JPS6086005A

JPS6086005A - 水素ガス精製方法

Info

Publication number: JPS6086005A
Application number: JP58194962A
Authority: JP
Inventors: Michiyoshi Nishizaki; 西崎　倫義; Katsuhiko Yamaji; 克彦山路; Shigemasa Kawai; 河合　重征; Yasushi Nakada; 泰詩中田
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1983-10-18
Filing date: 1983-10-18
Publication date: 1985-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は水素ガス精製方法に関し、詳しくは、金属水素
化物を利用した水素ガス精製方法に関する。

一般に水素ガスは炭化水素やアンモニアの分解、或いは
水の電気分解等によって工業的に製造されているが、か
かる水素ガスはヘリウム、アルゴン等の不活性ガスのほ
か、酸素、水、窒素、−酸化炭素、二酸化炭素等、種々
の不活性ガスを含有しているため、例えば、半導体工業
、金属処理工業或いは機器分析等の分野においては、上
記の粗製水素ガスを精製した後に使用している。

水素ガスを精製するための方法は既に従来より種々知ら
れているが、近年、ある種の金属又は合金が水素ガスを
選択的に吸蔵して金属水素化物を形成し、また、この金
属水素化物がこの水素を可逆的に放出する特性を利用し
た水素ガス精製が提案されるに至っている。この方法は
、原理的には金属水素化物を充填した容器内に粗製水素
ガスを所定の加圧下に充填し、金属水素化物に水素ガス
を選択的に吸蔵させた後、容器内に金属水素化物に吸蔵
されないで残存する不純物ガスを容器からパージさせる
ことにより除去し、この後に金属水素化物の有する水素
平衡分解圧で水素を放出させて、精製水素ガスを得るも
のである。

例えば、特開昭５５−１４９１０４号公報には、所定の
温度範囲において、水素平衡分解圧が低い第１の金属水
素化物とより高い第２の金属水素化物を組み合せて使用
し、先ず、所定の低温で不純物ガスを含有する水素を第
１の金属水素化物に接触させながら吸蔵させた後、金属
水素化物に吸蔵て、第１の金属水素化物から水素を放出
させ、このようにして精製された水素を所定の低温に冷
却した第２の金属水素化物に接触させつつ吸蔵させた後
、再び１１１１１ｍｌ金属水素化物に吸蔵されない不純
物ガスを排除し、次いで、この金属水素化物を昇温させ
て精製水素を放出させ、このような操作を繰り返して、
最終段の金属水素化物から精製水素を得る方法が開示さ
れている。

しかし、この方法においては、上記したように、金属水
素化物に水素を吸蔵放出させるために、これを交互に加
熱冷却することを要し、エネルギーを大量に消費する問
題を有すると共に、各段の金属水素化物における水素平
衡分解圧が漸次高くなるので、この方法は低圧の粗製水
素から高圧の精製水素を得ることはできても、逆に高圧
の粗製水素から低圧の精製水素を得る場合には適用でき
ない問題がある。

本発明は金属水素化物を利用する水素ガスの精製におけ
る上記した問題を解決するためになされたものであって
、金属水素化物に水素を吸蔵放出させるための加熱冷却
を繰り返すことに伴う顕熱の損失を少なくし、かくして
、金属水素化物に水素を吸蔵放出させるためのエネルギ
ー消費量を少なくすると共に、高圧の粗製水素から低圧
の精製水素を得るのに好適な水素精製方法を提供するこ
とを目的とする。

本発明の水素精製方法は、所定の作動温度において水素
平衡分解圧の異なる少なくとも２種の金属水素化物をそ
れぞれ容器に充填して相互に直列に接続し、高い水素平
衡分解圧を有する第１の金属水素化物を充填した第１の
容器に粗製水素ガスを供給して水素を吸蔵させた後、不
ｉ屯惰力゛スをｌト除し、次いで、第１と第２の金属水
素化物の７に素平衡分解圧の差によって第１の金属水素
イし惰力・ら水素を放出させ、この水素を第２の金属水
素イし物に吸蔵させた後、不純物ガスを排除し、この第
２の金属水素化物からより純度の高し）水素力スを（尋
ることを特徴とする。

以下に図面に基づいて本発明を説明する。

第１図は本発明による方法を実施するの心こ通する装ｆ
の一例を示し、容器１．２及ヒ３Ｇ二ｃヨソｈぞれ作動
温度、例えば常温で水素平衡分解圧の異なる第１、第２
及び第３の金属水素化物（以下、これらをそれぞれＭＨ
Ｉ、ＭＨ２及びＭｌ−１３と称する。）が充填されてお
り、それぞれの水素子ｉ桁分解圧がこの順に低くなるよ
うに連番ｆれる。水素平衡分解圧が最も高いＭＨＩを充
填した容器ＩＧよ、粗製水素ガス供給弁４を介して粗製
水素力′スイ共給管５に接続されていると共に、精製水
素力゛ス出口弁６によって連通可能に隣接する第２の容
器２に接続されており、また、パージ弁７を介してノク
ージガス用リザーバタンク８に接続されている。第２の
容器２も精製水素ガス出目弁９によって隣接する第３の
容器に連通可能に接続されていると共に、パージ弁１０
を介してパージガス用リザーバタンク８に接続されてい
る。第３の容器３はＩｆｉｌ！ｌ水素ガス出目弁１１に
よって精製水素ガスリザーバタンク１２に接続され、ま
た、パージ弁１３を介してパージガス用すザーバンンク
８に接続されている。

図示した装置においては、上記第１、第２及び第３の容
器からなる系列の装置と同じ構成の容器からなる第２の
系列の装置が配設されており、対応する部材はそれぞれ
ダッシュ付き参照数字で示されている。

尚、各容器内の金属水素化物は水素を吸蔵する際に発熱
し、また、水素を放出する際に吸熱するが、金属水素化
物の温度を実質的に一定に保つために、各容器には熱媒
管１４が導入され、金属水素化物を加熱し、又は冷却す
ることができる。

次に、上記の装置の作動を第２図に基づいて説明する。

第２図は金属水素化物の水素平衡分解圧曲線を示し、横
軸は金属水素化物１モル当りの結合水素量（Ｈ／Ｍ）　
、縦軸は水素平衡分解圧（Ｐ）を示す。厳密には水素平
衡分解圧は、実線で示す吸蔵圧力と破線で示す放出圧力
とが多少異なり、所定温度での金属水素化物間の水素移
動は水素放出圧力と水素吸蔵圧力との差圧によって生じ
るが、実際上は水素平衡分解圧の差圧によるとして差支
えない。

従って、不純物ガスを含む粗製水素ガスを粗製水素ガス
供給管５から所定の圧力で第１の容器１に供給すると、
ＭＨＩは所定の高い圧力で水素を吸蔵し、不純物ガスは
ＭＨＩに吸蔵されないで容器内に滞留する。そこで、粗
製水素ガス供給弁４を閉じ、パージ弁７を開いて不純物
ガスを容器から排出し、この後、精製水素ガス出目弁６
を開いて第１の容器と第２の容器を連通させると、ＭＨ
２の水素平衡分解圧はＭＨＩのそれよりも低いので、こ
の差圧によってＭＨＩは吸蔵水素を放出し、この水素を
ＭＨ２がより低い圧力で吸蔵し、尚、残存する不純物ガ
スは前記と同様にＭＨ２に吸蔵されることなく、容器内
に滞留する。従って、このようにして水素の放出吸蔵が
完了した後、第１の容器と第２の容器を連通ずる精製水
素ガス出目弁６を閉し、第２の容器のパージ弁１ｏを開
ければ、上記不純物ガスは第２の容器から排出される。

同じ操作を第３の容器３について繰り返すことにより、
ＭＨ３はより低い圧力で水素を吸蔵し、不純物ガスをこ
の容器からパージした後、精製水素ガス出目弁１１を開
けば、高度に精製された水素が精製水素ガス用すザーバ
゛クンク１２に蓄えられ、これより精製水素ガスを得る
ことができる。

容器１°、２”及び３゛からなる第２系列の装置につい
て半サイクル遅れで同じ操作を行えば、第１と第２の系
列の装置から精製水素ガスを連続して得ることができる
。また、−系列内の装置において容器数を増せば、得ら
れる水素ガスの精製度がそれだけ高くなることは明らか
であろう。尚、一般に第ｎの金属水素化物の水素放出圧
力と第（ｎ＋１）の金属水素化物の水素吸蔵圧力との差
は、容器間の圧損を考慮して０．２気圧以上あることが
好ましい。また、パージ側の圧力も各容器内の金属水素
化物の水素放出圧力よりも０．２気圧以上低いことが好
ましい。

以上のように本発明の方法によれば、所定の作動温度に
おいて、粗製水素ガス供給側のＭＨＩが最も高い水素平
衡分解圧を有し、ＭＨ２及びＭＨ３がこの順序でより低
い水素平衡分解圧を有するように、各金属水素化物を充
填した容器を直列に接続して、各容器の金属水素化物の
水素平衡分解圧間に差圧を生ぜしめ、容器間の水素ガス
の移動をこの差圧によって行なうので、金属水素化物を
交互に加熱冷却して水素の放出吸蔵を行なわせる場合と
異なり、顕熱の損失が少なく、所要エネルギー量を削減
することができる。特に作動温度を常温に設定すれば、
常温の水のような安価な熱媒を利用することができる。

更に、本発明の方法によれば、高圧の粗製水素ガスから
低圧の精製水素ガスを得ることができる。

以下に実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例第１図に示した装置において、容器１及び１゛ずつ充填
した。作動温度２０℃において、第１の容器に粗製水素
ガスを６気圧（絶対）で印加したとき、各容器間の水素
平衡分解圧の差圧は、粗製し、Ｐｎ”は第ｎ段目の容器
の金属水素化物の水素吸蔵圧力、Ｐｎ　は第ｎ段目の容
器の金属水素化物の水素放出圧力を示す。

前に説明したように、第１の容器に粗製水素ガスを６気
圧で充填し、ＭＨＩに水素を選択的に吸蔵させた後、そ
の５％のガスをパージした。次いで、第１の容器と第２
の容器を連通させ、第２図に示すように、ＭＨ２の水素
吸蔵圧力とＭＨＩの水素放出圧力との差圧を利用して、
ＭＨＩには水素を放出させ、この水素をＭＨ２に吸蔵さ
せた。

吸蔵完了後、５％の不純物ガスを容器からパージさせ、
第２の容器と第３の容器とを連通させた。

同様にして、ＭＨ２に水素を放出させ、この水素を第３
の容器のＭＨ３に吸蔵させ、その５％をパージさせた。

このようにして１００部の粗製水素ガスを第１の容器に
供給し、第３の容器から８６部の精製水素を得ることが
でき、その取得速度は、第１と第２の系列の装置を作動
させたとき、６Ｎｒｒｒ／時であった。

また、粗製水素ガスとして、９９．９％の純度のものを
用いたとき、精製水素ガスの純度は、第１の容器出口で
９９．９９％、第２の容器出口で９９゜９９９％、第３
の容器出口では分析限界を越える高純度であって、９９
．９９９９％以上であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するのに好適な装置構成の
例を示し、第２図は金属水素化物のＨ７Ｍ比と水素平衡
分解圧との関係を示すグラフである。１．２及び３・・・それぞれ第１、第２及び第３の容器
、４・・・精製水素ガス供給弁、５・・・粗製水素ガス
供給管、６．９．１１・・・精製水素ガス出口弁、７．
１０．１３・・・パージ弁、８・・・パージガス用リザ
ーバタンク、１２・・・精製水素ガス用リザーバタンク
。特許出願人　積水化学工業株式会社代表者　藤　沼　基　利

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の作動温度において水素平衡分解圧の異なる
少なくとも２種の金属水素化物をそれぞれ容器に充填し
て相互に直列に接続し、高い水素平衡分解圧を有する第
１の金属水素化物を充填した第１の容器に粗製水素ガス
を供給して水素を吸蔵させた後、不純物ガスを排除し、
次いで、第１と第２の金属水素化物の水素平衡分解圧の
差によって第１の金属水素化物から水素を放出させ、こ
の水素を第２の金属水素化物に吸蔵させた後、不純物ガ
スを排除し、この第２の金属水素化物からより純度の高
い水素ガスを得ることを特徴とする水素ガス精製方法。