一種氫氣分離裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氫分離膜裝置，所述的一種氫氣分離裝置能使氫氣從含有氫氣的混合氣體中分離出來(lái)，并且涉及一種氫氣分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近些年來(lái)的全球變暖等環(huán)境問(wèn)題備受關(guān)注，對(duì)環(huán)境負(fù)擔(dān)小的研究和開(kāi)發(fā)形式也越來(lái)越被重視。這些如氫氣以及氫燃料電池等等能源開(kāi)始被使用。下文中專利文獻(xiàn)I描述了將氫氣從含氫氣的氣體體中分離的技術(shù)，更具體地說(shuō)，是一種具有管狀鈀合金膜的氫氣提純裝置。
[0003]氫氣通過(guò)如甲烷在水蒸汽中反應(yīng)(見(jiàn)公式(I))生成，并且當(dāng)加入一氧化碳時(shí)會(huì)加快氫氣的生成(見(jiàn)公式(2))。
[0004](I) CH4+ H20 — C0+3H2(2) CO + H20 — C02+H2
通過(guò)向焚燒爐中供應(yīng)城市氣體煤油，通常會(huì)在含有氫氣和其他氣體的焚燒爐中產(chǎn)生混合氣體。這些混合氣體包括二氧化碳、甲烷和水蒸氣。雖然根據(jù)原料組成和反應(yīng)條件的類型不同，但混合氣體中氫氣大約會(huì)占總體積70%，二氧化碳在其中的濃度約占總體積的30%。
[0005]根據(jù)本發(fā)明者的研究，當(dāng)如用傳統(tǒng)的氫氣分離膜組件分離上述含有大量氫氣的混合氣體時(shí)，即使氫氣純度很高，沿用單一的措施也不能讓效率增加。問(wèn)題即在于如何解決低分離效率，這可能是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的分離膜裝置只要求通過(guò)進(jìn)一步提高氫氣濃度超過(guò)99%的待處理氣體純度的主要部件。
[0006]本發(fā)明提供一種氫氣分離裝置，能夠高效率地從待處理的混合氣體中分離出氫氣，所述的氫氣分離裝置包括:管狀氫氣分離膜、氫氣分離膜的內(nèi)表面、氫氣分離膜的外表面、封板、外殼、氫氣排出口、嵌入件、嵌入件內(nèi)管的外表面、內(nèi)管、氣體輸送管、氣體流動(dòng)路徑、氫分離膜組件、供氣口、氣體排出口，所述的管狀氫氣分離膜可選擇性透過(guò)氫氣，所述的氫氣分離膜含有通孔；所述的氫氣排出口在外殼內(nèi)。所述的供氣口可輸送未處理氣體到氫氣分離膜內(nèi)部；所述的氣體排出口可輸送不能透過(guò)氫氣分離膜的氣體；所述的氫氣排出口能排出滲透過(guò)氫氣分離膜的氫氣，所述的氫氣分離膜上的通孔使得氫分子在接觸氫氣分離膜后能夠滲透到氫氣分離膜的另一邊；所述的嵌入件有一個(gè)氣體輸送管，并且供氣口和排出口被氣體輸送管分流；所述的管狀氫氣分離膜末端的開(kāi)口緊挨著封板，并且嵌入件的外表面延伸至封板的附近。
[0007]在本發(fā)明中，所述的管狀分離膜的末端的出口設(shè)有一個(gè)封板，并且所述的嵌入件的外表面相外伸出封板。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，所述的氣體流動(dòng)路徑使得待處理的混合氣體沿著管狀分離膜的內(nèi)表面流至出口，以此增大待分離的混合氣體與所述管狀分離膜的面積，從而提高氫氣的分離效率。
[0008]本發(fā)明還提供一種使用上述氫氣分離裝置的氫氣分離方法，包括提供一種管狀氫氣分離膜，所述的管狀氫氣分離膜使氣體在管狀分離膜的內(nèi)表面和嵌入件的外表面構(gòu)成的氣體流動(dòng)路徑中流動(dòng)，且氫氣可以從待處理的含氫的混合氣體中通過(guò)管狀氫氣分離膜濾出。
[0009]根據(jù)所述的氫氣分離方法以及氫氣分離裝置，待處理的混合氣體通過(guò)所述的氣流路徑使待處理的混合氣體沿氫氣分離膜的內(nèi)表面流動(dòng)，以便確保含氫分子的混合氣體充分接觸氫氣分離膜，進(jìn)一步地，將待處理的混合氣體調(diào)整到層流的狀態(tài)以增大過(guò)濾效率，從而得到高純度的氫氣。
[0010]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中不足，提供了一種氫氣分離設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明的一種氫氣分離裝置，使用者可以從待處理氣體中分離出高純氫氣并且具有含較好的制氫效率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種氫氣分離裝置，所述的一種氫氣分離裝置包括:所述的氫氣分離裝置包括管狀氫氣分離膜、氫氣分離膜的內(nèi)表面、氫氣分離膜的外表面、封板、夕卜殼、氫氣排出口、嵌入件、嵌入件內(nèi)管的外表面、內(nèi)管、氣體輸送管、氣體流動(dòng)路徑、氫分離膜組件、供氣□、氣體排出口。所述的管狀氫氣分離膜可選擇性透過(guò)氫氣，所述的氫氣分離膜含有通孔；所述的氫氣排出口在外殼內(nèi)。所述的供氣口可輸送未處理氣體到膜內(nèi)部；所述的氣體排出口可輸送不能透過(guò)氫氣分離膜的氣體；所述的氫氣排出口能排出滲透過(guò)氫氣分離膜的氫氣，所述的氫氣分離膜上的通孔使得氫分子在接觸氫氣分離膜后能夠滲透到氫氣分離膜的另一邊。
[0012]優(yōu)選是，所述的嵌入件有一個(gè)輸送管，并且氣體供應(yīng)口和排出口被氣體輸送管分流。
[0013]優(yōu)選是，所述的管狀氫氣分離膜末端的開(kāi)口緊挨著封閉板，并且嵌入件的外表面延伸至封閉板的附近。
[0014]—種氫氣分離方法，所述的氫氣分離裝置包括使未處理的混合氣體沿管狀氫氣分離膜與嵌入件外表面構(gòu)成的流動(dòng)路徑，并且，含氫氣的未處理氣體中的氫氣可以透過(guò)氫氣分離膜。
[0015]優(yōu)選是，其中管狀分離膜的末端的開(kāi)口緊挨封閉板，并且嵌入件外表面延伸至封閉板的附近。
[0016]本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):根據(jù)本發(fā)明的一種氫氣分離裝置，使用者可以從待處理氣體中分離出高純氫氣并且具有含較好的制氫效率。
[0017]
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是基于現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)氫氣分離裝置的截面圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的截面圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的帶有多重氫氣分離膜的氫氣分離裝置。
[0021]圖4是圖3的一種氫氣分離裝置移除外殼后的俯視圖。
[0022]圖5是傳統(tǒng)的氫氣分離裝置的截面圖。
[0023]其中，1、氫氣分離膜；la、氫氣分離膜的內(nèi)表面；lb、氫氣分離膜的外表面；2、封板；5、套管；SA、氫氣排出口 ；8，18、嵌入件；8F，18F、內(nèi)管的外表面；8a，18、內(nèi)管；8b，18b、氣體輸送管；9，19、氣體流動(dòng)路徑；10，20，30、氫分離膜組件;10A，20A、供氣口 ; 10b，20b、氣體排放口 ； 28、嵌入件。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面以附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0025]氫氣分離裝置實(shí)施方案I
圖1所示的是一種氫分離膜組件(簡(jiǎn)單地稱為“組件”)10，組件10提供了一種可選擇透過(guò)氫氣的圓柱形氫氣分離膜1，一個(gè)設(shè)置在氫氣分離膜I上的外殼5，和一個(gè)安裝在氫氣分離膜I內(nèi)部的嵌入件8，其中，外殼5和嵌入件8的材料包括不銹鋼、鉻鎳鐵合金和哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金。
[0026]氫氣分離膜I具有選擇性透過(guò)氫氣分子的性能。這種氫氣分離膜的可選擇滲透性是由于氫氣分離膜的內(nèi)表面的氫氣分子在2000°C到
6000°C的溫度下分散成了氫原子，氫原子在移動(dòng)到氫氣分離膜外表面Ib時(shí)受到由于氫氣分離膜I內(nèi)外表面壓力不同而在氫氣分離膜外表面Ib產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，氫原子與其他氫原子在氫氣分離膜組件I的外表面Ib結(jié)合并在氫氣分離膜的表面生成氫氣。
[0027]氫氣分離膜I的材料包括鈀，銅鈀合金和銀鈀合金。在上述合金中添加其他元素可以抑制氫氣分離膜的透氫性能降低。其他元素包括:Mg，Ti，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu, Nb, Mo，Ag，Ai, Pt，Rh，Ru，I，S，Pr，Sm 和 Gd。
[0028]氫氣分離膜I可以是一個(gè)僅由上述材料構(gòu)成的致密膜，或者是一個(gè)致密的薄膜，該薄膜包括上述的提及的可滲透的材料。在前者情況下，氫氣分離膜I的厚度為便于加工最好是2 μ m或更厚，5 μ m至Ij 25 μ mD
[0029]外殼中氫氣分離膜I包括由上述的材料和通孔構(gòu)成的致密薄膜，在通孔的一邊篩選氣體種類，并通過(guò)所述的薄膜使待處理的混合氣體分離出氫氣。
[0030]氫氣分離膜I是圓柱形的，并且內(nèi)直徑為1mm或更厚，如25mm至40mm。氫氣分離膜的長(zhǎng)度為50mm或更長(zhǎng)，如80mm至100mm0
[0031]進(jìn)一步地，通過(guò)封板2使位于氫氣分離膜I的遠(yuǎn)端開(kāi)口封閉。另一方面，板3具有一個(gè)通孔3a并與氫氣分離膜I的近端開(kāi)口 Id相連。待處理的混合氣體通過(guò)這個(gè)通孔3a送至氫氣分離膜I內(nèi)部。封板和板3的材料包括不銹鋼，鉻鎳鐵合金和哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金。氫氣分離膜I與封板2和板3連接使其密閉，該連接方式可以為焊接或電子束焊接。
[0032]嵌入件8有一個(gè)內(nèi)管8a，所述的內(nèi)管8a的內(nèi)徑略小于氫氣分離膜I的外徑，所述的嵌入件9嵌入封板3通孔3a的氣體輸送管8b，和位于封板2的遠(yuǎn)端，和分別由封板8c和封版Sd由在遠(yuǎn)端和近端的內(nèi)管8a和氣體輸送管Sb封閉成一個(gè)環(huán)形。通過(guò)將有這樣上述結(jié)構(gòu)的嵌入件8安置在氫氣分離膜I的內(nèi)側(cè)，使待處理的混合氣體所在的氣體流動(dòng)路徑9處于內(nèi)管8a的外表面8F和氫氣分離膜I的內(nèi)表面la。
[0033]嵌入件8的內(nèi)管8a延展到封板2的附近。內(nèi)管8a (封閉板Sc的上表面)和封板2的間距為0.1mm到10_，最好是0.1mm至5_。
[0034]內(nèi)管8a的外表面8F和氫氣分離膜I的間距為0.1mm至30mm，最好為Imm至25mm，甚至可以為Imm至20mm。如果這個(gè)間距少于0.1mm，氫氣分離效率在待處理的混合氣體流速大時(shí)將會(huì)下降，而如果距離超出30mm，含有氫氣分子的待處理的混合氣體與氫氣分離膜I的接觸就將變少。
[0035]氣體供氣口遠(yuǎn)端設(shè)置有一個(gè)缺口 8e，已經(jīng)通過(guò)氣體流動(dòng)路徑9的未滲透氣體將通過(guò)缺口 8e轉(zhuǎn)換至氣體排出口 10b。在本實(shí)施例中，氣體輸送管8b的近末端承接著氣體供應(yīng)口 10a，并且在通孔3a和氣體輸送管Sb間的環(huán)形件承接著氣體排出管10b。如圖1所示，雖然嵌入件8在內(nèi)管8a和氣體輸送管Sb間是空