Método de fabricación de una membrana de separación de gases que comprende un sustrato con una capa de partículas de óxido inorgánico revestido y una capa de superposición de un material selectivo frente a gases.

Un método de preparación de una membrana de separación de gases donde dicho método comprende:

preparar un catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble por medio de revestimiento por pulverización o secado por pulverización de una partícula de óxido inorgánico que tiene un tamaño medio de partícula dentro del intervalo de 0,01 a 50 μm con una disolución acuosa de una sal de un metal noble seguido de reducción de las partículas de óxido inorgánico revestidas por pulverización, produciendo de este modo una capa metálica sobre la superficie externa de dicha partícula de óxido inorgánico, presentando dicha capa metálica un espesor de capa dentro del intervalo de 0,01 a 2,5 μm;

aplicar a una superficie de un sustrato poroso, formada por un material metálico poroso, una capa de dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble en una cantidad tal que cubra sus poros y proporcione una capa de las partículas inorgánicas revestidas de metal que tiene un espesor de capa mayor de 0,01 μm para, de este modo, proporcionar un sustrato poroso tratado en superficie; y

revestir dicho sustrato poroso tratado en superficie con una capa de superposición de un material selectivo frente a gases para proporcionar de este modo un sustrato poroso tratado en superficie y revestido apropiado para su uso como dicha membrana de separación de gases.

Método de fabricación de una membrana de separación de gases que comprende un sustrato con una capa de partículas de óxido inorgánico revestido y una capa de superposición de un material selectivo frente a gases

La presente invención se refiere a la fabricación de una membrana de separación de gases que incluye un sustrato poroso sobre el cual existe una capa de catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble cubierto con una capa de superposición de un material permeable frente a hidrógeno.

Durante años ha existido un esfuerzo continuado por el desarrollo de nuevas membranas compuestas de separación de gases para la separación selectiva de un gas particular a partir de una mezcla de gases. Por ejemplo, se sabe que las membranas metálicas compuestas permeables frente a hidrógeno que consisten en un revestimiento de metal noble fino sobre un material de soporte poroso son útiles en la separación de hidrógeno a partir de corrientes gaseosas que contienen hidrógeno. No obstante, estos tipos de membranas de separación de hidrógeno tienden a ser inestables en su comportamiento cuando se usan en aplicaciones de separación de hidrógeno de alta temperatura. Se piensa que esta ausencia de estabilidad está provocada por la difusión inter-metálica entre la capa de revestimiento de metal noble y el metal de base permeable de la membrana, cuando se usa en aplicaciones de alta temperatura. La difusión de hierro y otros elementos a partir del metal de base permeable al interior de la capa de revestimiento de metal noble provoca reducciones de la permeabilidad selectiva de la capa de revestimiento de metal noble. Para resolver esto y otros problemas asociados a las membranas de separación de hidrocarburos, se ha llevado a cabo un esfuerzo para desarrollar membranas compuestas de separación de gases que tienen una capa intermedia ubicada entre la capa de metal noble y el material de soporte poroso, para actuar como barrera de difusión de metal.

Un ejemplo de módulo compuesto de separación de gases de la técnica anterior es el que se muestra en la solicitud de patente de Estados Unidos de número de publicación US 26/16332, que divulga un módulo que tiene una capa intermedia de polvo pre-activado y un metal de aglutinante que se encuentra distribuido de manera uniforme por toda la capa intermedia que se deposita sobre un sustrato poroso, existiendo sobre dicha capa intermedia una capa de superposición densa de membrana selectiva frente a gases. El polvo pre-activado puede ser un metal, óxido metálico, material cerámico o polvo de zeolita cuya superficie se encuentra activada por medio de deposición de un núcleo metálico, tal como un núcleo de paladio, sobre la superficie del polvo, por ejemplo, por medio de siembra del polvo con un metal selectivo frente a hidrógeno usando una disolución acuosa de activación. La publicación muestra que se puede llevar a cabo la activación superficial en primer lugar provocando la sensibilización del polvo con una disolución acuosa de sensibilización de cloruro estannoso (SnCh) seguido de su activación con una disolución acuosa de activación de cloruro de paladio (PdCh). La publicación no muestra otro método de activación superficial.

El documento US 26/16332 no divulga el uso de una capa intermedia de catalizador de tipo cáscara de huevo en la fabricación de su módulo de separación de gases. Además, se ha determinado por parte de los inventores que el uso de polvos activados superficiales que se han preparado por medio del uso de una disolución acuosa de sensibilización de cloruro estannoso como se muestra en el documento US 26/16332, tiende a dejar cantidades no deseadas de estaño sobre el polvo activado superficial. Paglieri y col. apreciaron el efecto no deseado de la contaminación de estaño en la película de paladio en su artículo titulado "A New Preparation Technique for Pd/Alumina Membranes with Enhanced High-Temperature Stability", Ind. Eng. Chem. Res. 1999, 38, 1925-1936, que afirma que la presencia de estaño puede tener un impacto negativo sobre la estabilidad de la membrana de separación de gases de alta temperatura. Otra desventaja del método de sensibilización es que utiliza la disolución acuosa de cloruro estannoso. Esto es un residuo acuoso que requiere tratamiento adicional antes de su eliminación.

El documento US 26/16332 sugiere a demás la necesidad del uso y aplicación de un metal de aglutinante en la capa intermedia de su módulo de separación de gases con el fin de conferir estabilidad mecánica. La eliminación del uso de este metal de aglutinante puede proporcionar un menor coste de fabricación del módulo compuesto de separación de gases, por medio de la eliminación de al menos una etapa de su fabricación, y también puede rebajar el coste del módulo compuesto de separación de gases reduciendo la cantidad de metal que se requiere para su fabricación.

Se describe una membrana compuesta de separación de gases que es útil en la separación selectiva de hidrógeno a partir de una corriente de gases que contiene hidrógeno en condiciones de alta temperatura.

Es un objetivo de la invención proporcionar un método mejorado de fabricación de una membrana compuesta de separación de gases.

Se describe una membrana de separación, que comprende: un sustrato poroso tratado con una capa de un catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble, comprendiendo dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble una partícula de óxido inorgánico que tiene un tamaño mediano de partícula dentro del intervalo de ,1 a 5 pm revestido sobre la superficie externa por medio de revestimiento por pulverización o secado por pulverización con una capa metálica de metal noble o compuesto de metal noble, presentando dicha capa metálica un espesor de capa dentro del intervalo de ,1 a 2,5 pm, estando dicha capa de catalizador de tipo cáscara de

huevo de metal noble con una capa de superposición de material selectivo frente a gases.

Un aspecto de la invención es un método de preparación de una membrana de separación de gases de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho método comprende:

preparar un catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble por medio de revestimiento por pulverización o secado por pulverización de una partícula de óxido inorgánico que tiene un tamaño mediano de partícula dentro del intervalo de ,1 a 5 pm con una disolución acuosa de una sal de metal noble seguido de reducción de las partículas de óxido inorgánico revestidas por pulverización, produciendo de este modo una capa metálica sobre la superficie externa de dicha partícula de óxido inorgánico, presentando dicha capa metálica un espesor dentro del intervalo de ,1 a 2,5 pm;

aplicar a una superficie de un sustrato poroso, formada por un material de metal poroso, una capa de dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble en una cantidad tal que cubra sus poros y proporcione una capa de partículas inorgánicas revestidas con metal que tiene un espesor mayor de ,1 pm para, de este modo, proporcionar un sustrato poroso tratado en superficie; y

revestir dicho sustrato poroso con superficie tratada con una capa de superposición de material selectivo frente a gases para, de este modo, proporcionar un sustrato poroso con superficie tratada apropiado para su uso como dicha membrana de separación de gases.

La Figura 1 muestra determinadas características del catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble que se aplica a la superficie de un sustrato poroso en la fabricación de la membrana de separación de gases de la invención.

La Figura 2 presenta un diagrama de bloques que muestra un método apropiado por medio del cual se puede fabricar el catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble que se muestra en la Figura 1.

La Figura 3 presenta un corte transversal de una realización de la membrana de separación de gases de la invención que muestra el sustrato poroso que tiene sobre el mismo una capa de catalizadores de tipo cáscara de huevo de metal noble que son similares al que se muestra en la Figura 1, y sobre la cual existe una capa de superposición de material permeable a hidrógeno selectivo frente a gases.

La Figura 4 muestra un corte transversal de una membrana de separación de gases de la invención usada en un proceso para la separación selectiva de un componente de gas a partir de una mezcla de gases.

La membrana de separación de gases de la invención comprende un sustrato poroso que se trata con una capa de catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble. La capa de catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble está intercalada, como capa intermedia, entre el sustrato poroso y una capa de superposición de... [Seguir leyendo]

1. Un método de preparación de una membrana de separación de gases donde dicho método comprende:

preparar un catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble por medio de revestimiento por pulverización o secado por pulverización de una partícula de óxido inorgánico que tiene un tamaño medio de partícula dentro del intervalo de ,1 a 5 pm con una disolución acuosa de una sal de un metal noble seguido de reducción de las partículas de óxido inorgánico revestidas por pulverización, produciendo de este modo una capa metálica sobre la superficie externa de dicha partícula de óxido inorgánico, presentando dicha capa metálica un espesor de capa dentro del intervalo de ,1 a 2,5 pm;

aplicar a una superficie de un sustrato poroso, formada por un material metálico poroso, una capa de dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble en una cantidad tal que cubra sus poros y proporcione una capa de las partículas inorgánicas revestidas de metal que tiene un espesor de capa mayor de ,1 pm para, de este modo, proporcionar un sustrato poroso tratado en superficie; y

revestir dicho sustrato poroso tratado en superficie con una capa de superposición de un material selectivo frente a gases para proporcionar de este modo un sustrato poroso tratado en superficie y revestido apropiado para su uso como dicha membrana de separación de gases.

2. Un método como el de la reivindicación 1, donde dicha capa metálica comprende un metal seleccionado entre el grupo de metales que consiste en platino, paladio, oro, plata, rodio, iridio, rutenio, niobio y combinaciones de dos o más de ellos, y donde dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble además incluye dicho metal en una cantidad dentro del intervalo de menos de 5 por ciento en peso del peso total de dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble.

3. Un método como el de la reivindicación 2, donde dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble se prepara por medio del método que comprende:

secar, en condiciones de secado por pulverización, una suspensión de dichas partículas de óxido inorgánico presentes en una disolución acuosa de dicho metal para, de este modo, proporcionar una partícula de óxido inorgánico revestida por pulverización; y

tratar dicha partícula de óxido inorgánico revestida por pulverización con hidrógeno en condiciones de tratamiento de hidrógeno de manera que se reduzca dicho metal hasta su forma elemental y, de este modo, se proporcione dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble.

4. Un método como el de la reivindicación 3, donde dicho metal de dicha capa metálica está seleccionado entre el grupo que consiste en platino, paladio, oro, plata y sus combinaciones.

5. Un método como el de la reivindicación 3, donde dicho metal de dicha capa metálica incluye una aleación de paladio y plata.

6. Un método como el de la reivindicación 3, donde dicho metal de dicha capa metálica incluye paladio.

7. Un método como el de la reivindicación 3, donde dicho metal de dicha capa metálica está presente en una cantidad dentro del intervalo de un ,1 a un 2 por ciento en peso del peso total de dicho catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble.

8. Un método como el de la reivindicación 3, donde dicha capa de catalizador de tipo cáscara de huevo de metal noble tiene ausencia material de un material de aglutinante.

9. Un método como el de la reivindicación 3, donde dicha capa metálica tiene un espesor de capa metálica dentro del intervalo de ,5 pm a 2 pm.

1. Un método como el de la reivindicación 9, donde dicha capa metálica tiene un espesor de capa metálica dentro del intervalo de ,1 pm a 1 pm.

11. Un método como el de la reivindicación 1, donde dicha capa de superposición de dicho material selectivo frente a gases tiene un espesor de capa de superposición de menos de 25 pm.