(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材質の多孔体(１)の表面にパラジウムを含む金属の薄膜からなる水素分離膜を配置し、水素分離膜で分離されているガス流路の二次側にスイープガスを導入するようにしている水素分離装置において、一次側及び二次側に位置する多孔体(１)の表面に膜厚１〜５０μmの前記水素分離膜(２)(３)を配置し、二次側に位置する水素分離膜(３)での水素以外のガスに対する水素ガスの分離係数が一次側に位置する水素分離膜(２)での水素以外のガスに対する水素ガスの分離係数よりも小さくし、一次側通路(５)に水素含有ガスを流入させるとともに、二次側通路(６)から分離された水素を流出させるように構成してあることを特徴とする水素分離装置。
【請求項２】
二次側に一次側水素分離膜(２)の膜厚よりも薄く形成した水素分離膜(３)を配置して、ガス透過量を増加させるようにした請求項１に記載した水素分離装置。
【請求項３】
二次側に微細な薄膜欠損部を形成した水素分離膜(３)を配置して、水素以外のガスに対する水素ガスの分離係数を減少させるようにした請求項１に記載した水素分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を含む混合ガスから、水素を分離回収する装置に関し、特に、水素分離膜を使用して水素を分離回収する水素分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
混合ガスから水素を分離して回収する水素分離膜として、パラジウムあるいはパラジウム合金等のパラジウムを含む金属の薄膜が知られている。ところが、パラジウムは高価であるという問題があることから、この高価なパラジウムの使用量を減じ、かつ、単位面積当たりの水素透過量を大きくするため、パラジウムを含む合金の薄膜を多孔質体の表面に形成させた水素分離膜が数多く提案されている。そして、その水素透過量を多くするために、二次側に水蒸気等のスイープガスを導入し、二次側の水素分圧を下げる試みがなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
水素分離膜の二次側の水素分圧を一次側の水素分圧よりも低くすることは、薄膜の単一層では十分な効果を発揮するが、薄膜の二次側に薄膜の支持体(基材)として多孔質物が配設してある場合には、この多孔質物が障害となって、水蒸気が水素分離膜の二次側面にほとんど拡散することかができず、二次側面での水素分圧を減少させる効果が大幅に減じられることになる。このため水素分離膜を多孔質物の一次側面に担持させるものでは水素透過量を増大させるという効果を十分発揮することができないという問題を有していた。
【０００４】
本発明は、このような点に着目し、確実に水素透過量の増大を計ることのできる水素分離装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために本発明は、無機材質の多孔体の表面にパラジウムを含む金属の薄膜からなる水素分離膜を配置し、水素分離膜が配設されている多孔体の二次側にスイープガスを導入するようにしている水素分離装置において、一次側及び二次側に位置する多孔体の表面に膜厚１〜５０μmの前記水素分離膜を配置し、二次側の水素分離膜の膜厚を薄くしたり、二次側の水素分離膜に微細な薄膜欠損部を形成したりして、二次側に位置する水素分離膜での水素以外のガスに対する水素ガスの分離係数が一次側に位置する水素分離膜に対する水素ガスの分離係数での水素以外のガス透過量よりも小さくし、一次側通路(５)に水素含有ガスを流入させるとともに、二次側通路(６)から分離された水素を流出させるように構成したことを特徴としている。
【０００６】
【発明の作用】
本発明では、多孔体の両面に水素透過膜を配置し、二次側に位置する水素透過膜での水素以外のガス透過量を一次側に位置する水素透過膜での水素以外のガス透過量よりも大きく形成していることから、多孔体の厚さ方向での水素以外のガスの滞留がなくなり、二次側に水蒸気等のガスを導入することにより二次側水素透過膜での両側での水素分圧に十分な差圧を持たせることができるようになるから、水素分離装置としての水素透過効率が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図は本発明を適用した水素分離装置を示し、図1は概略構成図である。この水素分離装置は、多孔質体(１)と、該多孔質体(１)で形成した筒体の内周面及び外周面にパラジウムを含む金属の薄膜からなる水素透過膜(２)(３)を担持させ、水素透過膜(２)(３)を担持させた多孔質体(１)をケーシング(４)内に気密に収容して、ケーシング(４)内に形成されるガス通路をこの水素透過膜(２)(３)で水素含有ガスが流入する一次通路(５)と分離された水素ガスが流出する二次通路(６)とに区画してあり、二次通路(６)に水蒸気を流通させるように構成してある。
【０００８】
多孔質体(１)はアルミナ、シリカ、コージライト、チタニア、ジルコニア、金属粉等の無機質材料で形成されており、その肉壁部分は内外周面を連通する多数の連続した細孔を有している。また、水素透過膜(２)(３)は、パラジウムあるいはパラジウム合金を無電解メッキによる薄膜形成、金属の圧延等により多孔質体(１)の表面に膜厚が１〜５０μmとなる状態に形成したもである。ここで、膜厚を１〜５０μmとしたのは、膜厚が５０μmを越える厚い膜では、ピンホールをほとんどなくすことができ実質的に水素以外のガスは透過しない。このため、二次側に位置する水素透過膜の水素以外のガスを透過させる特性の違いによる水素透過性能に有意な差が認められないという理由からである。
【０００９】
そして、この水素分離装置では、二次側に位置する水素透過膜(３)の膜厚を一次側に位置する水素透過膜(２)の膜厚よりも薄く形成したり、同じ膜厚の薄膜を二次側に位置するものについてのみレーザー加工等の機械加工による微細な薄膜欠損部を形成したりすることで、二次側に位置する水素透過膜(３)での不純物(水素以外のガス)の透過量が一次側に位置する水素透過膜(２)での不純物透過量よりも２０％程度多くなる状態に形成してある。
【００１０】
図中符号(７)は液化石油ガスや液化天然ガス等の水蒸気改質後の水素を含む原料ガス供給路、(８)は水素分離後ガスの排出路、(９)は水蒸気導入路、(10)は分離水素導出路である。
【００１１】
多孔質体(１)の内外両周面にピンホール等を全く有しておらず、水素以外のガスを全く透過させない水素透過膜を配置した場合、二次通路(６)に水蒸気を流通させることにより理論的には、一次通路(５)と多孔質体(１)、多孔質体(１)と二次通路(６)との間にそれぞれ水素分圧差が生じることから、水素含有ガスから水素ガスを分離させることができる。ところが、経済性等の面から水素透過膜(２)(３)を薄くした場合には、水素透過膜自身が多くのピンホールを有していることが多くなる。そして、水素透過膜(２)(３)がピンホールを有している場合には、水素以外のガス(不純物ガス)も透過することになって、二次側水素透過膜(３)のガス流れ方向上流側にその不純物ガスが濃縮されることになり、その部分での水素分圧が低下し、多孔質体(１)と二次通路(６)との間での水素分圧差がほとんどなくなることから、水素透過膜(３)は透過推進力を持たなくなって、膜構成物全体として水素透過機能を失することになる。
【００１２】
ところが、本発明の水素分離装置では、二次側に位置する水素透過膜(３)での不純物ガスの透過量が一次側に位置する水素透過膜(２)での不純物ガス透過量よりも多くなるように構成してあるから、両水素透過膜(２)(３)間での不純物ガスの濃縮がなくなり、多孔質体(１)と二次通路(６)との間での水素分圧差を十分確保することができることになる。なお、二次側に位置する水素透過膜(３)での不純物ガス透過量を一次側に位置する水素透過膜(２)での不純物ガス透過量を増大させてあっても、一次側に位置する水素透過膜(２)を透過した不純物ガス量を越える不純物ガスが二次側に流れ込むことはないから、二次側に達した不純物ガスは全体からすると１／５００程度に薄まり、９９.９８％の水素ガスを効率よく取り出すことができることになる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明では、無機材質の多孔体の両面に水素分離膜を配設し、二次側に位置する水素分離膜の水素以外のガス透過量を一次側に位置する水素分離膜の水素以外のガス透過量よりも多くなるように両水素透過膜の透過特性を設定しているので、薄く形成した水素透過膜を使用するものでありながら、両水素透過膜間での水素以外のガスの濃縮を抑制することができ、常に、一次通路と多孔体、多孔体と二次通路との間に水素分圧差を確保することができ、二次側への水蒸気導入による水素透過量を確実に増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態を示す概略構成図である
【符号の説明】
１…多孔体、２・３…水素分離膜(２…一次側水素分離膜、３…二次側水素分離膜)。
【図１】
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