[实用新型]一种金属钯或钯合金复合膜氢气纯化器

说明书

技术领域

本实用新型属氢气纯化技术领域，涉及一种金属钯或钯合金复合膜氢气纯化器。该纯化器能自动对断电或其他紧急状况进行处理，保护核心组件钯复合膜，延长其使用寿命。

背景技术

基于钯复合膜具有独特的氢气选择渗透性能、良好的机械和热稳定性，使其在氢分离与纯化应用中备受关注，是目前常见的一种制备高纯度氢气的纯化方案。

通常认为，氢气透过钯膜遵循溶解-扩散机理，包括以下五个过程，如附图1所示：

（1）扩散过程：在浓度差的推动下，高压侧气相中的氢分子越过边界层向钯膜表面扩散；

（2）吸附解离过程：氢分子在钯膜表面发生化学吸附并迅速解离成两个氢原子。

（3）溶解-扩散过程：膜表面吸附的氢原子溶解到钯晶格内并迅速解离为H⁺和电子，穿过体相后扩散到低压侧的膜表面并迅速结合成氢原子；

（4）结合脱附过程：低压侧钯膜表面的氢原子结合成氢分子后脱离钯膜的表面并扩散到边界层；

（5）扩散过程：边界层内的氢分子向低压端气体体相中的扩散。

由于钯复合膜在低于300℃时与氢气接触会发生“氢脆现象”，破坏钯膜的完整性和致密性，使其无法进行氢气分离与纯化，因此钯复合膜进行氢气纯化时，其工作温度要求高于300℃。而由于某些原因，例如断电或其他紧急情况时，导致加热中断，引起钯膜温度下降，因此需要在钯膜温度低于300℃之前将氢气从纯化系统清除，以保护钯膜。

通常人们采用惰性气体（如氮气或氦气）吹扫的方法将纯化系统内的氢气清除，来保护钯膜。但该方法并不能短时间内清除系统内氢气，而且吹扫气没有经过预热又将加速钯膜温度的下降，导致钯膜的使用寿命缩短。

通常采用钯膜进行氢气分离与纯化时，含氢原料气一般要采用额外的换热器进行预热，如中国发明专利“一种氢气分离器”（申请号：201210485186.5）和中国实用新型专利“带自动吹扫的钯管氢气纯化器”（申请号：200920210345.4）均采用额外的换热器对原料气进行换热，这不但增加了装置投资，而且增加了装置的尺寸。而将加热、预热、换热、保温和氢气纯化集于一体，形成一个独立的纯化组件将是一个可行的选择。

实用新型内容

本实用新型针对断电或其他紧急情况导致钯膜温度下降时，提供一种采用真空泵在短时间内将系统内氢气自动清除的方法，保护钯膜；并且将一种结构紧凑型的集预热和换热于一体的氢气纯化组件应用于氢气纯化，提高能源利用效率、避免增加换热和预热设备，降低装置投资。

本实用新型的具体技术方案为：

一种金属钯或钯合金复合膜氢气纯化器，包括手动控制阀门、气动控制阀门、纯化组件、浮子流量计、质量流量控制器、真空泵、压力传感器、单向阀、阻火器及电气控制系统组成。

所述的纯化组件集加热、预热、换热和纯化等功能于一体，其工作温度为300-500℃，其中起纯化作用的关键材料为金属钯或钯合金复合膜，即多孔材料负载型钯或钯合金膜。真空泵可于短时间内实现氮气吹扫到超纯氢生产的切换，可于断电或其他紧急情况和降温过程中将整个系统中的氢气抽除，以防止纯化组件中钯复合膜因氢气的存在而发生氢脆，其真空度为10-80kPa。

所述氢气纯化器其内部结构为：纯化组件P1原料气进气管的进气端与单向阀C1的一端相连，单向阀C1的另一端经过三通分别与手动控制阀V3和气动控制阀V8的一端相连；

气动控制阀V8的另一端依次经质量流量控制器MFIC01、原料氢手动控制阀V4与原料氢源相串联；

手动控制阀V3的另一端与浮子流量计FI02的一端相连，浮子流量计FI02的另一端经过三通分别与氮气手动控制阀V2的一端和浮子流量计FI01进气端相连；氮气手动控制阀V2的另一端与氮气源相连；

纯化组件P1渗余气出气管的出气端设有压力传感器PT02，纯化组件P1渗余气出气管的出气端与质量流量控制器MFIC02进气端相连；

质量流量控制器MFIC02出气端经过管路分别与不合格产品氢手动控制阀V6的出气端、真空泵SC01的出气端、阻火器FA01的进气端相连；

质量流量控制器MFIC02出气端和进气端经尾气手动控制阀V7通过管路相连；