电解水制氢读书笔记之「其他纯化氢气方式」

除上章提到的纯化方式外，还有其他常见的纯化方式如下：

一、钯合金膜扩散法

只有氢气才能透过银钯合金扩散膜，而其它气体都不能通过，因此在扩散膜的纯氢一侧，氢气纯度非常高，总杂质含量<1ppm，含水量为露点-70℃以下。钯合金膜之所以能把氢分离出来，是因为氢分子被吸附到膜表面,分解成氢原子，继而电离为质子和电子,氢质子穿过金属晶格到达纯氢侧,再与电子重新结合变为氢原子,两个氢原子组合成氢分子。

钯合金膜扩散装置的流程见下图，装置的技术指标见下表。在装置中全部气体管路都采用不锈钢,接头采用焊接操作中应保持一定的工作温度和工作压力，不然会降低生产率。在原料气送入钯纯化器前，应先把其中的大部分氧和水汽除掉，运行中防止有害杂质毒化钯膜。

钯合金膜扩散装置流程图

钯合金膜扩散装置技术指标

二、低温吸附法

吸附剂在液氮温度下的吸附量大大高于在常温下的吸附量，而且是一个共吸附的过程，如果要把氢气中的微量H2O、CH4、Ar、N2、O2等杂质去除，采用低温吸附法较为有利。低温吸附法纯化氢气的流程见下图。原料气经预冷后进入液氮槽中的纯化器，在低温下去除杂质后高纯氢送往用户。系统压力一般控制在2MPa，因这时吸附剂具有最大的吸附量。纯化器一组工作时，另一组进行放压、升温、抽真空、充气、降温、充压，两组交替使用，周期一般在2~8h。

用低温吸附法纯化的氢气纯度，与吸附剂种类、再生方法、操作条件、工作周期、装置性能等因素有关，一般能达到99.99999%以上。但此法需要消耗一定数量的液氮，液氮的耗量要视纯化器大小，每生产1m3高纯氢，一般消耗液氮0.2~0.5L。

三、金属无机膜分离法

用电解氢或其它含气量＞70%的氢源，经过金属无机膜分离，可得到总杂质含量<1ppm、氧含量<0.01ppm、露点为-76℃的高纯氢。金属无机膜分离的工艺流程见下图，装置技术指标见下表。系统中必须保持一定的工作压力和温度。金属无机膜必须避免在低温环境下与氢接触，和在高温环境下与氧接触。放空气体流量应根据进气的氢含量进行计算。

金属无机膜分离法流程图

装置技术指标

四、金属氢化物法

金属氢化物法是基于贮氢合金(Me)对氢的选择性吸收特性，在一定的温度和压力下，该合金可与气态氢反应生成金属氢化物(MeHx)，氢则以原子状态贮存于氢化物晶格点阵间隙位置之中,反应式可写成:

它是可逆反应，当提高系统压力或降低温度时，可使反应向右进行，即形成氧化物，杂质气则留在空间，可将它排除；当降低压力或提高温度时，金属氢化物解吸而放出氢纯度可达6N级。例如，用热水把金属氢化物加热到97~100℃，所放出的氢气压力可达13MPa，可满足充灌钢瓶的需要。所以此法集纯化与压缩于一体，具有操作简便、能耗低、投资省、脱氧效果好、无运动件、无噪音、无油脂污染、运行安全等优点。至于贮氢合金使用过程中存在的粉化和导热性能差的问题，可通过添加铝纤维等办法得到有效解决。目前国内已有12Nm3/h和24Nm3/h产品。