[實用新型]一種超高純氫氣發生器

有效

• 申請號: 201420768796.0
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN204849043U
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 俞健;魏浩;黃彥;劉強;諶洪圖;楊佳輝;金小賢;李國峰
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C01B3/56;B01D53/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及的超高純氫氣發生器是一種集電解水制氫、鈀膜純化于一體的儀器，該儀器可實現在供氫場合長時間連續輸出超高純氫氣，避免氣體運輸的繁瑣和危險，降低生產成本。可以為光伏、半導體、色譜等行業提供超高純氫氣。

背景技術

本實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生器，可以將電解水制取的氫氣經過鈀膜純化后得到產氫純度≥99.9999％(超高純)的氫氣。

超高純氫氣廣泛應用于太陽能光伏、燃料電池、半導體及LED制造等行業。氫氣的生產方法主要有甲醇蒸汽轉化制氫、電解水制氫、烴類氧化重整制氫以及其它含氫物質分解制氫。其中電解水制氫效率高，工藝成熟，設備簡單無污染，其生產出的氫氣純度較高，非常適合現場制氫及小型的需氫場合。

電解水制氫由儲液罐、電解槽、氣液分離器和干燥器組成。電解槽出來的粗氫，經過氣液分離器去除部分冷凝水，冷凝水重新進入儲液罐，氫氣則經干燥處理后產出。電解水制氫根據電解液不同可分為堿液和純水制氫兩類。傳統的堿液制氫器所用電解液為NaOH或KOH溶液，在直流電作用下，陰極和陽極分別產生H₂和O₂。而純水制氫器在電解槽內裝有SPE離子膜，通電后H₂O在陽極分解：H₂O＝H⁺+OH^-，OH^-隨即在陽極放出電子生成O₂，從陽極室排出，H⁺在電場力的作用下，通過SPE離子膜，到達陰極得到電子形成H₂。電解水制氫產出的氫氣純度一般能達到99.95％，而對于某些精密分析設備或者一些特殊的需氫場合要求的氫氣純度都達到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。

近年來，隨著超高純氫的廣泛應用，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點已成為研究的熱點，該法尤其適用于小型產氫系統。其中鈀及其合金膜因具有透氫性強、選擇性高等優點而備受關注，氫氣很容易透過鈀膜，而其它的氣體則不可透過。鈀膜的透氫過程包含5個步驟：(1)氫分子在鈀膜表面化學吸附并解離；(2)表面氫原子溶解于鈀膜；(3)氫原子在鈀膜中從一側擴散到另一側；(4)氫原子從鈀膜析出，呈化學吸附態；(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.透氫鈀復合膜的原理、制備及表征.化學進展，2006，18(2-3)：230-238.]。鈀膜的氫氣滲透通量受膜兩側的氫分壓影響，氫氣從高壓側向低壓側滲透，壓力差越大，滲透通量越高。鈀膜在300℃以下工作時，接觸氫氣容易發生氫脆[PaglieriSN，FooKY，WayJD.Innovationsinpalladiummembraneresearch[J].SepPurifMethods，2002，31(1)：1-169.]，因此鈀膜在升降溫過程中，必須保證膜處于惰性氣氛或者真空狀態。

本實用新型提供了一種超高純氫氣發生器，將電解水制氫與鈀膜純化相結合，充分考慮了鈀膜的使用條件，發明了一種安全可靠、占地小、集成度高和操作方便的超高純氫氣發生器。

實用新型內容

本實用新型涉及的超高純氫氣發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場實現連續產出超高純氫氣，避免氣體運輸的繁瑣和危險，降低生產成本。可以為光伏、半導體、色譜等行業提供超高純氫氣。

本實用新型采用如下技術方案：

超高純氫氣發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、真空泵、二通球閥、三通球閥、單向閥以及微調閥組成。

制氫單元中電解槽連通儲液罐，電解液從儲液罐進入電解槽，在外部直流電流作用下，水電解產生氫氣，氫氣經氣液分離器后進入干燥管，由干燥管輸出的氫氣進入純化單元。具體流程為：電解液進入電解槽(1)，電解產生的雜質氣一排出，電解槽(1)的產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。