[发明专利]氢透过分离薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及由具有高机械强度的Ni-Ti-Nb合金或Nb-Ti-Ni合金构成，因此能够进行厚度0.07mm(70μm)以下的薄膜化，结果在实用时能够显著提高薄膜化所产生的氢透过分离性能的氢透过分离薄膜。

背景技术

近年来，例如作为氢燃料电池或氢气体涡轮机等能量系统的燃料气体，高纯度氢气倍受关注，该高纯度氢气已知如下生产：由将水电解而获得的混合气体或将液化天然气(LNG)水蒸气重整而获得的混合气体等含氢原料气体，如图5的概略说明图所示，使用外周部例如用Ni制等外框加固、且用材质上具有仅氢能够透过的功能的厚度0.1～3mm的氢透过分离膜分隔成左右两侧室、左侧室安装有含氢原料气体导入管和排气导出管、右侧室安装有高纯度氢气取出管的中央部设有不锈钢制等反应室的氢高纯度精制装置，将上述反应室加热至200～300℃，由上述导入管导入含氢原料气体，在将通过上述氢透过分离膜而分离精制的高纯度氢气存在的右侧室内压保持在0.1MPa、而将上述含氢原料气体存在的左侧室内压保持在0.2～0.5MPa的条件下，通过上述氢透过分离膜，将高纯度氢气分离精制，从而生产。

另外，众所周知上述氢透过分离膜还广泛用于通过上述氢透过分离膜进行氢的选择性移动的、例如烃的水蒸气重整工艺或苯环己烷反应等加氢/脱氢工艺等化学反应工艺中。

而且，上述氢透过分离膜还已知由具有以下(α)成分组成和(β)的合金组织的Ni-Ti-Nb合金构成，

(α)含有Ni：25～45原子％、Ti：26～50原子％、余量包含Nb和不可避免杂质(含有Nb：11～48原子％)的成分组成、

(β)使用由铸锭利用放电加工切制的厚度0.1～3mm的铸造薄板材，如图2和图4的利用扫描型电子显微镜的组织照片(倍率2500倍(图2)和4000倍(图4))所示，以固溶有Ni的NbTi相和固溶有Nb的NiTi相的共晶组织为基体，在该基体中分散分布有初晶NbTi相(图4中的白色岛状物)的合金组织。

专利文献1：特开2005-232491号公报

发明内容

发明预解决的课题

另一方面，包括上述的氢高纯度精制装置，对各种化学反应装置的高性能化的要求极为增强，与此同时，作为上述装置的结构构件而使用的氢透过分离膜也要求具备更高的氢透过分离性能，另外已知，一般为上述氢透过分离膜时，越减小其膜厚则氢透过分离性能越提高，因此正在积极地进行关于构成上述氢透过分离膜的Ni-Ti-Nb合金的高强度化的开发，但上述以往的氢透过分离膜中，由于构成其的Ni-Ti-Nb合金所具备的机械强度不充分，因此无法薄膜化至0.1mm以下的厚度，因而现实情况是无法达到令人满意的氢透过分离性能的提高。

用于解决课题的方法

因而，本发明人等从上述观点出发，为了寻求上述各种化学反应装置的高性能化，特别为了使作为其结构构件的氢透过分离膜的薄膜化成为可能，着眼于上述氢透过分离膜的高强度化进行研究，结果获得以下研究结果：通过将上述氢透过分离膜特别规定为含有Nb：10～47原子％、Ti：20～52原子％、余量包含Ni和不可避免杂质(含有Ni：20～48原子％)的成分组成，利用辊急冷法将该合金熔融液制成厚度0.07mm以下的铸造箔材，为了防止氧化在惰性气体环境中或真空环境中、温度：300～1100℃下加热保持规定时间的条件下对该铸造箔材实施调质热处理时，结果调质热处理材料如图1所示利用扫描型电子显微镜的组织照片(倍率：2500倍)所示，成为在以包含Nb取代Ni-Ti金属间化合物中Ti的一部分的状态固溶含有的Ni-Ti(Nb)金属间化合物的基体(图1中用黑色表示)中，分散分布有在Nb中固溶Ni和Ti而成的Nb基固溶合金的微细粒(图1中用白色表示)的合金组织，该合金组织的Ni-Ti-Nb合金具有极高的机械强度，因此在作为氢透过分离膜实用时，可以使膜厚为0.07mm以下、长时间地发挥更为优异的氢透过分离性能。