[其他]利用鈦鐵錳合金制備超純氫的方法和裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85100502
• 申請(qǐng)日: 1985-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN85100502B
• 公開(kāi)（公告）日: 1986-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳炳兆;趙施龍;葉榮;黃鐵生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所
• 主分類號(hào): C01B3/56
• 分類號(hào): C01B3/56;F17C11/00;F16K1/30
• 代理公司: 中國(guó)科學(xué)院上海專利事務(wù)所
• 代理人: 季良赳

本發(fā)明是利用鈦鐵錳合金制備超純氫的方法和裝置，它可以獲得純度為99.9999%的超純氫。

常用的制備超純氫的方法有三種：鈀-銀膜熱擴(kuò)散法。分子篩液氮冷凍法和變壓吸附法。其中，鈀-銀膜熱擴(kuò)散法制得的氫氣純度最高，可達(dá)99.9999%，氫氣露點(diǎn)為≤-70℃，是目前國(guó)內(nèi)外最常用的制備超純氫的方法。但是，鈀-銀膜是貴金屬，因而鈀-銀膜氫凈化器的價(jià)格昂貴，同時(shí)，由于鈀-銀膜易開(kāi)裂損壞，導(dǎo)致氫氣純度降低，維修和運(yùn)行費(fèi)用高。變壓吸附法得到的氫氣純度較低，分子篩液氮冷凍法則要消耗液氮，使用不便。

七十年代以來(lái)，開(kāi)始研制用儲(chǔ)氫金屬制備超純氫的技術(shù)。國(guó)外已有專利和文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了這一技術(shù)。其中，聯(lián)邦德國(guó)專利（專利號(hào)2840265）和日本專利（特開(kāi)昭55-149104），（特開(kāi)昭57-156304）報(bào)導(dǎo)了獲得99.9999%以上的超純氫。聯(lián)邦德國(guó)專利2840265報(bào)導(dǎo)了凈化氫氣的方法和1.7米³儲(chǔ)氫合金瓶的性能，但沒(méi)有提及裝料及充氫工藝。其不足之處是：（1）熱交換器為十字形結(jié)構(gòu)，熱交換面積小，致使在20升/分放氫速率下（用60℃水加熱）只能釋放出50%的超純氫。（2）需用99.9%純度的氫經(jīng)液氮冷阱脫水后，再充入儲(chǔ)氫合金瓶，成本高。（3）當(dāng)儲(chǔ)氫合金瓶放出10%儲(chǔ)氫量的氫氣后，氫中水含量才降到0.2PPM。（4）儲(chǔ)氫合金瓶容量較小（≤1.7立方米）。日本專利特開(kāi)昭55-149104采用螺旋管狀熱交換器，單位重量熱交換器的熱交換面積小，純化系統(tǒng)復(fù)雜，要經(jīng)過(guò)四級(jí)提純;該專利也沒(méi)有考慮氣相空間中富集水汽的液化，使儲(chǔ)氫合金的使用期限縮短，也沒(méi)報(bào)導(dǎo)凈化后氫氣的露點(diǎn)。日本專利（特開(kāi)昭57-156304）報(bào)導(dǎo)的用儲(chǔ)氫材料純化氫氣的方法，其制得的氫純度也較低。日本的文獻(xiàn)NationalTechnicalReportVol.29No.1Feb1983，也報(bào)導(dǎo)了1.2立方米的儲(chǔ)氫合金瓶，雖稱可獲得99.9999%的超純氫，但其露點(diǎn)為-75℃，即氫中水含量為1.19PPM，嚴(yán)格地講純度只有99.9995%。

儲(chǔ)氫合金具有對(duì)氫氣選擇性吸收的本領(lǐng)，它的吸、放氫過(guò)程是一可逆的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其反應(yīng)式為

M+Ｘ/２H_２MH_Ｘ+Q（1）

式中M為儲(chǔ)氫合金，MH_Ｘ為金屬氫化物，Q為熱量。在較高的氫壓和較低的溫度下，反應(yīng)向右進(jìn)行，生成氫化物，即吸氫過(guò)程，為放熱反應(yīng)。當(dāng)氫壓降低或升高溫度時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，氫化物分解，為放氫過(guò)程，是吸熱反應(yīng)。由于氫氣中的雜質(zhì)氣體不被儲(chǔ)氫合金吸收，故通過(guò)適當(dāng)?shù)氖侄尉涂梢垣@得超純氫。

本發(fā)明提出了一種利用鈦鐵錳合金制備超純氫的方法和裝置。它包括：安裝有扇形熱交換器的用以裝儲(chǔ)氫合金的鋼瓶，儲(chǔ)氫合金TiFe_0.8-0.9Mn_0.1-0.2的裝料工藝，活化工藝、充氫工藝，氫氣的排雜提純工藝、工業(yè)氫的初提純工藝，使用本發(fā)明的方法和裝置可把純度大于或等于98%的工業(yè)氫氣經(jīng)過(guò)初提純和TiFe_0.8-0.9Mn_0.1-0.2儲(chǔ)氫合金瓶最終提純，制得99.9999%的超純氫。

本發(fā)明的儲(chǔ)氫合金瓶由不銹鋼瓶體、閥門、扇形銅質(zhì)熱交換器及微米級(jí)金屬過(guò)濾片構(gòu)成。熱交換器由紫銅管和與紫銅管焊接在一起的扇形紫銅換熱片構(gòu)成，在換熱片弧面上每隔10厘米高度設(shè)有一個(gè)由里向外的下料口，尺寸為3.2cm寬，2cm高。閥門是能承受150公斤/厘米²壓力并能保持≤1.5-2.0×10^-5乇高真空的高壓高真空閥門。扇形熱交換器結(jié)構(gòu)使熱交換面積大，改善了儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)氫合金床層的熱傳導(dǎo)，在60℃水加熱條件下，儲(chǔ)氫合金瓶能以20-80升/分的速率連續(xù)放出85%的超純氫。微米級(jí)金屬過(guò)濾片由不銹鋼或鎳質(zhì)粉末用粉末冶金方法燒結(jié)而成，與瓶體用釬焊連接，可濾去0.3m以上的塵埃。高壓高真空閥門可防止氫氣泄漏，保證安全和提純效果。合金瓶組裝前經(jīng)清潔處理，組裝后經(jīng)壓力和真空檢漏。

本發(fā)明采用的TiFe_0.8-0.9Mn_0.1-0.2儲(chǔ)氫合金是用中頻感應(yīng)方法熔煉的。該合金性能穩(wěn)定，易活化，儲(chǔ)氫量大，使用壽命長(zhǎng)，中毒后易再生。儲(chǔ)氫合金顆粒用震動(dòng)方法裝入儲(chǔ)氫合金瓶，并使密實(shí)，其松裝密度與合金密度之比達(dá)到0.6-0.7。