Диффузионная мембрана Советский патент 1986 года по МПК B01D53/22 

1 .1

Изобретение относится к химичесой технологии, связанной с раздеением газовых смесей, содержащих воород, на диффузионных металлических ембранах.

Целью изобретения является повыение срока службы диффузионных мембран при повышенных температурах.

На фиг. 1 и 2 представлены в:арианты выполнения предложенной мембраны, поперечньй разрез.

Мембрана состоит из слоя 1 палладиевого сплава, обеспечивающего селективные свойства мембраны, а так же металлической основы 2. Она включает в себя также дополнительный слой 3 из расплава гидрида щелочно го или щелочноземельного металла, расположенный внутри или на противоположной покрытию стороне металлической основы.

Диффузионная мембрана работает следующим образом.

Разделяемая смесь,, содержащая водород, подается при повышенной температуре 150-820°С и парциальном давлении водорода от 1 мбар до ЗО бар на мембрану со стороны слоя 1 палладиевого сплава. Сплав может включать в себя в качестве легирующих добавок 45-72 ат.% меди или 5075 ат.% серебра или 7-16 ат.% иттрия

Благодаря повыщенному средству сплавов палладия к водороду через слой 1 проникает только водород или его изотопы. Проникший газ далее по механизму атомной диффузии проникает через металлическую основу 2, выполненную из тантала, ниобия, титана или ванадия, или их сплавов. Для предотвращения диффузионного проникновения в металлическую основу легирующих добавок из слоя покрытия,что ухудшает диссоциативные свойства покрытия и приводит к уменьшению производительности, мембраны, метал.пическая основл содержит те же легирующие добавки в концентрации, разновесной с их концентрацией в покрытии. Состав содержащего палладия по.крытия со временем не изменяется,что предотвращает диффузию самого п,злладия 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

729702

щелочноземельного метапла, например гидрида лития с добавками галогенидов лития, гидриды натрия и калия, гидриды бария и магния, а также сме5 си гидридов, например бария, кальция и магния. Этот перечень не ограничивает выбор металлов и для каждого конкретного случая можно использовать наилучший вариант.

to Наличие гидридного слоя исключает отрицательное воздействие на эффективность мембраны таких загрязнений, как водяной пар, окислительные соединения. Мембрана в зтом слу15 чае остается свободной внутри от кислорода при длительных сроках эксплуатации .

Толщина слоя, содержащего рас плав, находится в пределах 10100 мкм. Расплав, содержащий щелочной или щелочноземельный металл, обеспечивает вследствие его более высокого сродства к водороду погло25 щение последнего, что увеличивает скорость прохождения водорода через мембрану, а также предотвращает образование гидридов с металлами, входящими в состав покрытия и основы. JQ Расплав, воспринимающий диффундирующий водород, движется в тонком слое противоточно 1-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

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

2.Мембрана по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным слоем, выполненным в виде расплава, образующего или содержащего гидрид щелочного или шелочноземельного металла.

3.Мембрана по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительный слой размещен внутри металлической основы.

4. Мембрана по п. 2, о т ,л ичающаяся тем, что дополнительный слой размещен на противоположной покрытию стороне металлической основы.

Фиг.1

Фиг2

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