[实用新型]一种用于氢气分离的膜分离组件

说明书

本实用新型属于氢能技术领域，涉及一种用于氢气分离的膜分离组件，膜分离组件主要包括氢气分离腔、隔板、钯及其合金复合膜管和氢气收集腔，所述氢气分离腔内设置钯及其合金复合膜管，膜管的开口端穿过隔板的通孔进入氢气收集腔并通过焊接的方式与隔板连接。在与生产富氢气体设备联合使用时，通过电加热元件加热膜分离组件达到使用温度，然后连接富氢气体，实现氢气分离和收集等过程。该膜分离组件结构紧凑，尤其适用于现场制氢燃料电池装置。

技术领域

本实用新型属于氢能技术领域，涉及一种膜分离组件，特别是涉及一种用于氢气分离的膜分离组件。

背景技术

近年来，氢燃料电池车受到各国政府和知名汽车制造商的高度重视,得到了飞速发展。燃料电池的最佳燃料之一是氢气，因为其产物为水，并能真正实现零排放。为推进氢氧燃料电池(质子膜燃料电池)的商业化，需要解决氢源和降低成本等问题。目前，采用甲醇水蒸气重整制氢，作为通讯基站或小型移动电源的氢源具有显著的优势，因为甲醇来源广泛、储运方便，并且储氢量高，达到甲醇质量的18.8％。甲醇制氢的核心在于催化剂，主要包括贵金属和非贵金属两大体系。其中，以非贵金属催化体系中的铜基催化剂研究最多，如CuO/ZnO/Al₂O₃、Cu/ZnO、Cu/Ce/Zn/Al、Cu-Ni /monolith/TiO₂等，一般基于铜基催化剂的甲醇水蒸气重整制氢的反应温度是200℃～300℃，温度越高产氢率及转化效率越高，当反应温度上升至 300℃时，甲醇可以实现完全转化。

氢能被视为21世纪最具发展前景的清洁能源，在化学工业、食品、半导体行业、通讯基站、低温超导、军事、航空等领域发挥着越来越重要的作用。氢能的利用涉及氢气的制备、分离提纯和储运等环节。氢气的制备方法主要有煤制氢、烃类制氢、生物制氢、电解水制氢等，但是制得的氢气纯度不高，为满足工业上对各种高纯氢的需求，必须对氢气进行分离纯化。常见的氢气分离方法有低温分离法、变压吸附法、膜分离法等。膜分离法具有体积小、操作简便、噪音小等优点，尤其适用于中小规模且对氢气纯度要求很高的场合。金属钯及其合金膜因对氢气具有独特的选择透过性能，只有氢气能以溶解扩散的机理透过钯膜，而将其他杂质气体进行拦截，理论上可以获得100％纯度的氢气，因此是最早应用于氢气分离提纯的膜材料。由于金属钯或钯合金膜在低温与H₂接触时会形成氢化物，发生“氢脆现象”，破坏纯钯或钯合金膜的完整性和致密性，而在高温使用时，钯膜表面晶粒会发生重排和烧结，导致钯膜产生针孔和缺陷，甚至会导致钯膜破裂。因此，为了保证钯膜使用的长期稳定性，必须提供适宜且稳定的钯膜使用温度，钯膜的适宜工作温度是350-500℃。

针对通讯基站或小型移动电源的氢源系统体积小、结构紧凑的特点，开发结构紧凑、低能耗、热利用效率高的膜分离器尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有氢气分离功能的、适用于低温富氢气源进行氢气分离提纯的膜分离组件，设计巧妙、结构紧凑。

本实用新型采用具体技术方案为：

一种用于氢气分离的膜分离组件，主要包括一密闭的中空腔室，于中空腔室内设有隔板，隔板将中空腔室内部分隔成二个互不连通的密闭空腔，一个为氢气分离腔、另一个为氢气收集腔，

于氢气分离腔内设有钯和/或钯合金复合膜管，钯和/或钯合金复合膜管一端密闭，另一端开口；开口端穿过隔板伸入至氢气收集腔内，或开口端通过导管穿过隔板伸入至氢气收集腔内，使氢气收集腔通过开口端与钯和/或钯合金复合膜管内部相连通；

于氢气分离腔所在的中空腔室侧壁面上设有气体进口和气体出口；于氢气收集腔所在的中空腔室侧壁面上设有氢气出口。

所述隔板为一设有一个或多个通孔的不锈钢板；

所述氢气分离腔内设置钯和/或钯合金复合膜管，钯和/或钯合金复合膜管一端密闭，另一端开口，开口端穿过隔板伸入至氢气收集腔4中，并通过焊接的方式与隔板固定连接。