[發明專利]一種電預熱與恒溫的生產高純度氫氣的膜分離裝置

無效

• 申請號: 200810218798.1
• 申請日: 2008-10-31
• 公開（公告）號: CN101406791A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發明（設計）人: 解東來;于金鳳
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;C01B3/50
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

技術領域

本發明涉及一種結構緊湊、易于擴展，用于從含氫的合成其中分離、生產高純度氫氣的膜分離器，特別涉及到采用電預熱、恒溫、易于加熱、溫控效果較好的膜分離器。該裝置能從含氫混合氣中生產高純度的氫氣。?

背景技術

目前世界上90％的氫氣來自于碳氫化合物(天然氣，煤，生物質等)的重整，氣化或裂解等化學過程后經過純化得到，合成氣的提純是其中一個關鍵的工藝過程。可用的提純技術有：變壓吸附，高分子膜分離，鈀膜分離，低溫分離等。與其他分離技術相比，鈀膜分離可以生產只含ppb級別雜質的高純度氫氣，尤其適應燃料電池的要求；另外鈀膜分離裝置占地小，在小型化方面也較其他幾種分離方法容易。?

氫氣在鈀膜中的傳遞服從所謂的“溶解—擴散”(Solution-diffusion)機理，它包含以下幾個過程：氫氣從邊界層中擴散到鈀膜表面；氫氣在膜表面分解成氫原子；氫原子被鈀膜溶解；氫原子在鈀膜中從高壓側擴散到低壓側；氫原子在鈀膜低壓側重新合成為氫分子；氫氣擴散離開膜表面。根據上述理論，氫氣在鈀膜中的穿透率與膜的溫度，厚度，合金成分，以及氫氣在膜兩側的分壓有關，并可用Sievert’s?Law來表達：?

M=kALe-ΔERT(Phn-Pln)]]>

式中：?

R：氣體常數；T：溫度；A：膜面積；L：膜厚度；E：活化能；p_h：氫氣高壓側分壓；p_l：氫氣低壓側分壓；n：壓力指數；k：指數函數前系數；M：透過率。?

應用鈀膜分離生產氫氣需要在鈀膜的工作溫度下進行，對鈀膜分離器進行升溫的方法有好幾種，如可以通過在鈀膜組件上加工一些微尺度通道，通過這些微尺度通道可以采用電加熱或者熱流體加熱，該方法升溫速率比較快，且可以進行很好的溫度控制，但是在鈀膜組件上加工微尺度通道有一定的難度。另外為防止鈀膜組件的溫度散失可以在鈀膜組件的外側放置絕熱材料，如陶瓷等。對膜分離器則可以通過其輔助組件進行加熱，該加熱方?式加工相對簡單，應用起來也比較方便。?

中國發明專利“一種利用微尺度通道傳熱的快速啟動鈀膜組件”(申請號：200710031743.5)公開了一種鈀膜組件，該鈀膜組件包括膜支撐框架、多孔金屬支撐體及鈀合金膜，兩多孔支撐體及鈀合金膜分別依次位于膜支撐框架的兩側，膜支撐框架內含被凈化氫氣氣流通道和小尺度通道，所述小尺度通道為穿行于膜支撐框架內部的一個加熱用的氣體的流通通道，其截面為矩形，截面尺寸0.2-1.0毫米×0.2-1.0毫米，連接小尺度的通道入口和出口設在含膜支撐框架上；支撐體上氫氣氣流通道為矩形齒狀，氣體到出口設置在支撐框架上端。該組件利用熱流體在小尺度通道內的流動傳熱可以快速使鈀合金膜組件升溫至所需要的工作溫度(一般為450-600度)，進一步減少了升溫時間，降低了鈀合金膜組件的金屬含量。?

中國發明專利“一種含有陶瓷隔熱層及利用小尺度通道換熱的鈀膜組件”(申請號：200810029464.X)公開了另外一種鈀膜組件。該組件在膜支撐框架兩側從內到外依次設有多孔金屬支撐片及鈀膜，膜支撐框架內含被凈化氫氣流通通道和小尺度通道，小尺度通道為穿行與膜支撐框架內部的一個加熱用氣體流通通道，其截面為矩形，連接小尺度通道的通道入口和出口設在含膜支撐框架上；膜支撐框架氫氣氣流通道位于膜支撐框架中心兩個對稱的矩形齒狀組合，在兩鈀合金膜外側分別設有陶瓷隔熱層。該組件利用小尺度通道內的高溫或低溫流體的流通傳熱以及陶瓷層的隔熱作用，可使膜的運行溫度異于組件外介質的工作溫度，從而保證即使膜在最佳運行溫度(一般為450-600℃)下運行，又使組件外的制氫過程在其最佳溫度下運行。?