RU130987U1 - MEMBRANE FOR ISSUE OF HYDROGEN FROM GAS MIXTURES - Google Patents

Abstract

Мембрана для выделения водорода из газовых смесей на основе таких металлов 5 группы Периодической системы элементов Менделеева, как ниобий, ванадий и тантал, и их сплавы, с покрытием из палладия или его сплавов с обеих ее сторон, отличающаяся тем, что покрытия входной и выходной сторон мембраны выполнены из одинаковых материалов, и толщина покрытия на входной стороне мембраны в 5-10 раз превышает толщину покрытия на выходной стороне мембраны, или покрытия входной и выходной сторон мембраны выполнены из разных материалов, и при этом покрытие на входной стороне мембраны выполнено из палладия, а покрытие на выходной стороне мембраны - из сплава палладия с иттрием Pd-6Y.Membrane for the evolution of hydrogen from gas mixtures based on metals of group 5 of the Periodic Table of the Mendeleev’s elements, such as niobium, vanadium and tantalum, and their alloys, coated with palladium or its alloys on both sides, characterized in that the coatings of the input and output sides the membranes are made of the same materials, and the coating thickness on the inlet side of the membrane is 5-10 times the thickness of the coating on the output side of the membrane, or the coatings of the inlet and outlet sides of the membrane are made of different materials, and and the input side of the membrane is made of palladium and coated on the outlet side of the membrane - palladium alloy with yttrium-Pd-6Y.

Description

Настоящая полезная модель относится к области мембранного выделения чистого водорода из газовых смесей, содержащих водород, и может использоваться в водородной энергетике и других отраслях промышленности, использующих водород высокой чистоты: в электронной, химической, фармацевтической, металлургической промышленностях, автомобилестроении, производстве чистых материалов и др.This utility model relates to the field of membrane separation of pure hydrogen from gas mixtures containing hydrogen, and can be used in hydrogen energy and other industries using high-purity hydrogen: in the electronic, chemical, pharmaceutical, metallurgical industries, automotive, production of pure materials, etc. .

Такое широкое использование водорода связано, в частности, с развитием прямого, минуя тепловой цикл, преобразования химической энергии водорода в электричество с помощью топливных элементов (автомобили, судостроение, ноутбуки, «умные» дома и т.д.). Для работы топливных элементов требуется водород с чистотой не хуже 99,00%-99.999%. Поскольку водород не является первичным источником энергии, большую его часть производят в настоящее время и будут производить в ближайшем будущем с помощью риформинга органического сырья: природного газа, биогаза, угля, метанола, этанола и т.п. В результате риформинга образуется газовая смесь (типично: Н₂+СО+СО₂+Н₂O+N₂), из которой требуется выделить водород. Задаче разработки высокоэффективных надежных и дешевых мембран для выделения водорода из газовых смесей и посвящено данное техническое решение.Such widespread use of hydrogen is associated, in particular, with the development of direct, bypassing the heat cycle, conversion of the chemical energy of hydrogen into electricity using fuel cells (cars, shipbuilding, laptops, smart homes, etc.). For the operation of fuel cells, hydrogen with a purity of no worse than 99.00% -99.999% is required. Since hydrogen is not the primary source of energy, most of it is currently produced and will be produced in the near future by reforming organic raw materials: natural gas, biogas, coal, methanol, ethanol, etc. As a result of the reforming, a gas mixture is formed (typically: H ₂ + CO + CO ₂ + H ₂ O + N ₂ ), from which hydrogen is required to be separated. The task of developing highly effective reliable and cheap membranes for hydrogen evolution from gas mixtures is the subject of this technical solution.

Для извлечения водорода высокой чистоты из газовых смесей в настоящее время широко распространено использование мембран из палладия и его сплавов различной формы и размеров.To extract high purity hydrogen from gas mixtures, the use of membranes from palladium and its alloys of various shapes and sizes is now widespread.

Известно техническое решение (см. [1] патент на изобретение РФ №2416460, М. кл. В01D 63/00, 63/08, 72/02 опубл. 20.04.2011 г.), в котором запатентованы водородопроницаемая мембрана, фильтрующий элемент и мембранный аппарат. При этом водородопроницаемая плоская мембрана выполнена на основе палладиевого сплава с рельефной наружной поверхностью с чередующимися выступами и окружающими каждый выступ впадинами, отличающаяся тем, что палладиевый сплав содержит один или несколько элементов из 1б, III, IV и VIII групп Периодической системы элементов, а отношение максимальной длины L дуги на поверхности выступов в их поперечном сечении к длине D ее проекции на площадь основания находится в пределах от 1,05 до 1+δ, где δ - пластичность материала мембранного сплава. Известное техническое решение предназначено для выделения водорода из газовых смесей.A technical solution is known (see [1] patent for the invention of the Russian Federation No. 2416460, M. C. B01D 63/00, 63/08, 72/02 publ. 04/20/2011), which patented a hydrogen-permeable membrane, a filter element and membrane apparatus. Moreover, the hydrogen-permeable flat membrane is made on the basis of a palladium alloy with a relief external surface with alternating protrusions and depressions surrounding each protrusion, characterized in that the palladium alloy contains one or more elements of groups 1b, III, IV, and VIII of the Periodic Table of Elements, and the ratio is maximum the length L of the arc on the surface of the protrusions in their cross section to the length D of its projection onto the base area is in the range from 1.05 to 1 + δ, where δ is the ductility of the material of the membrane alloy. Known technical solution is intended for the evolution of hydrogen from gas mixtures.

Несмотря на высокую степень совершенства известного технического решения, оно сохраняет недостатки, свойственные мембранам, изготовленным на основе палладия и его сплавов, а именно, высокую стоимость устройства, связанную с использованием в качестве основного материала мембран сплава драгоценного металла палладия и недостаточную для ряда приложений производительность выделения водорода, что объясняется неудовлетворительными термодинамическими характеристиками сплавов палладия в отношении растворения/пропускания водорода.Despite the high degree of perfection of the known technical solution, it retains the drawbacks inherent in membranes made on the basis of palladium and its alloys, namely, the high cost of the device associated with the use of precious palladium alloy metal membranes as the main material and insufficient performance for a number of applications hydrogen, which is explained by the unsatisfactory thermodynamic characteristics of palladium alloys in relation to the dissolution / transmission of hydrogen.

Известно также имеющее существенно меньшую стоимость техническое решение «Высокопроизводительные мембраны цилиндрической формы, покрытые палладием» (Palladium coated high-flux tubular membranes) (см. [2] патент Канады СА № 2249126, М. кл. B01D 53/22, опубл. 02.04.2000 г.), представляющее собой композитную мембрану, имеющую наружную и внутреннюю поверхности цилиндрической формы, изготовленную из ниобия, тантала, ванадия или других металлов, обладающих необходимыми характеристиками для проникновения водорода. При этом цилиндрическая мембрана может быть изготовлена из непалладиевых материалов и покрыта тонким слоем палладия, как на внутренней, так и на наружной поверхностях.Also known at significantly lower cost is the technical solution “Palladium coated high-flux tubular membranes” (see [2] Canadian Patent CA No. 2249126, M. CL B01D 53/22, publ. 02.04 .2000 g), which is a composite membrane having an outer and inner surface of a cylindrical shape made of niobium, tantalum, vanadium or other metals that have the necessary characteristics for the penetration of hydrogen. In this case, the cylindrical membrane can be made of non-palladium materials and coated with a thin layer of palladium, both on the inner and outer surfaces.

Известное техническое решение предназначено для выделения водорода из газовых смесей. Однако следует отметить малый ресурс его работы из-за низкой механической прочности соединений мембран с конструкционными элементами вследствие большой разницы коэффициентов термического и термоконцентрационного расширения металлов 5 группы Периодической системы элементов Менделеева и их сплавов по сравнению с конструкционными материалами (типично, нержавеющей сталью) в атмосфере водорода, в результате чего происходит их разгерметизация.Known technical solution is intended for the evolution of hydrogen from gas mixtures. However, it should be noted that it has a short service life due to the low mechanical strength of the membrane joints with structural elements due to the large difference in the coefficients of thermal and thermoconcentration expansion of metals of group 5 of the Periodic table of Mendeleev’s elements and their alloys compared with structural materials (typically stainless steel) in a hydrogen atmosphere , resulting in their depressurization.

Известно также техническое решение «Мембрана для выделения водорода из газовых смесей» (см. [3] заявка РФ на полезную модель №2012146898, М. кл. B01D 53/22, 63/00, 63/08, С01В 3/01, 3/16, решение о выдаче патента от 09.01.2013 г.), представляющее собой композитную мембрану на основе таких металлов 5 группы Периодической системы элементов Менделеева, как ниобий, ванадий, тантал и их сплавы, с покрытием из палладия или его сплавов с обеих ее сторон, причем между палладиевым покрытием на входной стороне мембраны и основным материалом мембраны расположен слой металла с пропускной способностью по водороду не менее, чем в 10 раз меньше, чем пропускная способность основного материала мембраны и чем пропускная способность покрытия на выходной стороне. При этом в качестве слоя металла между покрытием на входной стороне мембраны и основным материалом мембраны может быть использован слой никеля или серебра.The technical solution “Membrane for the evolution of hydrogen from gas mixtures” is also known (see [3] RF application for utility model No. 2012146898, M. class B01D 53/22, 63/00, 63/08, С01В 3/01, 3 / 16, decision to grant a patent dated January 9, 2013), which is a composite membrane based on metals of group 5 of the Periodic Table of the Mendeleev’s elements, such as niobium, vanadium, tantalum and their alloys, coated with palladium or its alloys on both of it sides, and between the palladium coating on the input side of the membrane and the main membrane material is a metal layer with prop SKNOU capacity for hydrogen is not less than 10 times smaller than the capacity of the base material of the membrane and the coating capacity on the output side. In this case, a layer of nickel or silver can be used as a metal layer between the coating on the entrance side of the membrane and the main material of the membrane.

Известное техническое решение предназначено для выделения водорода из газовых смесей и решает задачу повышения механической прочности мембраны и увеличения срока ее службы путем уменьшения термоконцентрационного расширения (водородной дилатации) материала мембраны при работе в газовой атмосфере, содержащей водород. Однако, в связи с низкой водородопроницаемостью вспомогательного слоя, расположенного между палладиевым покрытием на входной стороне мембраны и основным материалом мембраны и изготавливаемым, например, из никеля или серебра, его толщина должна быть не более сотых долей микрона (~10^-8 мм). Создание таких тонких, обладающих бездефектной структурой слоев является сложной технической задачей, существенно повышающей как стоимость, так и надежность изготовления мембран. За прототип выбрано техническое решение, описанный в [3].A well-known technical solution is intended for hydrogen evolution from gas mixtures and solves the problem of increasing the mechanical strength of the membrane and increasing its service life by reducing the thermoconcentration expansion (hydrogen dilatation) of the membrane material when operating in a gas atmosphere containing hydrogen. However, due to the low hydrogen permeability of the auxiliary layer located between the palladium coating on the inlet side of the membrane and the main membrane material and made, for example, of nickel or silver, its thickness should be no more than hundredths of a micron (~ 10 ^-8 mm). The creation of such thin, defect-free layers is a complex technical task, significantly increasing both the cost and reliability of the manufacture of membranes. For the prototype selected technical solution described in [3].

Достигаемым техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение производства и повышение надежности изготовления мембраны для выделения водорода из газовых смесей при сохранении малой величины термоконцентрационного расширения (водородной дилатации) материала мембраны при работе в газовой атмосфере, содержащей водород.The technical result of the proposed technical solution is to simplify the production and increase the reliability of the manufacture of the membrane for hydrogen evolution from gas mixtures while maintaining a small thermal expansion (hydrogen dilatation) of the membrane material when operating in a gas atmosphere containing hydrogen.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в мембране для выделения водорода из газовых смесей на основе таких металлов 5 группы Периодической системы элементов Менделеева, как ниобий, ванадий и тантал, и их сплавы, с покрытием из палладия или его сплавов с обеих ее сторон, отличающейся тем, что покрытия входной и выходной сторон мембраны выполнены из одинаковых материалов и толщина покрытия на входной стороне мембраны в 5-10 раз превышает толщину покрытия на выходной стороне мембраны или покрытия входной и выходной сторон мембраны выполнены из разных материалов и при этом покрытие на входной стороне мембраны выполнено из палладия, а покрытие на выходной стороне мембраны - из сплава палладия с иттрием Pd-6Y.The achievement of the specified technical result is provided in the membrane for hydrogen evolution from gas mixtures based on metals of group 5 of the Periodic table of Mendeleev’s elements, such as niobium, vanadium and tantalum, and their alloys, coated with palladium or its alloys on both sides, characterized in that the coatings of the inlet and outlet sides of the membrane are made of the same materials and the coating thickness on the inlet side of the membrane is 5-10 times greater than the thickness of the coating on the outlet side of the membrane or the coating of the inlet and outlet sides the membranes are made of different materials and the coating on the input side of the membrane is made of palladium, and the coating on the output side of the membrane is an alloy of palladium with yttrium Pd-6Y.

Достижение указанного технического результата приведенными выше отличиями можно пояснить следующим образом. Надежность работы мембраны и продолжительность срока ее службы зависят в значительной степени от ее механической прочности в условиях работы в газовой атмосфере, содержащей водород, при высоких, порядка 500°С, температурах. При этом радикальное снижение ресурса работы мембран происходит из-за разрушения/разгерметизации их соединения с конструкционными материалами (типично, с нержавеющей сталью) вследствие высоких коэффициентов термоконцентрационного расширения (так называемой водородной дилатации) металлов 5 группы Периодической системы элементов Менделеева и их сплавов при их работе в атмосфере водорода. При этом происходит растворение в них водорода, приводящее к расширению кристаллической решетки (водородной дилатации), величина которой зависит от конкретных физико-химических свойств металлов и сплавов металлов. В результате при работе в таких условиях металлы или сплавы металлов с разной растворимостью водорода, образующие соединение, расширяются по-разному, что вызывает локальные механические напряжения в месте соединения, приводящие как к нарушению герметичности соединения, так и к его полному разрушению.The achievement of the specified technical result by the above differences can be explained as follows. The reliability of the membrane and the duration of its service life depend to a large extent on its mechanical strength under conditions of operation in a gas atmosphere containing hydrogen at high temperatures of about 500 ° C. In this case, a radical decrease in the life of the membranes occurs due to the destruction / depressurization of their compounds with structural materials (typically stainless steel) due to the high coefficients of thermal expansion (so-called hydrogen dilatation) of metals of group 5 of the Periodic Table of the Mendeleev’s elements and their alloys during their operation in an atmosphere of hydrogen. In this case, hydrogen dissolves in them, leading to the expansion of the crystal lattice (hydrogen dilatation), the magnitude of which depends on the specific physicochemical properties of metals and metal alloys. As a result, when working under such conditions, metals or metal alloys with different hydrogen solubilities that form the compound expand differently, which causes local mechanical stresses at the junction, leading both to a violation of the tightness of the compound and to its complete destruction.

Радикальный путь устранения этого нежелательного эффекта - снижение концентрации растворенного в мембране водорода. Это может быть реализовано, в частности, созданием асимметричной мембраны с затрудненной абсорбцией водорода на входной поверхности и облегченной десорбцией на выходной поверхности, что на порядки величины уменьшает концентрацию растворенного в материале мембраны водорода, ответственного за дилатационное расширение. Конкретно, в известном техническом решении [3] это предлагается осуществить путем введения между входным покрытием и основным материалом перегородки дополнительного слоя металла с низкой проводимостью водорода. Наиболее подходящими для этой цели являются покрытия из никеля и серебра.A radical way to eliminate this undesirable effect is to reduce the concentration of hydrogen dissolved in the membrane. This can be achieved, in particular, by creating an asymmetric membrane with difficult absorption of hydrogen on the input surface and facilitated desorption on the output surface, which reduces the concentration of hydrogen dissolved in the membrane material responsible for dilatation expansion by an order of magnitude. Specifically, in the known technical solution [3], it is proposed to accomplish this by introducing between the inlet coating and the main material of the partition wall an additional metal layer with low hydrogen conductivity. The most suitable for this purpose are nickel and silver coatings.

Но даже для этих металлов, обладающих относительно высокой по сравнению с другими металлами (за исключением палладия) водородопропицаемостью, толщина дополнительного слоя, затрудняющего проникновение водорода, но все же обеспечивающая требуемую производительность мембраны, оказывается порядка сотых долей микрона (10^-8) и меньше. Промышленное производство таких равномерных по толщине бездефектных топких покрытий на больших площадях поверхности мембран, особенно на поверхностях мембран сложной формы, представляет собой непростую и дорогостоящую задачу.But even for these metals, which have relatively high hydrogen permeability compared to other metals (except for palladium), the thickness of an additional layer that impedes the penetration of hydrogen, but nevertheless provides the required membrane performance, is of the order of hundredths of a micron (10 ^-8 ) and less. The industrial production of such thickness-free defect-free coatings uniform over large areas of the surface of the membranes, especially on the surfaces of membranes of complex shape, is a difficult and expensive task.

Предлагаемое техническое решение предлагает другой путь создания асимметричной мембраны с затрудненной абсорбцией водорода на входной поверхности и облегченной десорбцией на выходной поверхности, обеспечивающей радикальное снижение концентрации растворенного водорода, а именно создание условий, при которых покрытие из палладия или его сплавов входной стороны будет обладать пропускной способностью по водороду в 5-10 раз более низкой, чем основной материал мембраны и чем покрытие из палладия или его сплавов выходной стороны мембраны.The proposed technical solution offers another way to create an asymmetric membrane with difficult absorption of hydrogen on the input surface and facilitated desorption on the output surface, which provides a radical decrease in the concentration of dissolved hydrogen, namely the creation of conditions under which the coating of palladium or its alloys of the input side will have a throughput hydrogen is 5-10 times lower than the main membrane material and than the coating of palladium or its alloys on the output side of the membrane.

В частности, поскольку пропускная способность палладия и его сплавов прямо пропорциональна его толщине, это может быть достигнуто тем, что толщина покрытия на входной стороне мембраны будет превышать толщину покрытия на выходной стороне мембраны в 5-10 раз (в случае одинакового материала покрытий).In particular, since the throughput of palladium and its alloys is directly proportional to its thickness, this can be achieved by the fact that the coating thickness on the inlet side of the membrane will exceed the thickness of the coating on the outlet side of the membrane by 5-10 times (in the case of the same coating material).

При этом благодаря отказу от слоя дополнительного металла между покрытием на входной поверхности и основным материалом перегородки существенно упрощается производство мембран и повышается надежность изготовления, которое сводится к нанесению слоя палладия или его сплавов на обе поверхности мембраны в требуемом соотношении.Moreover, due to the rejection of the additional metal layer between the coating on the input surface and the main material of the partition, the production of membranes is significantly simplified and the manufacturing reliability is increased, which is reduced to applying a layer of palladium or its alloys on both surfaces of the membrane in the required ratio.

Что касается диапазона толщин покрытия па входной поверхности мембраны, то здесь необходимо принимать во внимание следующие обстоятельства. С одной стороны, необходимо обеспечить достаточное для надежной работы соединения мембрана - конструкционный материал снижение концентрации растворенного водорода. Специально поставленные эксперименты покачали, что уменьшение пропускной способности покрытия на входной поверхности мембраны но водороду в 5 и более раз приводит к необходимому для обеспечению надежной работы устройства в целом снижению концентрации растворенного водорода и радикальному уменьшению эффектов дилатации. С другой стороны, чем меньше пропускная способность покрытия на входной поверхности мембраны, тем меньше производительность (пропускная способность) мембраны по водороду. Уменьшение пропускной способности по водороду покрытия на входной поверхности мембраны в десять раз можно считать предельно допустимой величиной, которая еще не влияет существенно на характеристики пропускания устройства в целом.As for the range of coating thicknesses at the input surface of the membrane, the following circumstances must be taken into account. On the one hand, it is necessary to provide a membrane-structural material sufficient for reliable operation to reduce the concentration of dissolved hydrogen. Specifically posed experiments shook that a decrease in the throughput of the coating on the input surface of the membrane but with hydrogen by a factor of 5 or more leads to a decrease in the concentration of dissolved hydrogen and a radical decrease in the effects of dilatation necessary to ensure reliable operation of the device as a whole. On the other hand, the lower the coating bandwidth on the input surface of the membrane, the lower the hydrogen productivity (bandwidth) of the membrane. A decrease in the hydrogen throughput of the coating on the input surface of the membrane by ten times can be considered the maximum permissible value, which does not significantly affect the transmission characteristics of the device as a whole.

Использование разного состава покрытий на входной и выходной сторонах мембраны, например, покрытие на входной стороне мембраны может быть выполнено из палладия, а покрытие на выходной стороне мембраны - из сплава палладия с иттрием Pd-6Y, который обладает пропускной способностью по водороду в 5 и более раз большей чем палладиевое покрытие такой же толщины (см. [4] Сплавы палладия для водородной энергетики, Российский химический журнал, 2006, т.1, №4, с.36-40), так же обеспечивает необходимое для надежной работы устройства уменьшение эффектов дилатации из-за снижения концентрации растворенного в материале мембраны водорода благодаря облегченной десорбции водорода с выходной поверхности мембраны.The use of different coating compositions on the input and output sides of the membrane, for example, the coating on the input side of the membrane can be made of palladium, and the coating on the output side of the membrane can be made of a palladium alloy with yttrium Pd-6Y, which has a hydrogen throughput of 5 or more times larger than a palladium coating of the same thickness (see [4] Palladium alloys for hydrogen energy, Russian Chemical Journal, 2006, vol. 1, No. 4, p. 36-40), also provides the necessary reduction for reliable operation of the device dilatat and due to lower concentration of dissolved hydrogen in the membrane material due to facilitated desorption of hydrogen from the exit surface of the membrane.

Рассмотрим примеры реализации предлагаемого устройства.Consider examples of the implementation of the proposed device.

Первый пример реализации предлагаемого устройства приведен на чертеже, где представлена мембрана для выделения водорода из газовых смесей, содержащая основной материал 1 мембраны - металл 5 группы (ванадий, ниобий или тантал), на входную поверхность которой нанесен слой 2 палладия, который в 5-10 раз толще, чем слой 3 палладия, нанесенный па выходную поверхность мембраны.The first example of the implementation of the proposed device is shown in the drawing, which shows a membrane for hydrogen evolution from gas mixtures, containing the main material of the membrane 1 - metal of group 5 (vanadium, niobium or tantalum), on the input surface of which a layer 2 of palladium is deposited, which is 5-10 times thicker than palladium layer 3 deposited on the exit surface of the membrane.

Устройство работает следующим образом. На входную поверхность мембраны подается смесь газов, содержащих водород. Благодаря каталитическим свойствам палладиевого покрытия, нанесенного на входную поверхность мембраны, водород абсорбируется палладием. Все остальные газы газовой смеси не вступают во взаимодействие с поверхностью мембраны и, соответственно, мембрана их не абсорбирует. Абсорбированный мембраной водород диффундирует сквозь нее, последовательно проходя сквозь утолщенное палладиевое покрытие па входе, обладающее низкой по сравнению с покрытием па выходной стороне пропускной способностью по водороду, толщу мембраны и палладиевое покрытие на ее выходе, с поверхности которого водород десорбируется, как это показано на чертеже. Благодаря облегченной десорбции водорода с выходной поверхности (по сравнению с входной) водород выделяется практически только с выходной поверхности мембраны.The device operates as follows. A mixture of gases containing hydrogen is supplied to the membrane inlet surface. Due to the catalytic properties of the palladium coating deposited on the input surface of the membrane, hydrogen is absorbed by palladium. All other gases of the gas mixture do not interact with the surface of the membrane and, accordingly, the membrane does not absorb them. The hydrogen absorbed by the membrane diffuses through it, successively passing through the thickened palladium coating at the inlet, which has a low hydrogen throughput, compared to the coating on the output side, the thickness of the membrane and the palladium coating at its exit, from which hydrogen is desorbed, as shown in the drawing . Due to the facilitated desorption of hydrogen from the exit surface (compared to the inlet), hydrogen is released almost exclusively from the outlet surface of the membrane.

Второй пример реализации предлагаемого устройства основан на использовании покрытий разного состава на входной и выходной поверхностях мембраны: покрытие на входной стороне мембраны выполнено из палладия, а покрытие на входной стороне мембраны - из сплава палладия с иттрием Pd-6Y, который обладает пропускной способностью по водороду в 5 и более раз большей чем палладиевое покрытие такой же толщины (см. [4]). Из-за того, что на входной стороне мембраны имеется покрытие из палладия, обладающего меньшей пропускной способностью, чем сплав палладия с иттрием, затрудняется абсорбция водорода в мембрану. Соответственно, уменьшаемся концентрации растворенного в мембране водорода. Этому же способствует облегченная десорбция на выходной поверхности мембраны. Все это обеспечивает необходимое для надежной работы устройства уменьшение эффектов дилатации.The second example of the implementation of the proposed device is based on the use of coatings of different compositions on the input and output surfaces of the membrane: the coating on the input side of the membrane is made of palladium, and the coating on the input side of the membrane is an alloy of palladium with yttrium Pd-6Y, which has a hydrogen throughput of 5 and more times larger than a palladium coating of the same thickness (see [4]). Due to the fact that on the input side of the membrane there is a coating of palladium, which has a lower throughput than the alloy of palladium with yttrium, the absorption of hydrogen into the membrane is difficult. Accordingly, we decrease the concentration of hydrogen dissolved in the membrane. The facilitated desorption on the outlet surface of the membrane also contributes to this. All this provides the necessary for reliable operation of the device to reduce the effects of dilatation.

Реализация предлагаемого устройства во всех случаях может быть осуществлена с помощью известных технологических процессов. В частности, покрытия на обеих сторонах мембраны могут быть получены с помощью электрохимических методов нанесения.The implementation of the proposed device in all cases can be carried out using known technological processes. In particular, coatings on both sides of the membrane can be obtained using electrochemical application methods.

Claims (1)

Мембрана для выделения водорода из газовых смесей на основе таких металлов 5 группы Периодической системы элементов Менделеева, как ниобий, ванадий и тантал, и их сплавы, с покрытием из палладия или его сплавов с обеих ее сторон, отличающаяся тем, что покрытия входной и выходной сторон мембраны выполнены из одинаковых материалов, и толщина покрытия на входной стороне мембраны в 5-10 раз превышает толщину покрытия на выходной стороне мембраны, или покрытия входной и выходной сторон мембраны выполнены из разных материалов, и при этом покрытие на входной стороне мембраны выполнено из палладия, а покрытие на выходной стороне мембраны - из сплава палладия с иттрием Pd-6Y.

Membrane for hydrogen evolution from gas mixtures based on metals of group 5 of the Periodic Table of the Mendeleev’s elements, such as niobium, vanadium and tantalum, and their alloys, coated with palladium or its alloys on both sides, characterized in that the coatings of the input and output sides the membranes are made of the same materials, and the coating thickness on the inlet side of the membrane is 5-10 times the thickness of the coating on the outlet side of the membrane, or the coatings of the inlet and outlet sides of the membrane are made of different materials, and and the input side of the membrane is made of palladium and coated on the outlet side of the membrane - palladium alloy with yttrium-Pd-6Y.

Images