Método de preparación de un sistema de membranas para separación de gases que usa material metálico nano-escalar.

Un método de preparación de una membrana para separación de gases, que comprende:

aplicar a una superficie de un sustrato poroso una capa de un nano-polvo, que comprende nano-partículas de un metal selectivo frente a gases, para proporcionar un sustrato poroso con superficie tratada, que comprende:

formar un aerosol de una suspensión de nano-partículas del metal selectivo frente a gases en un disolvente líquido, combinar una corriente de flujo del aerosol formado de este modo con un flujo de gas de cubierta anular, hacer pasar el aerosol combinado de este modo y la corriente de flujo a través de una boquilla ampliada, y focalizar el aerosol combinado de este modo y la corriente de flujo sobre la superficie del sustrato poroso para, de este modo, aplicar dicha capa de nano-polvo sobre dicha superficie, teniendo dicha capa un espesor de 3 nm

(0,003 μm) a 15 μm; y

calentar dicho sustrato poroso con superficie tratada a una temperatura que se mantiene por debajo de la temperatura de fusión de dicho sustrato poroso pero suficiente para sinterizar dicha capa de nano-polvo y dentro del intervalo de 250 ºC a 1825 ºC para proporcionar un sustrato poroso con superficie tratada sometido a tratamiento térmico

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/083682.

Solicitante: SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V..

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: CAREL VAN BYLANDTLAAN 30 2596 HR DEN HAAG PAISES BAJOS.

Inventor/es: DEL PAGGIO,ALAN ANTHONY, SAUKAITIS,JOHN CHARLES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > B01D67/00 (Procedimientos especialmente adaptados para la fabricación de membranas semipermeables destinadas a los procedimientos o a los aparatos de separación)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de gases o de vapores; Recuperación... > B01D53/22 (por difusión)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Membranas semipermeables destinadas a los procedimientos... > B01D71/02 (Materiales minerales)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/50 (Separación del hidrógeno o de los gases que lo contienen a partir de mezclas gaseosas, p. ej. purificación (C01B 3/14 tiene prioridad))

PDF original: ES-2492647_T3.pdf

 

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Método de preparación de un sistema de membranas para separación de gases que usa material metálico nano-escalar.

Fragmento de la descripción:

Método de preparación de un sistema de membranas para separación de gases que usa material metálico nanoescalar La presente invención se refiere a un método de preparación de un sistema de membranas para separación de gases que usa material de tamaño nano-escalar.

El documento US 2004/0237780 divulga un módulo para separación de gases para la separación selectiva de gas de hidrógeno a partir de una corriente gaseosa que contiene gas de hidrógeno que se prepara depositando en primer lugar un metal selectivo frente a gases sobre un sustrato poroso, después puliendo el sustrato revestido resultante y, posteriormente, depositando una segunda capa de un metal selectivo frente a gases sobre el sustrato poroso pulido y revestido. Las técnicas mencionadas para depositar el metal selectivo frente a gases incluyen metalizado sin electrodos, deposición térmica, deposición química de vapor, electro-metalizado, deposición por pulverización, revestimiento por metalizado por bombardeo, evaporación de haz de electrones, evaporación de haz de iones y pirolisis de pulverización. Se aprecia que en las consideraciones del documento US 2004/0237780, se requiere que la fabricación de su módulo de separación de gas compuesto incluya una etapa intermedia de abrasión

o pulido de un sustrato revestido para retirar las morfologías desfavorables seguido de una segunda etapa de deposición de un segundo material tal como un metal selectivo frente a gases. No se hace mención alguna en la publicación sobre el uso de nano-polvos de metales para revestir un sustrato poroso o sobre la eliminación de la etapa de pulido en la fabricación del módulo de separación de gases. De igual forma, la publicación no divulga el tratamiento térmico de un sustrato poroso que está revestido con una capa de nano-polvo metálico seguido de su revestimiento con un material selectivo frente a gases sin una etapa de pulido intermedia.

El documento US 2004/0237779 divulga un módulo para separación de gases para la separación selectiva de gas de hidrógeno de una corriente gaseosa que contiene gas de hidrógeno, que incluye un sustrato metálico poroso sobre el cual existe una capa superficial intermedia de metal poroso, sobre la cual existe una membrana densa selectiva frente a hidrógeno. El metal de la capa superficial intermedia metálica porosa puede incluir paladio y un metal del Grupo IB, en una o más capas, incluyendo capas alternantes, de uno o más de los metales. La capa intermedia metálica porosa se puede aplicar sobre el sustrato metálico poroso por medio de un método de metalizado sin electrodos. Se muestra que la capa intermedia metálica porosa puede mejorar la adhesión de la membrana densa selectiva frente a gases sobre el sustrato metálico poroso y que puede servir para protegerlo frente a la difusión inter-metálica entre el sustrato metálico poroso y la membrana densa selectiva frente a gases. En varias de las realizaciones anteriormente mencionadas, la capa intermedia metálica porosa no es significativamente menos porosa frente al flujo de helio que el sustrato poroso. De este modo, debido a que la capa intermedia metálica porosa puede ser tan porosa o más que el sustrato metálico poroso sobre el cual se deposita y, debido a que tiene las funciones de proporcionar una barrera frente a la difusión inter-metálica y una adhesión mejorada de membrana selectiva frente a gases, parece que la capa intermedia metálica porosa tiene una porosidad significativa que, no obstante, no funciona como metal de membrana selectiva frente a gases tal como se usa para la membrana densa selectiva frente a gases. No se hace mención alguna sobre el uso de nano-polvos de metales o aleaciones metálicas

o nano-polvos aptos para formación de aleaciones en la aplicación de una capa de un material selectivo frente a gases sobre el sustrato metálico poroso. No se hace mención alguna sobre el uso de tratamiento térmico de un sustrato poroso cuya superficie se ha tratado con un nano-polvo de un metal selectivo frente a gases.

El documento US 2004/0244590 divulga un módulo de separación de gases para la separación selectiva de gas de hidrógeno de una corriente gaseosa que contiene gas de hidrógeno que incluye un sustrato metálico poroso sobre el cual existe una capa intermedia de un polvo que tiene una temperatura de Tamman que es mayor que la temperatura de Tamman del sustrato metálico poroso. La temperatura de Tamman del material se define como la temperatura que es la mitad de la temperatura de fusión del material en grados Kelvin. La capa intermedia se recubre con la membrana densa selectiva frente a hidrógeno. La publicación muestra que la capa intermedia puede proteger frente a la difusión intermetálica entre el sustrato metálico poroso y la membrana densa selectiva frente a hidrógeno y que la capa intermedia puede mejorar la adhesión de la membrana densa selectiva frente a gases sobre el sustrato metálico poroso. En una de las realizaciones mostradas por la publicación, la capa intermedia no es significativamente menos porosa frente al flujo de helio que el sustrato poroso. De este modo, debido a que la capa intermedia metálica porosa puede ser igual o más porosa que el sustrato metálico poroso sobre el cual se deposita, y, debido a que tiene las funciones de proporcionar una barrera frente a la difusión inter-metálica y una adhesión mejorada de membrana densa selectiva frente a gases, parece que la capa intermedia metálica porosa tiene una porosidad significativa tal que no funciona como metal de membrana selectiva frente a gases tal y como se usa para la membrana densa selectiva frente a gases. No se hace mención explícita de un requisito de que sea necesario que el polvo de la capa intermedia sea un nano-polvo. De igual forma, tampoco se hace mención del uso de tratamiento térmico de un sustrato poroso cuya superficie se ha tratado con un nano-polvo de un metal selectivo frente a gases y tampoco se hace mención alguna sobre la aplicación de nano-polvos metálicos aptos para formación de aleaciones de baja temperatura sobre la superficie del sustrato poroso.

Es necesario, proporcionar métodos más eficaces y rentables para la fabricación de sistemas de membrana para separación de gases que bien utilicen menos etapas de fabricación o etapas que sean más ventajosas desde el

punto de vista de rentabilidad, con respecto al uso de etapas alternativas. Además, resulta deseable proporcionar sistemas mejorados de membranas para separación de gases que usen menos metales preciosos o hagan un uso más eficaz de los mismos en su fabricación.

De este modo, por consiguiente, se proporciona un método de preparación de una membrana para separación de gases de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende:

aplicar una capa de nano-polvo a una superficie de un sustrato poroso, comprendiendo el nano-polvo nanopartículas de un metal selectivo frente a gases, para proporcionar un sustrato poroso con superficie tratada, que comprende:

formar un aerosol de una suspensión de nano-partículas del metal selectivo frente a gases en un disolvente líquido, combinar una corriente de flujo del aerosol formado de este modo con un flujo anular de gas de cubierta, hacer pasar el aerosol combinado de este modo y la corriente de flujo a través de una boquilla ampliada, y focalizar el aerosol combinado de este modo y la corriente de flujo sobre la superficie de un sustrato poroso para, de esta forma, aplicar dicha capa de un nano-polvo a dicha superficie, presentando dicha capa un espesor de 3 nm (0, 003 μm) a 15 μm; y calentar dicho sustrato poroso con superficie tratada a una temperatura que se mantiene por debajo de la temperatura de fusión de dicho sustrato poroso para sinterizar dicha capa de nano-polvo y dentro del intervalo de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de preparación de una membrana para separación de gases, que comprende:

aplicar a una superficie de un sustrato poroso una capa de un nano-polvo, que comprende nano-partículas de un metal selectivo frente a gases, para proporcionar un sustrato poroso con superficie tratada, que comprende:

formar un aerosol de una suspensión de nano-partículas del metal selectivo frente a gases en un disolvente líquido, combinar una corriente de flujo del aerosol formado de este modo con un flujo de gas de cubierta anular, hacer pasar el aerosol combinado de este modo y la corriente de flujo a través de una boquilla ampliada, y focalizar el aerosol combinado de este modo y la corriente de flujo sobre la superficie del sustrato poroso para, de este modo, aplicar dicha capa de nano-polvo sobre dicha superficie, teniendo dicha capa un espesor de 3 nm (0, 003 μm) a 15 μm; y calentar dicho sustrato poroso con superficie tratada a una temperatura que se mantiene por debajo de la temperatura de fusión de dicho sustrato poroso pero suficiente para sinterizar dicha capa de nano-polvo y dentro del intervalo de 250 º C a 1825 º C para proporcionar un sustrato poroso con superficie tratada sometido a tratamiento térmico.

2. Un método como se cita en la reivindicación 1, donde dicho sustrato poroso incluye una cimentación porosa que se recubre con una capa de barrera de difusión inter-metálica.

3. Un método como se cita en la reivindicación 1 o 2, que además comprende:

revestir dicho sustrato poroso con superficie tratada sometido a tratamiento térmico con una capa superficial de un material selectivo frente a gases para, de este modo, proporcionar un sustrato poroso con superficie tratada sometido a tratamiento térmico y revestido.

4. Un método como se cita en la reivindicación 2, donde dicha cimentación porosa comprende un material metálico poroso que tiene un contenido de níquel en una cantidad dentro del intervalo creciente hasta 70 % en peso del peso total del material metálico poroso y un contenido de cromo en una cantidad dentro del intervalo de 10 a 30 % en peso del peso total del material metálico poroso; donde dicho sustrato poroso tiene un espesor de sustrato poroso dentro del intervalo de 0, 05 mm a 25 mm; y donde los poros de dicho material metálico poroso tienen un diámetro mediano de poro de material metálico poroso dentro del intervalo de 0, 1 μm a 15 μm.

5. Un método como se cita en una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, donde dichas nano-partículas de dicho nano-polvo tienen un tamaño medio de partícula dentro del intervalo de menos de 400 nm; donde dichas nanopartículas comprenden un metal selectivo frente a gases seleccionado entre el grupo de metales que consisten en platino (Pt) , paladio (Pd) , oro (Au) , plata (Ag) , niobio (Nb) , iridio (Ir) , rodio (Rh) , rutenio (Ru) , y aleaciones de dichos metales; donde dichas nano-partículas se caracterizan además por ser aptas para aleación; y donde dicho nanopolvo tiene una temperatura de Tamman de nano-polvo menor que la temperatura de Tamman del sustrato poroso.

6. El método que se cita en una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde, en la etapa de calentamiento, se calienta dicho sustrato poroso con superficie tratada en una atmósfera gaseosa inerte a una temperatura de tratamiento térmico que está dentro del intervalo de 250 º C a 1800 º C.

7. Un método que se cita en la reivindicación 2, donde dicha capa de barrera de difusión intermetálica comprende un material de barrera de difusión intermetálico seleccionado entre el grupo formado por alúmina, sílice, circonia, titania, carburo de silicio, óxido de cromo, materiales cerámicos, zeolitas y metales refractarios; donde dicha capa de barrera de difusión intermetálica tiene un espesor de barrera de difusión dentro del intervalo creciente hasta 10 mm; y donde los poros de dicho material de barrera de difusión intermetálico tienen un diámetro mediano de poro de material de barrera de difusión dentro del intervalo de 0, 1 μm a 15 μm.