JP2011143335A - 水素分離装置及び水素分離装置の製造方法 - Google Patents
水素分離装置及び水素分離装置の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】水素を含有するガスから水素ガスを分離させるための水素分離筒3を改質触媒兼支持体である多孔質支持体60及び水素透過膜10で形成する。多孔質支持体60は、多孔質支持層50の外側表面を覆う反応防止層(第1多孔質層)40、反応防止層40の外側表面を覆うように形成された水素透過層30及び水素透過層30の外側を覆う反応防止層20で構成されている。水素分離膜10は、反応防止層20を覆うように形成されている。水素透過層30は、多孔質支持体60中に層を形成するように、水素透過性金属材料Pdが充填された層であり、水素透過膜10はPd薄膜である。このように水素分離層を二重にすることで、一方の水素透過層30でリークが発生しても他方でリークを抑止できるので、純度の高い水素ガスを安定して供給することができる。
【選択図】図2
Description
このようにすると、水素透過性金属材料が充填された層(30)は、多孔質支持体(60)上に形成された水素透過膜(10)に比べ、圧力に対して強くなる。したがって、水素透過性金属材料が充填された層(30)で内圧を受ける構造とすれば、単に、多孔質支持体(60)上に水素透過膜(10)を形成した層を形成したものに比べ耐久性が向上する。
・また、本発明において、多孔質支持層(50)の改質触媒と、水素透過性金属材料が充填された層(30)の水素透過性金属材料との反応を防止する、改質触媒を有しない反応防止層(40)と、改質触媒及び/又は水素透過性金属材料が充填された層(30)の水素透過性金属材料と、水素透過膜(10)の水素透過性金属材料との反応を防止する、改質触媒を有しない反応防止層(20)と、を備えるようにするとよい。
(全体構成)
まず、本実施形態の水素分離装置1の全体構成について説明する。図1は、本発明が適用された水素分離装置1の概略の構造を示す構造図である。
次に図2に基づいて水素分離筒3の構造について説明する。図2は、水素分離筒3の概略の構造を示すための水素分離筒3の一部の断面図である。
水素分離筒3は、(改質触媒兼支持体である)多孔質支持体60及び水素分離膜10から構成されている。
反応防止層(第2多孔質層)20は、水素透過層30を形成する成分と水素透過膜10を形成する成分が相互に拡散しない程度であれば、その層厚は特に限定されず、例えば、0.1〜100μmに調整される。
上記水素透過膜10は、反応防止層(第2多孔質層)20の外側を覆うように形成されている。水素透過膜10は、水素を選択的に透過する材料であればよく、例えばPd膜、Pd合金膜、5族金属(V、Nb、Ta)膜、5族金属合金膜、あるいは、5族金属膜又は5族金属合金膜とPd膜又はPd合金膜との多層膜が挙げられる。
次に、図3に基づいて水素分離筒3の製造方法について説明する。図3は水素分離筒3の概略の製造方法を示す図である。
これとは別に、イットリア安定化ジルコニアの混合粉末を有機溶媒中に分散させたスラリーを作製し、図3(a)に示すように、ディップコーティング法(又はスプレー吹き付け法、印刷法等)により多孔質支持層50の上に形成した後、1300℃に加熱して焼付けを行い、反応防止層(第1多孔質層)40を形成した。
以上のような水素分離装置で1では、原料ガスは、内挿管17から中心孔13に供給され、中心孔13から水素分離筒3へ供給される。水素分離筒3に供給された原料ガスは、水素分離筒3の多孔質支持層50で改質される。
(水素分離装置1の特徴)
以上のような水素分離装置1では、多孔質支持層50と水素透過膜10の間に水素透過性金属材料(Pd)が充填された水素透過層30を有している。この水素透過層30の水素透過性金属材料(Pd)は、水素のみを透過する。
さらに、多孔質支持層50が改質触媒機能を有しているので、多孔質支持層50で原料ガスの改質が行われる。したがって、別途改質触媒を設置する必要がないので、水素分離装置1として小型化が可能となる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態として、水素分離筒3の他の製法について説明する。この製造方法では、円筒有底管形状の水素分離筒3を以下の手法により作製した。
この成形体を、1300℃で焼結することにより、外径10mm×長さ100mmの水素分離筒3(多孔質改質触媒層兼支持体)を作製した。イットリア安定化ジルコニア粉末を有機溶媒中に分散させたスラリーを作製し、ディップコーティング法により支持体の上に多孔質層として形成した後、1300℃に加熱して焼き付けを行った。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態として、図4に基づいて水素分離筒3の他の製造方法について説明する。
次に、再度塩化スズ二水和物の塩酸水溶液中に浸漬し、その後塩化パラジウムの塩酸水溶液中に浸漬する、核付け処理を行った後、パラジウム錯体、ヒドラジン、アンモニア水を含むめっき液に浸漬することにより、パラジウム膜を形成した(図4(c)参照)。
Claims (4)
- 水素を選択的に透過させる水素透過膜と、
前記水素透過膜を支持するための多孔質支持体と、
を備え、
水素を前記水素透過膜の片面側から他面側に透過させることで水素を選択的に取り出す水素分離装置であって、
前記多孔質支持体中に水素透過性金属材料が充填された層を有することを特徴とする水素分離装置。 - 前記多孔質支持体が改質触媒機能を有することを特徴とする請求項1に記載の水素分離装置。
- 前記多孔質支持体の改質触媒と前記水素透過性金属材料が充填された層の水素透過性金属材料との反応を防止する、改質触媒を有しない反応防止層と、
前記多孔質支持体の改質触媒及び/又は前記水素透過性金属材料が充填された層の水素透過性金属材料と、前記水素透過膜の水素透過性金属材料との反応を防止する、改質触媒を有しない反応防止層と、
を備えたことを特徴とする請求項2に記載の水素分離装置。 - 請求項2に記載の水素分離装置の製造方法であって、
水素透過性金属材料が充填された層は、
多孔質層中にパラジウムを充填した後、前記パラジウムを充填した前記多孔質層表面に銀を被覆し、
該銀を被覆した多孔質層上に再度パラジウムを形成することにより形成することを特徴とする水素分離装置の製造方法。
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