一種超高純氫氣發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及的超高純氫氣發(fā)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(xiàn)在供氫場合長時間連續(xù)輸出超高純氫氣，避免氣體運輸?shù)姆爆嵑臀ｋU，降低生產(chǎn)成本?？梢詾楣夥?、半導(dǎo)體、色譜等行業(yè)提供超高純氫氣。
【背景技術(shù)】
[0002]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(fā)生器，可以將電解水制取的氫氣經(jīng)過鈀膜純化后得到產(chǎn)氫純度多99.9999% (超高純)的氫氣。
[0003]超高純氫氣廣泛應(yīng)用于太陽能光伏、燃料電池、半導(dǎo)體及LED制造等行業(yè)。氫氣的生產(chǎn)方法主要有甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化制氫、電解水制氫、烴類氧化重整制氫以及其它含氫物質(zhì)分解制氫。其中電解水制氫效率高，工藝成熟，設(shè)備簡單無污染，其生產(chǎn)出的氫氣純度較高，非常適合現(xiàn)場制氫及小型的需氫場合。
[0004]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(jīng)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(jīng)干燥處理后產(chǎn)出。電解水制氫根據(jù)電解液不同可分為堿液和純水制氫兩類。傳統(tǒng)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(chǎn)生比和O 2。而純水制氫器在電解槽內(nèi)裝有SPE離子膜，通電后H2O在陽極分解=H2O = H++0H，OH隨即在陽極放出電子生成O 2，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(chǎn)出的氫氣純度一般能達到99.95%，而對于某些精密分析設(shè)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。
[0005]近年來，隨著超高純氫的廣泛應(yīng)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(yōu)點已成為研究的熱點，該法尤其適用于小型產(chǎn)氫系統(tǒng)。其中鈀及其合金膜因具有透氫性強、選擇性高等優(yōu)點而備受關(guān)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:(I)氫分子在鈀膜表面化學(xué)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(cè)擴散到另一側(cè)；(4)氫原子從鈀膜析出，呈化學(xué)吸附態(tài)；(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(fù)合膜的原理、制備及表征.化學(xué)進展，2006，18 (2-3):230-238.]。鈀膜的氫氣滲透通量受膜兩側(cè)的氫分壓影響，氫氣從高壓側(cè)向低壓側(cè)滲透，壓力差越大，滲透通量越高。鈀膜在300°C以下工作時，接觸氫氣容易發(fā)生氫脆[Paglieri SN,Foo KY, Way JD.1nnovat1ns inpalladium membrane research [J].Sep PurifMethods, 2002, 31 (I): 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(tài)。
[0006]本實用新型提供了一種超高純氫氣發(fā)生器，將電解水制氫與鈀膜純化相結(jié)合，充分考慮了鈀膜的使用條件，發(fā)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(fā)生器?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0007]本實用新型涉及的超高純氫氣發(fā)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(xiàn)場實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)出超高純氫氣，避免氣體運輸?shù)姆爆嵑臀ｋU，降低生產(chǎn)成本。可以為光伏、半導(dǎo)體、色譜等行業(yè)提供超高純氫氣。
[0008]本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0009]超高純氫氣發(fā)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(fā)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、真空栗、二通球閥、三通球閥、單向閥以及微調(diào)閥組成。
[0010]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(chǎn)生氫氣，氫氣經(jīng)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(I)，電解產(chǎn)生的雜質(zhì)氣一排出，電解槽(I)的產(chǎn)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。
[0011 ] 純化單元中鈀膜組件連接三根管線，分別為氫氣入口、純氫出口以及尾氣出口，尾氣出口分別連接微調(diào)閥(10)和真空栗。在鈀膜工作前后都要用真空栗對系統(tǒng)進行抽空，防止在低溫時氫氣與鈀膜接觸發(fā)生氫脆，或者高溫時鈀膜被氧化失活。在抽空狀態(tài)下將電加熱器升溫至工作溫度，干燥氫氣經(jīng)過小型換熱器與出口氣體換熱后進入鈀膜組件，經(jīng)過鈀膜純化后至出口產(chǎn)出使用，尾氣通過微調(diào)閥定量后排出，工作結(jié)束后抽空狀態(tài)降溫。具體流程為:制氫單元中二通球閥(5)的出氫口依次與換熱器￠)、膜組件入氣口相連，膜組件置于加熱器腔體中；膜組件尾氣與三通球閥(12)相連，三通球閥(12)尾氣端與微調(diào)閥(10)相連，三通球閥(12)真空栗端通過三通分別與真空栗(11)與二通球閥(13)相連，微調(diào)閥
(10)和真空栗(11)出口接雜質(zhì)氣二出口 ；膜組件純氫出口依次與換熱器(6)、壓力表(9)相連，二通球閥(13)出口和壓力表(9)出口端與單向閥(14)相連，單向閥(14)出口端接超高純氫出口。
[0012]有益效果
[0013]本實用新型涉及的超高純氫氣發(fā)生器將電解水制氫與鈀膜純化系統(tǒng)進行整合，可以直接獲得純度在99.9999%以上的超高純氫，該裝置可以在現(xiàn)場連續(xù)制備超高純氫氣，避免氣體運輸?shù)姆爆嵑臀ｋU，降低生產(chǎn)成本。可以為光伏、半導(dǎo)體、色譜等行業(yè)提供超高純氫氣。
[0014]本實用新型涉及的超高純氫氣發(fā)生器裝有抽真空裝置，在鈀膜工作前后對鈀膜組件進行抽空，防止鈀膜氫脆以及被氧化，保證鈀膜的正常工作。
[0015]本實用新型涉及的超高純氫氣發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、集成度高等特點，充分考慮到鈀膜的工作特性，維持鈀膜性能。