[發(fā)明專利]一種由水電解連續(xù)生產(chǎn)高純氫的工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810046426.5
• 申請日: 2008-10-31
• 公開（公告）號: CN101407920A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發(fā)明（設計）人: 黃建彬;王少楠;周鵬云;陳雅麗
• 申請（專利權(quán)）人: 西南化工研究設計院
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉雪蓮;吳彥峰

技術領域

本發(fā)明屬于工業(yè)制氫技術領域，特別涉及一種由水電解連續(xù)生產(chǎn)高純氫的工藝方法。

背景技術

純度高于99.999％的氫稱為高純氫，高純氫產(chǎn)品通常由工業(yè)氫經(jīng)純化處理制取。工業(yè)氫大多以化石燃料為原料制取，主要采用的方法有烴的蒸氣轉(zhuǎn)化法、部分氧化法、煤氣化法等。綜合統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，對于用作化工原料的氫氣，其生產(chǎn)方法大致為：天然氣或液態(tài)碳氫化合物的蒸氣轉(zhuǎn)化或部分氧化法占77％，煤氣化法占18％，其它方法占5％。此外，為滿足石油煉制過程對氫氣的大量需要，通常可以直接利用煉制工藝過程副產(chǎn)的氫氣，對于其它用途所需的氫氣，大多數(shù)從含氫工業(yè)排放氣中分離回收。上述方法生產(chǎn)的氫氣，純度不高，雜質(zhì)種類多，必須經(jīng)過純化處理才能制得高純度氫氣。工業(yè)上常用的氫氣純化方法有以下三種方法。

(1)鈀膜擴散法：這是一種比較古老的氫氣分離和純化方法。用于透氫的鈀合金膜，最佳組成為含鈀77％，銀23％。由于鈀合金膜只能透過氫，不能透過其它氣體，借此使氫氣得以從混合氣中分離，經(jīng)本法一級分離即可得到99.999％～99.9999％純度的氫。但是由于鈀屬貴金屬材料，故本法只適于較小規(guī)模且對氫氣純度要求很高的場合使用。

(2)低溫吸附法：以電解氫或純度為99.9％的工業(yè)氫為原料，在3.0～5.0MPa壓力下，采用液氮溫度下的低溫吸附法，可以制取純度99.999％～99.9999％的高純氫和超高純氫。本法大多用細孔硅膠作吸附劑，其再生若采用常溫低壓純氫逆向吹洗，吹洗耗氫量約為處理氣量的30～40％，再生時間一般為吸附時間的1/3；為節(jié)省再生用氫量，也可以使用經(jīng)預熱后的低壓純氫反吹，耗氣量的多少視預熱溫度而定，通常可降到10％左右，再生時間亦相應縮短，但再生冷耗增大。

(3)變壓吸附(PSA)法：具有經(jīng)本法一次性分離同時除去多種雜質(zhì)組分的優(yōu)點，氫氣的回收率與多種因素有關，且隨產(chǎn)品氫純度的提高而下降。在產(chǎn)品氫純度為99.9～99.99％時，三塔或四塔流程的氫氣回收率為70～75％，多塔流程可達80～85％。

除化石燃料外，水是工業(yè)氫生產(chǎn)的另一種重要原料，水電解法可以同時得到氫氣和氧氣兩種產(chǎn)品。傳統(tǒng)的水電解法主要用于制氫，氧氣系其副產(chǎn)品。用水電解法制得的氫氣的純度比較高，通常，一般水電解制氫工業(yè)裝置的氫氣輸出純度為99.6％～99.9％，其雜質(zhì)比較單純，主要為氧、飽和水蒸氣和微量氮，微量氮雜質(zhì)主要來自于電解裝置所用的水原料，即來自于電解水原料中溶解的空氣，在常溫(20℃)常壓的空氣環(huán)境下，1kg水可溶解12.2mL氮。傳統(tǒng)水電解法制氫并副產(chǎn)氧的裝置中，水中溶解的氮氣和其他氣體雜質(zhì)隨水進入電解槽，最終進入產(chǎn)品氫氣和氧氣中，需要經(jīng)過變壓吸附等純化處理以去除氮氣和其他氣體雜質(zhì)，才能獲得高純氫，因此高純氫的回收率會受到影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是對傳統(tǒng)水電解法制氫并副產(chǎn)氧工藝的改進，其目的是提供一種回收率高、由水電解連續(xù)生產(chǎn)高純氫的新工藝。

本發(fā)明解決問題所采用的技術方案是：預先采用少量氧氣(0.1～1.0Nm³/h)對電解原料水進行鼓泡反吹，除去溶解于水中的氮氣，并同時除去溶解于水中的其他氣體雜質(zhì)，以脫除了溶解氣體的水電解后獲得的工業(yè)氫氣為原料，經(jīng)催化脫氧、游離水分離、分子篩三塔等壓變溫吸附法干燥等工藝過程，即可獲得符合國家標準(GB/T?7445)的高純氫產(chǎn)品。

本發(fā)明的高純氫連續(xù)生產(chǎn)工藝主要包括下述步驟：

(1)脫除原料水中溶解氣：在常溫常壓下，用流量為0.1～1.0Nm³/h的氧氣對原料水進行鼓泡反吹，除去溶解于水中的氮氣及其他氣體雜質(zhì)，獲得脫除了溶解氮和其他溶解氣體的軟水；

(2)水電解制氫：將上述脫除了溶解氮氣和其他溶解氣體的軟水在工業(yè)電解裝置進行電解，在電解槽陰極獲得工業(yè)電解氫，陽極獲得工業(yè)電解氧，所述工業(yè)電解氫的純度為99.6％～99.9％，其余為氧和飽和水蒸氣；

(3)催化脫氧：將獲得的電解氫引入催化脫氧裝置，以鈀或鉑作催化劑，使電解氫中的氧與氫反應生成水，使氫中氧的含量降到0.1×10^-6(體積比)；

(4)干燥脫水：采用分子篩等壓變溫吸附技術脫除氫中的水，獲得高純氫。

步驟(1)中脫除原料水中溶解氣時，反吹用氧為水電解氧，氧流量為0.1～0.5Nm³/h，氧與原料水在水箱入口填料管內(nèi)進行鼓泡反吹。

為了不使脫除了溶解氣的軟水再次接觸空氣，可將原料水箱蓋由敞口改為封口，經(jīng)氣密處理后的原料水箱，其水面上部的空氣可經(jīng)水封罐排空。