[发明专利]一种多通道金属钯或钯合金复合膜氢气分离器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有多通道结构的金属钯或钯合金复合膜氢气分离 器，具体地将，是采用一根或多根多通道金属钯或钯合金复合膜，通过与 金属接头进行连接和密封，然后再通过该金属接头与分离器壳体连接组成 氢气分离器。该氢气分离器更加适合于中小规模的氢气分离。

背景技术

众所周知，氢气在炼油厂和化学工业中具有广泛的用途，主要用于以 下过程：

·化肥工业生产合成氨；

·合成甲醇；

·加氢裂化、加氢脱硫、加氢精制、加氢脱烷基；

·食品工业油脂加氢和制药业加氢；

·火箭燃料；

·熔融焊接；

·金属矿的还原；

·半导体行业用氢；

·火力发电叶片冷却；

·低温和超导研究(液氢)等。

近年来，氢气作为一种洁净的二次能源载体，具有清洁、无污染、效 率高、应用形式多等诸多优点，从而使其倍受关注。同时，在氢能转化方 面，质子膜燃料电池也因其能量转化效率高、环境友好、组装灵活等优点 日益受到人们的极大关注。另外，氢能技术可以实现CO₂的集中处理和封 存，能够实现化石能源转化利用的CO₂近零排放。进入20世纪90年代后， 尤其是近几年，一些国家对氢能的研发步伐明显加快。洁净氢能技术和质 子膜燃料电池电动车的发展尤为引人瞩目。目前，燃料电池电动车已告别 概念车。因此，为燃料电池电动车提供氢燃料已迫在眉睫，先进的中小规 模制氢装置将为加氢站提供廉价氢源。

目前，约96％的氢气来源于天然气、石油和煤三大化石资源。以化石 资源大规模制氢具有工艺技术成熟和生产成本低的明显优点。通常的氢气 分离与纯化采用深冷技术和变压吸附技术(PSA)，这两种技术在大规模制 氢的氢气分离上获得广泛应用。而对于中小规模的氢气分离，通常采用有 机膜技术，但由于有机膜对于氢气分离的选择性较低，因此难以获得高纯 度氢气。

金属钯及其合金膜具有高选择性透过氢气的性能，如果能够制备完全 致密的钯及其合金膜，则可以获得100％纯度的氢气。因此，在氢气分离 领域具有广阔的应用前景。

关于金属钯及其合金膜人们已经有六十多年研究历史。在研究的初 期，人们采用钯管进行氢气的分离。由于受机械强度等限制，钯管的厚度 一般要求大于100μm。钯管厚度的增加意味着透氢量的减小，同时也预示 着成本的昂贵。为了克服这一缺点，人们提出在多孔材料支撑体的表面形 成钯膜的技术路线，这种钯复合膜即可保持很高的强度，也可以将钯膜的 厚度减小到几微米至几十微米，因此，一方面使钯复合膜的透氢量明显增 加，另一方面也使钯膜的制造成本明显降低。

对于纯钯复合膜，在H₂气氛下，当温度由高温降低到275℃及其以 下时，金属钯将由α相转变为β相并且伴有晶格常数的变化从而使钯膜破 裂，通常称之为氢脆。通过形成钯合金膜可以解决氢脆问题，例如钯-银合 金膜，钯-铜合金膜，钯-金合金膜，即使在室温下也可以避免氢脆现象。

用于制备钯或钯合金复合膜的多孔材料可以是多孔不锈钢，多孔金属 镍，多孔陶瓷和多孔玻璃等，常用的有多孔不锈钢和多孔陶瓷两种。几何 形状通常有管状和平板状两种，而使用最多的是管状多孔不锈钢和多孔陶 瓷。