钯合金膜组件、其收纳构造体以及采用它们的氢提炼方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用钯合金膜的氢气选择透过性的氢提炼。具体来说，本发明涉及具有钯合金细管等的钯合金膜组件；收纳该钯合金膜组件、与该钯合金膜组件形成一体构成氢提炼装置的收纳构造体；以及采用它们的氢提炼方法。
【背景技术】
[0002]在过去，大量的高纯度的氢气作为气氛气体而在半导体制造步骤中被使用。因半导体的集成度的提高，要求在这样的氢气中，杂质的浓度为极低的浓度(PPb程度以下)。
[0003]另一方面，作为从工业上制造大量的高纯度的氢的方法，人们知道有下述方法，其中，将从甲醇、二甲醚、天然气、液化石油气体等，利用水蒸气改性反应而获得的改性气体通过深冷吸接法、压力振摆法等，分离为氢和氢以外的气体，从而获得氢。
[0004]深冷吸接法为下述提炼方法，其中，在填充有将液化氮作为冷却剂而进行极低温化处理的吸接材料的吸接筒中，使含氢气体流通，去除氢以外的杂质。压力振摆法为下述提炼方法，其中，依次使含氢气体在多个吸接筒中流通，并且重复升压、杂质的吸着、杂质的脱去以及吸接件的再生的各操作，去除氢以外的杂质。在前述那样的改性气体中，除了氢以夕卜，包含一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮、水等，但是在深冷吸接法、压力振摆法中，难以将这些杂质去除到极低的浓度(ppb程度以下)。
[0005]相对该情况，作为以较少量而获得极高纯度的氢气的方法，人们知道有下述方法，其中，将包含杂质的原料氢供给到由钯合金的薄膜形成的氢分离膜，利用氢气的选择透过性，仅使原料氢中的氢透过，从而将其导出。这样的用于氢提炼的装置为下述的氢提炼装置，其包括:包含杂质的原料氢的导入口、纯氢的导出口、以及位于该导入口和该导出口之间的气体流路中的钯合金的薄膜。这样的装置例如专利文献I?3所示的那样，为具有下述结构的氢提炼装置，在该结构中，一端封闭的多根钯合金细管(氢分离膜)以其另一端的开口部支承于管板上，收纳于盒的内部，通过该钯合金细管和管板，将盒内部分隔为一次侧空间(包含杂质的原料氢的供给侧空间)和二次侧空间(纯氢的导出侧空间)的二次空间。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:JP特开昭62-128903号公报
[0009]专利文献2:JP特开平1-145302号公报
[0010]专利文献3:JP特开平1-145303号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的课题
[0012]利用钯合金的氢分离膜的氢提炼方法与深冷吸接法、压力振摆法相比较，如前述那样，具有获得高纯度的氢气，而且具有可使装置小型化，可使该装置简化的优点，但是具有每单位时间的纯氢的导出量少的缺点。
[0013]另外，氢分离膜的每单位面积的氢透过量Q通过Q = At_ 1 (P1172- P 21/2)而表示。在这里，在该式中，A表示分离膜的种类、操作条件等的数值，t表示膜厚，P1表示一次侧空间的氢分压，P2表不二次侧空间的氢分压。
[0014]在前述那样的氢提炼装置中，为了确保适量的纯氢，将钯合金细管(氢分离膜)的膜厚通常设定在100 μπι以下。由此，如果长期地使用氢提炼装置，则钯合金细管的机械强度降低，最终钯合金细管破损。于是，在破损前，即在使用规定期间后，必须将貌似破损的钯合金细管替换为新的钯合金细管。
[0015]此外，比如，如果增加一次侧空间的氢分压P1和二次侧空间的氢分压P2之间的差，则可谋求提炼氢的导出量的增加。但是，如果这样，则钯合金细管的机械强度的降低快，必须频繁地更换钯合金细管。另外，在没有注意钯合金细管的机械强度的降低，从钯合金细管的周边部产生气体的泄漏后，必须快速地替换钯合金细管。
[0016]在将钯合金细管替换为新的钯合金细管的场合，难以从管板上取下具有不良状况的钮合金细管，安装新的钮合金细管。另外，在将钮合金细管和支承它们的管板一起更换为新的多根钯合金细管和支承它们的管板的场合，将花费很大功夫来从氢提炼装置上安装取下管板，以及确保密封性。
[0017]于是，本发明要解决的课题在于提供可在利用由钯合金细管构成的氢分离膜的氢提炼中，容易替换钯合金细管的技术方案。
[0018]用于解决课题的技术方案
[0019]本发明人进行了深入研宄，以便解决这些课题，其结果发现:将前述那样的氢提炼装置分离为:由多根钯合金细管、支承该钯合金细管的圆盘状的管板以及纯氢的导出管构成的结构部(钯合金膜组件)；由收纳它们的容器、对该容器的内部进行加热的加热器以及对于氢提炼来说必需的各种气体的出入口构成的结构部(收纳构造体)。通过采用接头，从而在一体组合时不损害内部的密封性，这些结构部的组合和分离容易，可容易替换钯合金细管。由此，实现了下述(I)?(11)的本发明。
[0020](I)涉及一种钯合金膜组件，该钯合金膜组件被收纳于具有容器、原料氢供给口与纯氢导出口的收纳构造体中的上述容器内，且与上述收纳构造体形成一体来构成氢提炼装置，该钯合金膜组件包括:多根钯合金细管、管板以及纯氢的导出管，
[0021]上述多根钯合金细管分别具有多个闭口端部和多个开口端部，
[0022]上述多个闭口端部分别将上述多根钯合金细管的一端封闭，
[0023]上述多个开口端部分别形成于上述多根钯合金细管的另一端，
[0024]上述管板具有圆盘状的外周部和多个支承部，
[0025]上述多个支承部分别在上述多个开口端部处支承上述多根钯合金细管，
[0026]上述导出管包括:导出管主体；圆筒部，该圆筒部形成于上述导出管的一端，与上述外周部密接；导出口接头，该导出口接头形成于上述导出管主体的另一端，与上述纯氢导出口连接。
[0027](2)涉及一种钯合金膜组件，该钯合金膜组件被收纳于具有容器、原料氢供给口与纯氢导出口的收纳构造体中的上述容器内，且与上述收纳构造体形成一体来构成氢提炼装置，该钯合金膜组件包括:多根钯合金细管、管板以及纯氢的导出管，
[0028]上述多根钯合金细管分别具有多个闭口端部和多个开口端部，
[0029]上述多个闭口端部分别将上述多根钯合金细管的一端封闭，
[0030]上述多个开口端部分别形成于上述多根钯合金细管的另一端，
[0031]上述管板具有圆盘状的外周部和多个支承部，
[0032]上述多个支承部分别在上述多个开口端部处支承上述多根钯合金细管，
[0033]上述导出管包括:导出管主体；圆筒部，该圆筒部形成于上述导出管主体的一端，与上述外周部密接；导出口接头，该导出口接头形成于上述导出管主体的另一端，与上述纯氢导出口连接；容器接头，该容器接头在上述圆筒部和上述导出口接头之间的位置与上述容器的开口部密接。
[0034](3)涉及上述(I)所述的钯合金膜组件，其中，上述管板的中心轴、上述导出管的中心轴与上述导出口接头的中心轴按照形成同一中心轴的方式设定。
[0035](4)涉及上述(2)所述的钯合金膜组件，其中，上述管板的中心轴、上述导出管的中心轴、上述导出口接头的中心轴与容器接头的中心轴按照形成同一中心轴的方式设定。
[0036](5)涉及上述⑴或(2)所述的钯合金膜组件，其中，上述管板由镍构成，
[0037]上述导出管由不锈钢构成，
[0038]上述管板和上述导出管通过镍、铬以及铁的合金而焊接。
[0039](6)涉及上述⑴所述的钯合金膜组件，其中，上述导出口接头具有装卸部，该装卸部可对连接部件进行安装和取下，该连接部件设置于上述收纳构造体的内部、与上述导出口接头连接。
[0040](7)涉及上述(2)所述的钯合金膜组件，其中，上述导出口接头具有装卸部，该装卸部可对连接部件进行安装和取下，该连接部件设置于上述收纳构造体的内部、与上述导出口接头连接，
[0041]上述容器接头具有装卸部，该装卸部可相对密接部件进行安装和取下，该密接部件设置于上述收纳构造体的内部，与上述容器接头连接。
[0042](8)涉及一种收纳构造体，该收纳构造体收纳上述(I)所述的钯合金膜组件，与上述钯合金膜组件形成一体来构成氢提炼装置，该收纳构造体包括:
[0043]容器，该容器具有形成于端部的开口部，收纳从上述开口部穿过的上述多根钯合金细管，
[0044]加热器，该加热器从上述容器的外侧对上述容器的内侧进行加热，
[0045]原料氢供给口，该原料氢供给口将含杂质的原料氢供给到上述容器，
[0046]含杂质气体导出口，该含杂质气体导出口从上述容器而导出未透过钮合金膜的含杂