Диффузионная мембрана

 

Изобретение может применяться для выделения водорода или его изотопов из газовых смесей путем его преимущественной диффузии через металлическую мембрану. Цель изобретения - повышение срока службы мембраны за счет предотвращения обеднения покрытия диссоциативным металлом-палладием и предотвращения образования окисленных продуктов. Диффузионная мембрана состоит из слоя . покрытия, выполненного из сплава палладия с легирующими добавками: 45-72 ат.% меди или 50-75 ат.% серебра или 7-16 ат.% иттрия, металлической основы, содержащей те же легирующие добавки в концентрации, равновесной с их концентрацией в покрытии , что предотвращает диффузию .компонентов покрытия в слой основы, дополнительного слоя, размещенного внутри основы или на ее противоположСО ной поверхности, включающего расплав, образующий или содержащий гидрид щелочного или щелочноземельного металла , который растворяет в себе диффундирующий через мембрану водород. ю ы o

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Ы 4 В Ol D 53/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ГЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3514549/23-26 (22) 25.02.82 (31) P 3! 49155.3, Р 3149084,0 (32) 11.12.81 (33) DE (46) 23.11.86. Бюл, М 43 (71) Кернфоршунгсанлаген 10лих

ГйбХ(РЕ) (72) Фридрих Бер, Рудольф Шультен

-и Вальтер Вайрих (РЕ) (53) 66.071.6-278:532,711(088.8) (56) Патент США М 3128178, кл. В 01 D 53/22, 1967.

Патент США У 3407571, кл. В 01 D 53/22, 1968. (54) ДИФФУЗИОННАЯ МЕМБРАНА (57) Изобретение может применяться для выделения водорода или его изотопов из газовых смесей путем его преимущественной диффузии через металлическую мембрану. Цель изоб.З0„„72970 А 3 ретения — повышение срока службы мембраны за счет предотвращения обеднения покрытия диссоциативным металлом-палладием и предотвращения образования окисленных продуктов. Диффузионная мембрана состоит из слоя покрытия, выполненного из сплава палладия с легирующими добавками:

45-72 ат.% меди или 50-75 ат.Ж серебра или 7-16 ат.7 иттрия, металлической основы, содержащей те же легирующие добавки в концентрации, равновесной с их концентрацией в покрытии, что предотвращает диффузию компонентов покрытия в слой основы, дополнительного слоя, размещенного внутри основы или на ее противоположной поверхности, включающего расплав, образующий или содержащий гидрид щелочного или щелочноземельного металла, который растворяет в себе диффундирующий через мембрану водород, S

25

S0

1 12

Изобретение относится к химической технологии, связанной с разделением газовых смесей, содержащих водород, на диффузионных металлических мембранах.

Целью изобретения является повышение срока службы диффузионных мембран при повышенных температурах, На фиг. 1 и 2 представлены варианты выполнения предложенной мембраны, поперечный разрез.

Мембрана состоит из слоя 1 палладиевого сплава, обеспечивающего селективные свойства мембраны, а также металлической основы 2. Она включает в себя также дополнительный слой 3 иэ расплава гидрида щелочного или щелочноэемельного металла, расположенный внутри или на противоположной покрытйю стороне металлической основы, Диффузионная мембрана работает следующим образом.

Разделяемая смесь, содержащая водород, подается при повышенной температуре 150-820 С и парциальном давлении водорода от 2 мбар до

30 бар на мембрану со стороны слоя

1 палладиевого сплава. Сплав может включать в себя в качестве легирую.щих добавок 45-72 ат.7 меди или 50 75 ат.Е серебра или 7-16 ат.7 иттрия, Благодаря повышенному средству сплавов палладия к водороду через слой 1 проникает только водород или его изотопы. Проникший газ далее по механизму атомной диффузии проника— ет через металлическую основу 2, выполненную из тантала, ниобия, титана или ванадия, или их сплавов. Для предотвращения диффузионного проникновения в металлическую основу, пегирующих добавок иэ слоя покрытия,что ухудшает диссоциативные свойства покрытия и приводит к уменьшению производительности.мембраны, металлическая основа содержит те же легирующие добавки в концентрации, разновеской с их концентрацией в покрытии, Состав содержащего палладия по.крытия со временем ке изменяется,что предотвращает диффузию самого палладия в металлическую основу.

Чтобы подавить снижение эффективности диффузионной мембраны под действием явления окисления, мембрану выполняют трехслойной, включая в нее тонкий слой 3 расплава, содержащего или образующего гидрид щелочного или

72970 2 щелочноземельного метапла, например гидрида лития с добавками галогенидов лития, гидриды натрия и калия, гидриды бария и магния, а также смеси гидридов, например бария, кальция и магния. Этот перечень не ограничивает выбор металлов и для каждого конкретного случая можно испольэовать наилучший вариант, Наличие гидридного слоя исключает отрицательное воздействие на эффективность мембраны таких загрязнений, как водяной пар, окислительные соединения ° Мембрана в этом случае остается свободной внутри от кислорода при длительных сроках эксплуатации °

Толщина слоя, содержащего расплав, находится в пределах 10100 мкм, Расплав, содержащий щелочной или щелочноэемельный металл, обеспечивает вследствие его более высокого сродства к водороду поглощение последнего, что увеличивает скорость прохождения водорода через мембрану, а также предотвращает образование гидридов с металлами, входящими в состав покрытия и основы. Расплав, воспринимающий диффундирующий водород, движется в тонком слое противоточно потоку исходной газовой смеси, затем проходит регенерирующее устройство, где из него удаляют образовавшиеся гидриды, и вновь возвращается в контур циркуляции.

Регенерация может проводиться отфильтровыванием гидридов на сетке, а водород из гидридов извлекается либо нагреванием, либо растворением в расплаве галогенидов соответствующих металлов с последующим электролизом расплавов. формула изобретения

), Диффузионная мембрана для выделения водорода иэ газовых смесей, состоящая из металлической основы и покрытия из палладиевого сплава, содержащего в качестве легирующих добавок 45-72 ат.X меди, или 5075 ат.Ж серебра, или 7-16 ат,7. иттрия, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы, металлическая основа содержит те же легирующие добавки в концентрации, равновесной с их концентрацией в покрытии. з 12729

2, Мембрана по и. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что она снабжена дополнительным слоем, выполненным в виде расплава, образующего или содержащего гидрид щелочного или щелочноземельного металла.

3. Мембрана но п. 2, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что дополни70 4 тельный слой размещен внутри металлической основы.

4, Мембрана по и. 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что дополнительный слой размещен на противоположной покрытию стороне металлической основы, Фиг. l

Фиг.2

Составитель А,Свитцов

Редактор О,Юрковецкая Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Заказ 6351/58

Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035) Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул; — Проектная, 4