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Nb-W合金膜による水素分離法 新技術説明会

国内特許コード P10A015555
掲載日 2010年7月9日
出願番号 特願2008-072609
公開番号 特開2009-226274
登録番号 特許第5085385号
出願日 平成20年3月19日(2008.3.19)
公開日 平成21年10月8日(2009.10.8)
登録日 平成24年9月14日(2012.9.14)
発明者
  • 黒川 英人
  • 常木 達也
  • 白崎 義則
  • 安田 勇
  • 森永 正彦
  • 湯川 宏
  • 南部 智憲
  • 松本 佳久
出願人
  • 東京瓦斯株式会社
  • 国立大学法人名古屋大学
発明の名称 Nb-W合金膜による水素分離法 新技術説明会
発明の概要

【課題】Nb-W系合金からなる新規水素分離膜、同水素分離膜による水素分離法及び水素分離条件を特定の手法により選定する。
【解決手段】Nb-W合金膜またはNb-W-Ta合金膜からなる水素分離膜、同Nb-W系合金膜による水素分離法、及び、それらNb-W系合金膜による水素の分離のための条件を、(a)温度Tにおける、(b)Nb-W系合金膜に対する水素雰囲気の水素圧力P、(c)Nb-W系合金膜に対する固溶水素量Cを測定し、(d)温度T、水素圧力P、固溶水素量Cの実測データを基にこれら3要件を関連付けたPCT曲線を作成し、当該PCT曲線を基に固溶水素量CとNb-W系合金膜の脆性破壊との関係を求めて耐水素脆性に係る限界固溶水素量を評価することにより、使用温度、一次側、二次側の水素圧力条件を設定する。
【選択図】図4

従来技術、競合技術の概要


水素含有ガスから水素を選択的に透過して分離する水素分離膜が知られている。水素分離膜の構成材料には各種金属、合金やセラミックス、あるいは分子ふるい炭素など各種あるが、その代表例としてPd系合金(特許文献1、等)がある。しかし、Pd系合金の水素分離膜では、Y、Gdなどの性能向上効果の大きい希土類系元素を添加した場合でも水素分離性能は2~3倍しか向上せず、またPd自体が貴金属であるためコスト高となるという欠点がある。



特許文献2には、そのようなPd系合金膜に代わるものとして、Nbを主成分とし、V、Ta、Ni、Ti、MoおよびZrからなる群から選ばれる1種以上の元素で合金化してなるNb合金系水素分離膜が開示され、特許文献3には、同じくNb合金からなる水素分離膜として、Pd、Ru、Re、Pt、AuおよびRhからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素5~25質量%とのNb合金からなる水素分離膜が開示され、特許文献4には、Nb箔は、その両側にPd膜を被覆した場合、同じく両側にPd膜を被覆したTa箔、V箔に比べて水素透過量としては最も高い値を示すことが開示されている。




【特許文献1】米国特許第2773561号公報

【特許文献2】特開2000-159503号公報

【特許文献3】特開2002-206135号公報

【特許文献4】米国特許第3350846号公報

産業上の利用分野


本発明は、優れた水素透過性能および耐水素脆性を有するNb-W系合金膜からなる水素分離膜、それらの水素分離膜による水素分離法、および、それらの水素分離膜による水素の分離のための条件設定法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
Nb-W合金膜からなる水素分離膜を使用して水素含有ガスから水素を分離する方法であって、
(a)前記Nb-W合金膜からなる水素分離膜につき、その使用温度範囲の各温度Tにおいて
(b)前記Nb-W合金膜に対する水素雰囲気の水素圧力Pに対応するNb-W合金膜の固溶水素量C〔=H/M(水素原子と金属原子の原子比)〕を測定し、且つ、
(c)前記Nb-W合金膜についてSP試験により、その使用温度範囲の各温度Tにおける“荷重-変位”曲線を作成し、水素脆性による膜試料の破壊に至るまでに要した仕事量であるSP吸収エネルギーを測定することにより、
(d)前記使用温度範囲の各温度T、前記水素圧力P、前記固溶水素量Cの3要素を関連付けたPCT曲線を作成し、
(e)前記PCT曲線にSP吸収エネルギーの値を基にした水素脆性評価の線を組み合わせることにより、水素分離膜としての前記Nb-W合金膜について、水素分離膜としての使用温度、水素分離膜に対する被処理ガスである水素含有ガスの一次側、二次側の水素圧力条件を設定し、
(f)前記Nb-W合金膜からなる水素分離膜を前記(e)で設定した条件を基に使用して水素含有ガスから水素を分離精製することを特徴とするNb-W合金膜による水素分離法。

【請求項2】
Nb-W-Ta合金膜からなる水素分離膜を使用して水素含有ガスから水素を分離する方法であって、
(a)前記Nb-W-Ta合金膜からなる水素分離膜につき、その使用温度範囲の各温度Tにおいて
(b)前記Nb-W-Ta合金膜に対する水素雰囲気の水素圧力Pに対応するNb-W-Ta合金膜の固溶水素量C〔=H/M(水素原子と金属原子の原子比)〕を測定し、且つ、
(c)前記Nb-W-Ta合金膜についてSP試験により、その使用温度範囲の各温度Tにおける“荷重-変位”曲線を作成し、水素脆性による膜試料の破壊に至るまでに要した仕事量であるSP吸収エネルギーを測定することにより、
(d)前記使用温度範囲の各温度T、前記水素圧力P、前記固溶水素量Cの3要素を関連付けたPCT曲線を作成し、
(e)前記PCT曲線にSP吸収エネルギーの値を基にした水素脆性評価の線を組み合わせることにより、水素分離膜としての前記Nb-W-Ta合金膜について、水素分離膜としての使用温度、水素分離膜に対する被処理ガスである水素含有ガスの一次側、二次側の水素圧力条件を設定し、
(f)前記Nb-W-Ta合金膜からなる水素分離膜を前記(e)で設定した条件を基に使用して水素含有ガスから水素を分離精製することを特徴とするNb-W-Ta合金膜による水素分離法。

【請求項3】
Nb-W合金膜からなる水素分離膜を使用して水素含有ガスから水素を分離するための条件を設定する方法であって、
(a)前記Nb-W合金膜からなる水素分離膜につき、その使用温度範囲の各温度Tにおいて
(b)前記Nb-W合金膜に対する水素雰囲気の水素圧力Pに対応するNb-W合金膜の固溶水素量C〔=H/M(水素原子と金属原子の原子比)〕を測定し、且つ、
(c)前記Nb-W合金膜についてSP試験により、その使用温度範囲の各温度Tにおける“荷重-変位”曲線を作成し、水素脆性による膜試料の破壊に至るまでに要した仕事量であるSP吸収エネルギーを測定することにより、
(d)前記使用温度範囲の各温度T、前記水素圧力P、前記固溶水素量Cの3要素を関連付けたPCT曲線を作成し、
(e)前記PCT曲線にSP吸収エネルギーの値を基にした水素脆性評価の線を組み合わせることにより、水素分離膜としての前記Nb-W合金膜について、水素分離膜としての使用温度、水素分離膜に対する被処理ガスである水素含有ガスの一次側、二次側の水素圧力条件を設定することを特徴とするNb-W合金膜による水素の分離精製のための条件設定法。

【請求項4】
Nb-W-Ta合金膜からなる水素分離膜を使用して水素含有ガスから水素を分離するための条件を設定する方法であって、
(a)前記Nb-W-Ta合金膜からなる水素分離膜につき、その使用温度範囲の各温度Tにおいて
(b)前記Nb-W-Ta合金膜に対する水素雰囲気の水素圧力Pに対応するNb-W-Ta合金膜の固溶水素量C〔=H/M(水素原子と金属原子の原子比)〕を測定し、且つ、
(c)前記Nb-W-Ta合金膜についてSP試験により、その使用温度範囲の各温度Tにおける“荷重-変位”曲線を作成し、水素脆性による膜試料の破壊に至るまでに要した仕事量であるSP吸収エネルギーを測定することにより、
(d)前記使用温度範囲の各温度T、前記水素圧力P、前記固溶水素量Cの3要素を関連付けたPCT曲線を作成し、
(e)前記PCT曲線にSP吸収エネルギーの値を基にした水素脆性評価の線を組み合わせることにより、水素分離膜としての前記Nb-W-Ta合金膜について、水素分離膜としての使用温度、水素分離膜に対する被処理ガスである水素含有ガスの一次側、二次側の水素圧力条件を設定することを特徴とするNb-W-Ta合金膜による水素の分離精製のための条件設定法。
産業区分
  • 混合分離
  • 冶金、熱処理
  • 合金
  • 処理操作
  • 無機化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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