CN1048833A - 一种制造高压超纯氢的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种制造高压超纯氢的方法及装置，采用2个催 化脱氧干燥净化器2(2′)和2个金属氢化物终端净 化压缩器3(3′)，将工业普氢制成纯度为99.9999％ 以上、压力为13～15MPa的高压超纯氢，其中氢化 物解吸增压时，金属氢化物净化器3/3′用97～ 100℃水加热。本技术具有设备简单、投资省、成本 低、耗能少、操作方便等优点。

Description

本发明涉及一种氢气净化及压缩气体装入压力容器的方法和设备。
氢是一种重要的工业原料，其纯度，可分纯度为99%的普氢、纯度为99.99%的纯氢、纯度为99.999%的高纯氢和纯度为99.9999%的超纯氢。市售的各种高压氢均经过机械式压缩机或膜压机压缩，这种压缩方式存在能耗高、安全性差、以及产生噪声、泄漏、油污染等缺陷，且不适合用于压缩纯度为99.9999%的超纯氢。
金属氢化物净化器利用其中的贮氢合金吸氢转化为金属氢化物，贮氢合金-氢系分解压随温度升高而增加，利用这种特性，对金属氢化物加热解吸增压压缩便可制取纯度高的高压氢。
关于超纯氢的制备，日本专利JP55-149104提供一种采用四种不同的贮氢合金制成四个金属氢化物净化压缩器串级使用，经过四级净化与压缩，制成纯度为99.9999%、压力为5.9MPa的中压超纯氢。该技术的缺陷是设备复杂，制取的超纯氢压力不高，达不到市售钢瓶氢压力要求。
本发明的目的在于提供一种用工业普氢制成纯度为99.9999%、压力为13～15MPa的制造高压超纯氢的方法及装置。
图1为一种制造高压超纯氢的装置布置图。
图2为对金属氢化物终端净化压缩器加热增压时，金属氢化物分解压-温度关系图。
如图1所示，本发明的装置包括瓶装普氢1，催化脱氧干燥净化器2、2′，金属氢化物终端净化压缩器3、3′，产品氢钢瓶4，阀门K1～K6、K1′～K6′以及连接管道。其中催化脱氧干燥净化器2、2′并列布置，金属氢化物终端净化压缩器3、3′并列布置，后者在净化压缩过程中交替进行吸氢和氢的解吸增压压缩。
催化脱氧干燥净化器2、2′内装有脱氧催化剂和吸附干燥剂，前者如钯分子筛、钯氧化铝、钯碳纤维等，后者如分子筛、硅胶、活性碳等。
金属氢化物终端净化压缩器内装有贮氢合金和对贮氢合金进行通水冷却或加热用的热交换器。
本装置的特征在于：设有2个并列布置的催化脱氧干燥净化器2、2′和2个并列布置的金属氢化物终端净化压缩器3、3′，其中催化脱氧干燥净化器2、2′内装有钯分子筛和分子筛，金属氢化物终端净化压缩器3（3′）内的贮氢合金材料采用Mm0.95-xCaxCu0.05Ni5-yAly，其中x＝0.05～0.25，y＝0.05～0.15。或采用Mm0.95Cu0.05Ni5-xAlxZry，式中x＝0.05～0.15，y＝0.05～0.20，其中混合稀土金属Mm牌号为RECe-45。
一种制造高压超纯氢的方法，包括以纯度为99%、压力2.0～3.0MPa的瓶装普氢为原料，经过金属氢化物净化压缩器吸氢净化和加热解吸增压压缩，获得纯度为99.9999%的超纯氢，在吸氢净化阶段，贮氢合金吸氢放热，由热交换器通冷水冷却，解吸时加热增压压缩，灌瓶前先以纯化后的氢驱除该金属氢化物净化压缩器中的杂质气体。
本发明的特征在于：普氢经过一个催化脱氧干燥净化器2/2′一次预净化，一个金属氢化物终端净化压缩器3/3′一次终端吸氢净化和一次加热解吸增压压缩，制取纯度为99.9999%、压力为13～15MPa的高压超纯氢，其中金属氢化物终端净化压缩器3、3′中的贮氢合金在首次吸氢净化前需用99.99%纯氢进行活化处理，贮氢合金皆转化为金属氢化物时，打开阀门K5/K5′以预净化后的氢驱除游离在金属氢化物终端净化压缩器3/3′中的杂质气体，接着关闭阀门K4/K4′，以金属氢化物终端净化压缩器3/3′中的部份超纯氢驱除残余杂质气体至金属氢化物终端净化压缩器3/3′出口处氢纯度达99.9999%止;在贮氢合金解吸增压压缩阶段，采用热水对金属氢化物终端净化压缩器3/3′加热97～100℃。
催化脱氧干燥净化器2和2′交替进行净化和再生，金属氢化物终端净化压缩器3/3′交替进行吸氢净化和加热解吸增压压缩。
为提高高压超纯氢的生产效率，可采用大容量的金属氢化物终端净化压缩器3、3′各一个，或者多个并联的金属氢化物终端净化压缩器3、3′。
图2为金属氢化物分解压与加热温度关系图。图中：
A-采用现有的MmNi5氢化物。
B-采用Mm0.95Cu0.05Ni4.95Al0.05Zr0.10氢化物。
C-采用Mm0.75Ca0.2Cu0.05Ni4.95Al0.05氢化物。
同现有技术比较，本发明具有以下优点：
1、只需经过一次催化脱氧干燥净化器预净化和一次金属氢化物终端净化压缩器净化压缩，便可获得纯度为99.9999%、压力为13～15MPa的高压超纯氢产品;现有技术经过金属氢化物净化器多级净化和压缩，才能达到纯度99.9999%，压力≤9.81MPa（100kgf/cm2）。
2、用于驱除金属氢化物终端净化压缩器中的杂质气体，超纯氢的消耗量为5%;而日本专利JP55-149104，其超纯氢消耗量为15%。
实施例1：
催化脱氧干燥净化器采用不锈钢容器，内装5kg钯分子筛和35kg5A分子筛;金属氢化物终端净化压缩器是一个用19根直径Φ38mm、长1200mm不锈钢管焊接成列管式热交换器，内装Mm0.75Ca0.20Cu0.05Ni4.95Al0.05贮氢合金70kg;生产装置的布置方式如图1所示。
金属氢化物终端净化压缩器经耐压和密封试验合格后，导入99.99%纯氢进行活化处理。
以普氢为原料，按本说明的方法进行操作，每小时可制取纯度为99.9999%、压力为15MPa高压超纯氢10Nm3。
实施例2：
贮氢合金采用Mm0.95Cu0.05Ni4.95Al0.05Zr0.10，其余条件与实施例1相同，每小时制取纯度为99.9999%、压力为13MPa高压超纯氢10Nm3。

Claims (5)

1、一种制造高压超纯氢的装置，包括纯度为99%、压力为2.0～3.0MPa的瓶装普氢，由热交换器和贮氢合金构成的金属氢化物净化压缩器，阀门、连接管道以及产品氢钢瓶，其特征在于：设有2个并列布置的催化脱氧干燥净化器2、2′和2个并列布置的金属氢化物终端净化压缩器3、3′。
2、根据权利要求1的装置，其特征在于：金属氢化物终端净化压缩器3、3′中的贮氢合金材料采用Mm0.95-xCaxCu0.05Ni5-yAly，其中x＝0.05～0.25，y＝0.05～0.15。
3、根据权利要求1的装置，其特征在于：金属氢化物终端净化压缩器3、3′中的贮氢合金材料采用Mm0.95Cu0.05Ni5-xAlxZry，式中x＝0.05～0.15，y＝0.05～0.20。
4、一种制造高压超纯氢的方法，包括以纯度为99%、压力为2.0～3.0MPa的瓶装普氢为原料，经过金属氢化物净化压缩器吸氢净化和加热解吸增压压缩，获得纯度为99.9999%的超纯氢，其特征在于：普氢经过一个催化脱氧干燥净化器2/2′一次预净化，一个金属氢化物终端净化压缩器3/3′一次终端吸氢净化和一次加热解吸增压压缩，制取纯度为99.9999%、压力为13～15MPa的高压超纯氢，其中当金属氢化物终端净化压缩器3/3′中贮氢合金皆转化为金属氢化物时，打开阀门K5/K5′以预净化后的氢驱除游离在金属氢化物终端净化压缩器3/3′的杂质气体，接着关闭阀门K4/K4′，以金属氢化物终端净化压缩器3/3′中部份超纯氢驱除残余杂质气体至金属氢化物终端净化压缩器3/3′出口处氢纯度达99.9999%止;在贮氢合金解吸增压压缩阶段，采用热水对金属氢化物终端净化压缩器3/3′加热97～100℃。
5、根据权利要求4的方法，金属氢化物终端净化压缩器3和3′交替进行吸氢净化和加热解吸增压压缩。
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