一種超高純氫氣發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的超高純氫氣發(fā)生器是一種集電解水制氫、鈀膜純化于一體的儀器，該儀器可實(shí)現(xiàn)在供氫場(chǎng)合長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)輸出超高純氫氣，避免氣體運(yùn)輸?shù)姆爆嵑臀ｋU(xiǎn)，降低生產(chǎn)成本。可以為光伏、半導(dǎo)體、色譜等行業(yè)提供超高純氫氣。
【背景技術(shù)】
[0002]本實(shí)用新型涉及一種集電解水制氫與鈀膜純化為一體的超高純氫氣發(fā)生器，可以將電解水制取的氫氣經(jīng)過(guò)鈀膜純化后得到產(chǎn)氫純度多99.9999% (超高純)的氫氣。
[0003]超高純氫氣廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏、燃料電池、半導(dǎo)體及LED制造等行業(yè)。氫氣的生產(chǎn)方法主要有甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化制氫、電解水制氫、烴類氧化重整制氫以及其它含氫物質(zhì)分解制氫。其中電解水制氫效率高，工藝成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單無(wú)污染，其生產(chǎn)出的氫氣純度較高，非常適合現(xiàn)場(chǎng)制氫及小型的需氫場(chǎng)合。
[0004]電解水制氫由儲(chǔ)液罐、電解槽、氣液分離器和干燥器組成。電解槽出來(lái)的粗氫，經(jīng)過(guò)氣液分離器去除部分冷凝水，冷凝水重新進(jìn)入儲(chǔ)液罐，氫氣則經(jīng)干燥處理后產(chǎn)出。電解水制氫根據(jù)電解液不同可分為堿液和純水制氫兩類。傳統(tǒng)的堿液制氫器所用電解液為NaOH或KOH溶液，在直流電作用下，陰極和陽(yáng)極分別產(chǎn)生比和O 2。而純水制氫器在電解槽內(nèi)裝有SPE離子膜，通電后H2O在陽(yáng)極分解=H2O = H++0H，OH隨即在陽(yáng)極放出電子生成O 2，從陽(yáng)極室排出，H+在電場(chǎng)力的作用下，通過(guò)SPE離子膜，到達(dá)陰極得到電子形成H2。電解水制氫產(chǎn)出的氫氣純度一般能達(dá)到99.95%，而對(duì)于某些精密分析設(shè)備或者一些特殊的需氫場(chǎng)合要求的氫氣純度都達(dá)到99.9999%以上，電解水制取的氫氣不能滿足這種要求，因此氫氣純化就顯得尤為必要。
[0005]近年來(lái)，隨著超高純氫的廣泛應(yīng)用，氫氣的分離與純化得到了更加深入的研究。氫氣的分離方法有膜法、變壓吸附(PSA)法以及深冷法等，膜法由于具有投資少、能耗低、效率高和操作方便等優(yōu)點(diǎn)已成為研究的熱點(diǎn)，該法尤其適用于小型產(chǎn)氫系統(tǒng)。其中鈀及其合金膜因具有透氫性強(qiáng)、選擇性高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，氫氣很容易透過(guò)鈀膜，而其它的氣體則不可透過(guò)。鈀膜的透氫過(guò)程包含5個(gè)步驟:(I)氫分子在鈀膜表面化學(xué)吸附并解離；(2)表面氫原子溶解于鈀膜；(3)氫原子在鈀膜中從一側(cè)擴(kuò)散到另一側(cè)；(4)氫原子從鈀膜析出，呈化學(xué)吸附態(tài)；(5)表面氫原子化合成氫分子并脫附[黃彥，李雪，范益群，徐南平.透氫鈀復(fù)合膜的原理、制備及表征.化學(xué)進(jìn)展，2006，18 (2-3):230-238.]。鈀膜的氫氣滲透通量受膜兩側(cè)的氫分壓影響，氫氣從高壓側(cè)向低壓側(cè)滲透，壓力差越大，滲透通量越高。鈀膜在300°C以下工作時(shí)，接觸氫氣容易發(fā)生氫脆[Paglieri SN,Foo KY, Way JD.1nnovat1ns inpalladium membrane research [J].Sep PurifMethods, 2002, 31 (I): 1-169.]，因此鈀膜在升降溫過(guò)程中，必須保證膜處于惰性氣氛或者真空狀態(tài)。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種超高純氫氣發(fā)生器，將電解水制氫與鈀膜純化相結(jié)合，充分考慮了鈀膜的使用條件，發(fā)明了一種安全可靠、占地小、集成度高和操作方便的超高純氫氣發(fā)生器?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型涉及的超高純氫氣發(fā)生器是一種集電解水制氫、鈀膜純化于一體的裝置，該裝置可以在供氫現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)出超高純氫氣，避免氣體運(yùn)輸?shù)姆爆嵑臀ｋU(xiǎn)，降低生產(chǎn)成本。可以為光伏、半導(dǎo)體、色譜等行業(yè)提供超高純氫氣。
[0008]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0009]超高純氫氣發(fā)生器是一種小型的集電解水制氫、純化于一體的裝置。該超高純氫氣發(fā)生器由電解槽、干燥器、控壓儀表、換熱器、鈀膜組件、壓力表、加熱器、真空栗、二通球閥、三通球閥、單向閥以及微調(diào)閥組成。
[0010]制氫單元中電解槽連通儲(chǔ)液罐，電解液從儲(chǔ)液罐進(jìn)入電解槽，在外部直流電流作用下，水電解產(chǎn)生氫氣，氫氣經(jīng)氣液分離器后進(jìn)入干燥管，由干燥管輸出的氫氣進(jìn)入純化單元。具體流程為:電解液進(jìn)入電解槽(I)，電解產(chǎn)生的雜質(zhì)氣一排出，電解槽(I)的產(chǎn)氫出口與氣液分離器(2)相連；氣液分離器(2)的氫氣出口與干燥器(3)的進(jìn)氣相連，干燥器(3)出氣口依次與壓力傳感器(4)、二通球閥(5)相連。
[0011 ] 純化單元中鈀膜組件連接三根管線，分別為氫氣入口、純氫出口以及尾氣出口，尾氣出口分別連接微調(diào)閥(10)和真空栗。在鈀膜工作前后都要用真空栗對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽空，防止在低溫時(shí)氫氣與鈀膜接觸發(fā)生氫脆，或者高溫時(shí)鈀膜被氧化失活。在抽空狀態(tài)下將電加熱器升溫至工作溫度，干燥氫氣經(jīng)過(guò)小型換熱器與出口氣體換熱后進(jìn)入鈀膜組件，經(jīng)過(guò)鈀膜純化后至出口產(chǎn)出使用，尾氣通過(guò)微調(diào)閥定量后排出，工作結(jié)束后抽空狀態(tài)降溫。具體流程為:制氫單元中二通球閥(5)的出氫口依次與換熱器￠)、膜組件入氣口相連，膜組件置于加熱器腔體中；膜組件尾氣與三通球閥(12)相連，三通球閥(12)尾氣端與微調(diào)閥(10)相連，三通球閥(12)真空栗端通過(guò)三通分別與真空栗(11)與二通球閥(13)相連，微調(diào)閥
(10)和真空栗(11)出口接雜質(zhì)氣二出口 ；膜組件純氫出口依次與換熱器(6)、壓力表(9)相連，二通球閥(13)出口和壓力表(9)出口端與單向閥(14)相連，單向閥(14)出口端接超高純氫出口。
[0012]有益效果
[0013]本實(shí)用新型涉及的超高純氫氣發(fā)生器將電解水制氫與鈀膜純化系統(tǒng)進(jìn)行整合，可以直接獲得純度在99.9999%以上的超高純氫，該裝置可以在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)制備超高純氫氣，避免氣體運(yùn)輸?shù)姆爆嵑臀ｋU(xiǎn)，降低生產(chǎn)成本。可以為光伏、半導(dǎo)體、色譜等行業(yè)提供超高純氫氣。
[0014]本實(shí)用新型涉及的超高純氫氣發(fā)生器裝有抽真空裝置，在鈀膜工作前后對(duì)鈀膜組件進(jìn)行抽空，防止鈀膜氫脆以及被氧化，保證鈀膜的正常工作。
[0015]本實(shí)用新型涉及的超高純氫氣發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、集成度高等特點(diǎn)，充分考慮到鈀膜的工作特性，維持鈀膜性能。