[发明专利]一种室温稳定的半笼形水合物在氢气分离提纯中的应用

说明书

技术领域

本发明属于能源环保材料技术领域，具体涉及一种室温稳定的半笼形水合 物在氢气分离提纯中的应用。

背景技术

随着化工、石油冶金及电子工业的飞速发展，地球上的化石燃料已日趋枯 竭，且其燃烧产生的CO₂和SO₂等气体也造成了严重的环境污染，因此，人类迫 切需要开发一种环境友好的新能源。氢气作为高效、洁净的二次能源，有着以 下特性：(1)燃烧的产物是水,，无环境污染，被认为是21世纪最有应用前景 的洁净能源；(2)质量轻，热值高，利用效率高；(3)可以经济有效地贮存和 输送，金属氢化物作为其贮存介质，同时又具有化学能热能和机械能相互转化 的功能。凭借这些优越的性能，氢气的用途十分广泛，不仅是重要的化工原料， 如通过加氢裂化、加氢精制，加氢脱硫、催化加氢等，可以合成一系列石油行 业的下游产品；而且可利用其还原性来冶炼有色金属，液氢还可作为高效能燃 料，成为动力火箭的推进剂。因此，现代工业对氢气特别是高纯氢的需求量日 益增多。氢气特别是高纯氢的制取成为当前的研究热点，而氢气分离过程作为 高纯氢气制备技术中一个十分关键的环节，更是引起众多研究者的兴趣，并越 来越受到重视。

目前，氢气分离的主要方法有低温分离法(也称深冷法)、选择吸附法、金 属氢化物净化法和膜分离法。低温分离法是在低温条件下，利用原料气组分的 相对挥发度差(沸点差)，使部分气体冷凝,从而达到分离的目的。但在分离低 沸点气体混合物时，操作温度低，能耗高。选择吸附法是利用吸附剂只吸附特 定气体，从而实现气体的分离，它包括低温吸附法、变压吸附法和低温吸收法， 但。，，低温吸附法和低温吸收法的设备投资大、能耗高、成本高、操作复杂，变压 吸附法的氢气回收率低。金属氢化物净化法是利用储氢合金在低温下对氢进选 择性化学吸收，生成金属氢化物，氢气中的其它杂质气体则分离于氢化物之外， 随废氢排出，金属氢化物在稍高温度(约100℃)发生分解反应释放出氢，从而 实现氢的分离，但在氢的纯化过程中存在氢化物合金与各种非氢杂质不相容性 的问题，因此，氢化物分离法对原料的预处理要求较高。膜分离法是利用膜对 特定气体组分具有选择性渗透和扩散的特性来实现气体分离和纯化的目的，但 在氢气的纯化过程中压力损失大，分离效率低。

总的来说，现存的分离氢气的方法都存在着不同程度的问题，如能耗高、 设备投资大、运行成本高、操作复杂、分离效率低、吸收剂对设备的腐蚀性强 等。这些问题直接或间接地影响了其在工业生产中的应用。因而急需开发一种 分离效率高、操作条件温和、能耗低、设备腐蚀小、投资和运营成本低的新途 径，新方法。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种室 温稳定的半笼形水合物在分离提纯氢气中的应用。本发明利用室温稳定的半笼 形水合物对氢气进行分离提纯，氢气分离的效率高、操作条件温和、能耗低、 设备腐蚀小。

本发明采用四异戊基季铵盐作为稳定剂与促进剂分离提纯氢气，具有形成 压力低，室温稳定性好，氢气分离效率高等优点。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种室温稳定的半笼形水合物在氢气分离提纯中的应用，具体包括以下步 骤：将室温稳定的半笼形水合物置于高压反应釜内，向高压反应釜中通入高压 混合气体进行反应，得到固态半笼形水合物和氢气；所述混合气体由氢气和杂 质气体组成。

所述室温稳定的半笼形水合物，由30～95wt％的水和5～70wt％的四异戊基季 铵盐组成。

所述四异戊基季铵盐为四异戊基溴化铵、四异戊基氟化铵或四异戊基氯化 铵中的一种以上。

所述杂质气体为CO₂、CH₄、H₂S或C₂H₆中的一种以上。

所述混合气体中H₂的体积百分含量为1～99％。

所述混合气体与半笼形水合物的气液比为(0～1)：1；气液比为常压下气 体体积与液体体积之比。

所述高压混合气体的压力为1～10兆帕；

所述的反应温度为10～40℃；

所述反应时间为30～250分钟。