[發明專利]一種鈀/鈀合金膜純化器及其使用方法

有效

• 申請號: 202011063225.3
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112263895B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 吳飛;胡梅;彭元亭;李海港;張浩
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;C01B3/50
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種鈀/鈀合金膜純化器，包括外殼體、換熱器和該外殼體內由若干鈀/鈀合金膜管組成的膜管束，還有套管、套管集成盤、膜管束集成盤；每一根鈀/鈀合金膜管的一端封閉，另一端固定連接在膜管束集成盤上；每一根套管的一端固定連接在套管束集成盤上，另一端平行穿插在鈀/鈀合金膜管外。其使用法包括吹掃、加熱純化器、制取純氫等步驟。本發明適用范圍廣、耐壓能力強、透氫效率及能量利用率高；應用方法具有流程簡單、可靠性好、輔助熱源來源多樣、應用領域廣泛等特點。

技術領域

本發明屬于氫氣純化技術領域，涉及一種鈀/鈀合金膜純化器及其應用方法。

背景技術

氫氣是現代化學工業的基本原料之一，在煉化工業，氫氣在合成氨、甲醇以及石油煉制過程的加氫等領域內需求量巨大。在治金工業中，氫氣用做還原氣將金屬氧化物還原成金屬，在高溫鍛壓一些金屬器材中，經常用氫氣作為保護氣以使金屬不被氧化。在光電子、半導體行業，一些電子材料的生長與襯底的制備、氧化工藝、外延工藝中以及化學氣相淀積(CVD)技術中，均要采用高純氫氣作為反應氣、還原氣或保護氣。氫作為能源，是未來發電、電動汽車用燃料電池的燃料，且生成物為水，對環境無污染，氫氣被譽為人類未來的清潔燃料。

近年來，隨著氫能等行業快速發展，高純氫氣的需求量迅猛增大，促進了人們對高純氫氣生產和分離技術的研究。氫氣的純化技術主要包括變壓吸附、選擇性氧化、鈀膜分離、低溫深冷等。其中，鈀膜分離技術是通過物理或化學方法，將鈀或鈀合金制備成膜片狀或管狀，利用鈀在一定溫度（350～450℃）條件下對氫氣的獨特選擇透過性來實現氫氣分子與其他雜質氣體分子的有效分離。基于鈀膜分離的氫氣純化技術具有純化裝置體積小、結構簡單、分離效率高等優點，適用于中小規模的高純氫、超高純氫的制備。目前，鈀膜氫氣純化裝置在高純氫/超高純氫制備、氫燃料電池、光纖制造等領域已實現小規模應用。

鈀/鈀合金膜純化器通常由鈀膜管、保護殼、接口管等部件組成，其中，鈀膜管是純化器的核心部件。鈀膜管有兩種類型，一種是采用傳統卷軋法制備的無支撐型鈀膜管。傳統卷軋法可以實現鈀膜管的連續生產，其不足之處在于成品率較低，此外，為了保持鈀膜管一定的機械強度，膜管的壁厚及管徑尺寸較大，因而嚴重影響鈀膜管的透氫效率。另一種是采用化學鍍、電鍍、復合鍍、化學/物理氣相沉積法等物理化學方法，將鈀/鈀合金負載在多孔陶瓷、多孔不銹鋼等多孔管式支撐體材料表面而得到的支撐型鈀膜管，如中國專利（CN103721576B）提供了一種制備鈀膜及其復合膜的化學鍍法，中國專利（CN102162094A）提供了一種制備鈀/鈀合金膜的循環化學鍍工藝。

由于多孔陶瓷、多孔不銹鋼等支撐體材料具有較高的抗壓強度，所以該類型鈀膜管的膜層厚度通常較薄（10-50um），其透氫效率也較高，其主要不足之處在于：一方面，較薄的鈀膜層在多孔載體材料上沉積時易產生針孔、膜厚不一致等缺陷；另一方面，鈀或鈀合金膜與管式支撐體材料之間的附著力較差，兩種材質的熱膨脹系數也不同，在使用過程中易發生脫落，從而導致整個氫氣純化裝置失效。此外，化學鍍、電鍍等傳統制備鈀膜的工藝過程會產生大量含重金屬離子的污水，從而帶來嚴重的污廢處理難題。

針對上述問題，本發明人在中國專利（CN105967145B）中提供了一種鈀/鈀合金膜純化器及其使用方法，該純化器結構緊湊且透氫效率較高，其不足之處在于純化器的氣密性較差，粗氫入口壓力較大時，鈀膜管容易破裂失效。

因此，需要進一步開發具有適用范圍廣、耐壓能力強、透氫效率高的新型氫氣純化器。

發明內容

本發明的目的之一是針對現有鈀/鈀合金膜純化器的不足，提供一種適用范圍廣、耐壓能力強、透氫效率高的新型氫氣純化器。