[发明专利]一种钯/钯合金膜纯化器及其使用方法

说明书

本发明公开了一种钯/钯合金膜纯化器，包括外壳体、换热器和该外壳体内由若干钯/钯合金膜管组成的膜管束，还有套管、套管集成盘、膜管束集成盘；每一根钯/钯合金膜管的一端封闭，另一端固定连接在膜管束集成盘上；每一根套管的一端固定连接在套管束集成盘上，另一端平行穿插在钯/钯合金膜管外。其使用法包括吹扫、加热纯化器、制取纯氢等步骤。本发明适用范围广、耐压能力强、透氢效率及能量利用率高；应用方法具有流程简单、可靠性好、辅助热源来源多样、应用领域广泛等特点。

技术领域

本发明属于氢气纯化技术领域，涉及一种钯/钯合金膜纯化器及其应用方法。

背景技术

氢气是现代化学工业的基本原料之一，在炼化工业，氢气在合成氨、甲醇以及石油炼制过程的加氢等领域内需求量巨大。在治金工业中，氢气用做还原气将金属氧化物还原成金属，在高温锻压一些金属器材中，经常用氢气作为保护气以使金属不被氧化。在光电子、半导体行业，一些电子材料的生长与衬底的制备、氧化工艺、外延工艺中以及化学气相淀积(CVD)技术中，均要采用高纯氢气作为反应气、还原气或保护气。氢作为能源，是未来发电、电动汽车用燃料电池的燃料，且生成物为水，对环境无污染，氢气被誉为人类未来的清洁燃料。

近年来，随着氢能等行业快速发展，高纯氢气的需求量迅猛增大，促进了人们对高纯氢气生产和分离技术的研究。氢气的纯化技术主要包括变压吸附、选择性氧化、钯膜分离、低温深冷等。其中，钯膜分离技术是通过物理或化学方法，将钯或钯合金制备成膜片状或管状，利用钯在一定温度（350～450℃）条件下对氢气的独特选择透过性来实现氢气分子与其他杂质气体分子的有效分离。基于钯膜分离的氢气纯化技术具有纯化装置体积小、结构简单、分离效率高等优点，适用于中小规模的高纯氢、超高纯氢的制备。目前，钯膜氢气纯化装置在高纯氢/超高纯氢制备、氢燃料电池、光纤制造等领域已实现小规模应用。

钯/钯合金膜纯化器通常由钯膜管、保护壳、接口管等部件组成，其中，钯膜管是纯化器的核心部件。钯膜管有两种类型，一种是采用传统卷轧法制备的无支撑型钯膜管。传统卷轧法可以实现钯膜管的连续生产，其不足之处在于成品率较低，此外，为了保持钯膜管一定的机械强度，膜管的壁厚及管径尺寸较大，因而严重影响钯膜管的透氢效率。另一种是采用化学镀、电镀、复合镀、化学/物理气相沉积法等物理化学方法，将钯/钯合金负载在多孔陶瓷、多孔不锈钢等多孔管式支撑体材料表面而得到的支撑型钯膜管，如中国专利（CN103721576B）提供了一种制备钯膜及其复合膜的化学镀法，中国专利（CN102162094A）提供了一种制备钯/钯合金膜的循环化学镀工艺。

由于多孔陶瓷、多孔不锈钢等支撑体材料具有较高的抗压强度，所以该类型钯膜管的膜层厚度通常较薄（10-50um），其透氢效率也较高，其主要不足之处在于：一方面，较薄的钯膜层在多孔载体材料上沉积时易产生针孔、膜厚不一致等缺陷；另一方面，钯或钯合金膜与管式支撑体材料之间的附着力较差，两种材质的热膨胀系数也不同，在使用过程中易发生脱落，从而导致整个氢气纯化装置失效。此外，化学镀、电镀等传统制备钯膜的工艺过程会产生大量含重金属离子的污水，从而带来严重的污废处理难题。

针对上述问题，本发明人在中国专利（CN105967145B）中提供了一种钯/钯合金膜纯化器及其使用方法，该纯化器结构紧凑且透氢效率较高，其不足之处在于纯化器的气密性较差，粗氢入口压力较大时，钯膜管容易破裂失效。

因此，需要进一步开发具有适用范围广、耐压能力强、透氢效率高的新型氢气纯化器。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有钯/钯合金膜纯化器的不足，提供一种适用范围广、耐压能力强、透氢效率高的新型氢气纯化器。