[實用新型]從含氫合成氣中生產高純度氫氣的鈀膜組件裝置

無效

• 申請號: 200820050694.X
• 申請日: 2008-07-15
• 公開（公告）號: CN201301223Y
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 解東來;葉根銀
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B3/50
• 分類號: 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：

本實用新型涉及一種從含氫合成氣中生產高純度氫的工藝，特別涉及到利用鈀膜分離制備高純度氫氣的方法和裝置。

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的方法主要有兩種：A)將膜組件與制氫反應器耦合為一體成為膜反應器，利用該反應器一步法從原料氣中經過反應和分離得到高純度的氫氣。膜分離與反應過程的耦合可打破反應的熱力學平衡，使得反應有利于向產氫的方向進行。但由于反應器中增加了膜分離組件，反應器結構復雜，鈀膜與反應介質及催化劑直接接觸，運行條件比較惡劣，鈀膜壽命較短。B)鈀膜分離與制氫反應器分離，制氫反應器生產含氫合成氣，其下游采用鈀膜分離得到高純度氫氣，該方法工藝簡單，操作維修都比較方便。在工業上廣泛應用的碳氫化合物水蒸汽重整生產合成氣的工藝中，為了防止催化劑積碳及提高碳氫化合物的轉化率，水蒸汽經常是大大過量，造成合成氣中含有30％以上的水蒸汽。由鈀膜分離的Sievert’s?Law可知，鈀膜分離的動力主要來自有膜內外氫氣分壓的差別，而在合成氣總壓力保持不變的情況下，合成氣中大量的水蒸汽的存在，大大降低了合成氣中氫氣的分壓，從而降低了膜分離生產氫氣的效率。如圖2所示，傳統的直接膜分離工藝，上游制氫反應器生成的合成氣直接經管路P21先進入換熱器1換熱到膜分離器工作溫度(450-600℃)；從換熱器1出來經管路P22進入膜分離器5，產品氫氣由管路P23輸送到下游，尾氣由管路P24輸送到燃燒器6燃燒，所產生的煙氣經管路26輸送到上游產生水蒸汽。該工藝存在兩方面的問題，一是混合氣體中水蒸氣含量高，降低鈀膜分離效率。二是熱能不能有效利用，能耗高。

實用新型內容

本實用新型的目的在于客服現有技術的缺點，提供一種氫氣分離效率高、節能的利用鈀膜從含氫合成氣中生產高純度氫氣的裝置。

本實用新型的目的通過如下技術方案實現：

從含氫合成氣中生產高純度氫氣的鈀膜組件裝置，包括換熱器、鈀膜分離器、燃燒器，所述換熱器與鈀膜分離器連接，鈀膜分離器與燃燒器連接，其特征在于：所述連接換熱器與鈀膜分離器的管道上依次設有氣液分離器、初級加熱器和次級加熱器，所述鈀膜分離器通過初級加熱器與燃燒器連接，所述燃燒器還與次級加熱器連接。