[发明专利]氢分离膜和氢分离法

说明书

技术领域

本发明涉及由具有优异的氢透过性能和耐氢脆性的Nb-W-Mo系合金膜构成的氢分离膜、基于该氢分离膜的氢分离方法、以及基于该氢分离膜进行氢分离中所用条件的设定法。

背景技术

使氢从含氢气体中选择性地透过来进行分离的氢分离膜是众所周知的。氢分离膜的构成材料包括各种金属、合金或陶瓷、或者分子筛碳等各种材料，作为其代表例有Pd系合金(专利文献1)。但是，对于Pd系合金的氢分离膜来说，即使在添加Y、Gd等性能提高效果大的稀土类元素的情况下，氢分离性能也仅有2倍～3倍的提高，并且由于Pd本身为贵金属，因而具有成本高的缺点。

在专利文献2中，作为替代这样的Pd系合金膜的替代物，公开了一种Nb合金系氢分离膜，该Nb合金系氢分离膜以Nb为主成分、并经选自由V、Ta、Ni、Ti、Mo和Zr组成的组中的1种以上的元素进行合金化而成。在专利文献3中，作为同由Nb合金构成的氢分离膜，公开了一种氢分离膜，该氢分离膜由5质量％～25质量％的选自由Pd、Ru、Re、Pt、Au和Rh组成的组中的至少一种元素与Nb的合金构成。在专利文献4中公开了下述内容：在Nb箔的两侧被覆有Pd膜的情况下，与同样在两侧被覆有Pd膜的Ta箔、V箔相比，Nb箔的氢透过量显示出最高值。

在专利文献2中公开了由Nb与V、Ta、Ni、Ti、Mo、Zr这6种元素的1种以上的合金构成的Nb合金系氢分离膜，在专利文献3中公开了由Nb与Pd、Ru、Re、Pt、Au、Rh这6种元素的1种以上的合金构成的氢分离膜，但对于Nb与W的合金膜、以及Nb与W及Ta的合金膜作为氢分离膜的有效性却并无公开。

专利文献1：美国专利第2773561号公报

专利文献2：日本特开2000-159503号公报

专利文献3：日本特开2002-206135号公报

专利文献4：美国专利第3350846号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提供由Nb-W-Mo系合金膜构成的氢分离膜、基于由Nb-W-Mo系合金膜构成的氢分离膜的氢分离法和利用由Nb-W-Mo系合金膜构成的氢分离膜进行氢的分离中所用的条件设定法。

用于解决课题的手段

本发明的第1方式提供一种氢分离膜，该氢分离膜的特征在于，其是由向Nb中添加W和Mo进行合金化而成的Nb-W-Mo合金膜构成的。

本发明的第2方式提供一种利用Nb-W-Mo合金膜从含氢气体中分离氢的氢分离方法，该方法的特征在于，其使用由向Nb中添加W和Mo进行合金化而成的Nb-W-Mo合金膜构成的氢分离膜从含氢气体中选择性地进行氢的分离。

本发明的第3方式提供一种利用Nb-W-Mo合金膜从含氢气体中分离氢的氢分离方法，其为使用由向Nb中添加W和Mo进行合金化而成的Nb-W-Mo合金膜构成的氢分离膜从含氢气体中选择性地进行氢的分离的方法，该方法的特征在于：

测定在温度T下的、对Nb-W-Mo合金膜的氢气氛的氢压力P、在Nb-W-Mo合金膜中的固溶氢量C；

基于温度T、氢压力P、固溶氢量C的实测数据来制作将这3要件相关联的PCT曲线；

基于上述PCT曲线求出固溶氢量C与Nb-W-Mo合金膜的脆性破坏的关系来评价耐氢脆性的极限固溶氢量，由此来设定作为氢分离膜的使用温度、一次侧、二次侧的氢压力条件；

基于上述设定条件使用Nb-W-Mo合金膜来从含氢气体中分离氢。

本发明的第4方式提供设定利用Nb-W-Mo合金膜进行氢分离中的条件的方法，其为对利用由Nb-W-Mo合金膜构成的氢分离膜从含氢气体中分离氢所用的条件进行设定的方法，该方法的特征在于：

测定在温度T下的、对Nb-W-Mo合金膜的氢气氛的氢压力P、在Nb-W-Mo合金膜中的固溶氢量C；

基于温度T、氢压力P、固溶氢量C的实测数据来制作将这3要件相关联的PCT曲线；以及

基于该PCT曲线求出固溶氢量C与Nb-W-Mo合金膜的脆性破坏的关系来评价耐氢脆性的极限固溶氢量，由此来设定上述由Nb-W-Mo合金膜构成的氢分离膜的使用温度、一次侧、二次侧的氢压力条件。

发明效果

本发明得到了以下的a)～e)的效果。

a)由Nb-W-Mo合金膜构成的氢分离膜可以用作在高压(大气压及其附近)下使氢选择性地透过的分离膜。

b)由Nb-W-Mo合金膜构成的氢分离膜的强度大、氢透过性能良好。