないことが平＊Ｉ鈎定によシ確にされている。

【図面の簡単な説明】

添附図はガス混合物から水嵩を分離する丸めの装置を略
図により示し九ものであ夛、ガス混合物社空間１の中に
導入される。水素は多孔質でないｌＩ［２ｔ−透過して
空間５の中に拡散し、この空間から水素は吸引され又は
運び去られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　Ｔ［ｉ又はテ１ムｔから形成され、その際チ
   タン成分祉何時も４５乃至５５原子％に／ｌつているこ
   とを特徴とする、多孔質でな一水素拡散膜。 （２）３００℃を超え九温度でガス混合物から水素を分
   離するため、特許請求０１１１１第１項記載の水素拡散
   膜を使用することを特徴とする使用方法。 するまで、約０．０１乃至１謹の厚さの丁１Ｎｉ膜−使
   用されることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   使用方法。 （４）　　約６００℃の温度で水素分圧が約１０　ＴＯ
   ｒｒの時にテ１ムを膜が使用されることを特徴とする、
   （５）　　膜の後側で、水嵩がガスの状態で吸引されて
   いることを特徴とする特許訪求の範囲第２鷹から４４項
   までのうちのいずれか一つに記載の使用方法。 （６）　　ＩＩの二次側にお−て、水素が化学反応によ
   シ補見られそして形成され走化合物が運び出されること
   を特徴とする、％吟請求の範囲第２項から第４項までの
   うちの−ずれか一つに記載の使用方法。 （７）化合する成分としてアルカリ金属および／を九は
   アルカリ土金属から成る水素化−を含む融成物又はそれ
   等の混合物が用いられることを特徴とする特許請求の範
   囲第６項記載の使用方法。 （８）　　ガス混合物から、多孔質でない膜を透過して
   拡ｌ１ｋＫより水素を分離するための装置において、拡
   散膜として、特許請求の範囲第１項記載の多孔質でない
   膜を用いたことを特徴とする分離鎖酸。