CN112999821A - 安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备及分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备及分离方法,属于新能源领域。设备主体为一个体积不变的密闭容器,主体内的温度恒定在‑45℃~‑35℃,压强为4~5Pa;主体的中部两侧分别设有氢氧混合气体进口和氮气进口,主体的上部设有氢气出口,下部设有氧气出口,所述氢氧混合气体进口、氮气进口分别安装进气阀门,所述氢气出口、氧气出口分别安装出气阀门;主体的内部设有密封的活塞一、塞二,在气压的作用下沿主体的内壁上下移动。在氢气、氧气的混合气体中,加入一定比例的氮气,在一定大气压下,通过改变温度的方式,可以分离出氢气,这种方法不但安全,而且节能、无污染。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域,特别涉及多种混合气体分离领域,尤指一种安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备及分离方法。
背景技术
传统的氢气分离方法主要有:低温冷凝法、变压吸附法、金属氢化物法、催化脱氧法等几种方法。
低温冷疑法:基于氢与其它气体沸点差异大的原理,在操作温度下,使除氢以外所有高沸点组分冷凝为液体的分离方法·适合氢含量30-80%的原料气回收氢。产氢纯度90-98%。冷凝法的最大弊端是耗能,氢气的标准沸点为-256.75℃,氧气-118.57℃,达到这样的温度需要的能耗非常巨大并且安全度很低。
变压吸附(PSA):是以特定的吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础,利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加、低压下吸附量减少的特性,将原料气在一定压力下通过吸附床,相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附,低沸点的氢气不易被吸附而穿过吸附床,达到氢和杂质组分的分离,此方法由于吸附剂的使用,污染环境严重,不符合节能环保的要求。
金属氢化物法:利用贮氢合金对氢的选择性,生成金属氢化物,氢中的其它杂质浓缩于氢化物之外,随着废气排出。金属氢化物分离放出氢气。从而使氢气纯化,此方法也是污染高,不符合节能环保要求。
催化脱氧法:用钯或铂作催化剂,氧和氢反应生成水,用分子筛干燥脱水,特别适用于电解氢的脱氧纯化,可制得高纯氢,但由于钯或铂的使用,此方法也是高污染,高消耗的方案。
综上所述,传统的制氢方法存在诸多问题,急需改造出一种安全节能无污染的氢、氧混合气体分离方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备及分离方法,解决了现有氢气低温分离技术存在的上述问题。本发明采用增加氮气的方式,在高压低温情况下进行高纯度氢气提存,能够达到安全、节能、无污染的提纯目的。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备,主体1为一个体积不变的密闭容器,主体1内的温度恒定在-45℃~ -35℃,压强为4~5Pa;主体1的中部两侧分别设有氢氧混合气体进口2和氮气进口3,主体1的上部设有氢气出口4,下部设有氧气出口5,所述氢氧混合气体进口2、氮气进口3安装进气阀门,所述氢气出口4、氧气出口5分别安装出气阀门;主体1的内部设有密封的活塞一6、活塞二7,活塞一6、活塞二7在气压的作用下沿主体1的内壁上下移动。
所述的氢气出口4的出气阀门内安装氢气分子筛网。
所述的氧气出口5的出气阀门内安装氧气分子筛网。
本发明的另一目的在于提供一种安全节能无污染的氢、氧混合气体分离方法,包括如下步骤:
步骤一、准备氢、氧混合气体分离设备;
步骤二、通过氮气进口3向主体1加压注入1/5体积的氮气,并保持主体1内的压强、温度不变;
步骤三、通过氢氧混合气体进口2向主体1内加压注入氢气、氧气的混合气体,继续保持压强、温度不变,增加氢气、氧气的混合气体后,活塞一6向上移动至氢气出口4与主体1顶端之间的位置,活塞二7向下移动至氧气出口5与主体1底部之间的位置,氢气、氧气、氮气进行分层,最上层是分离后的氢气,最下层是分离后的氧气,中间层为氮气;分离后的氢气通过氢气出口4排出,浓度在95%以上;分离后的氧气通过氧气出口5排出。
本发明的有益效果在于:
1、安全,由于氮气的加入,本方法中氢气与氧气所产生的混合物,不会因为膨胀、体积突然变大、静电等不安全因素产生***,混合气体会产生氨气(NH3)。
2、低能耗,和传统低温分离方法比较,恒温-40℃所使用的能耗非常低。
3、无污染,不同于金属氢化物法,本发明生产过程中不会使用到重金属等反应物,也不会产生污染气体。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的氢、氧混合气体分离设备的结构示意图;
图2为本发明的氢、氧混合气体分离方法的流程图。
图中:1、主体;2、氢氧混合气体进口;3、氮气进口;4、氢气出口;5、氧气出口;6、活塞一;7、活塞二。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1及图2所示,本发明的安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备及分离方法,可以对氢气、氧气的混合气体进行提纯氢气,在中氢氧混合气体,加入一定比例的氮气,在一定大气压下,通过改变温度的方式,可以分离出氢气,这种方法不但安全,而且节能、无污染。
参见图1所示,本发明的安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备,主体1、氢氧混合气体进口2、氮气进口3、氢气出口4、氧气出口5、活塞一6、活塞二7,所述主体1为一个体积不变的密闭容器,主体1内的温度恒定在-45℃~ -35℃,压强为4~5帕标准大气压;主体1的中部两侧分别设有氢氧混合气体进口2和氮气进口3,主体1的上部设有氢气出口4,下部设有氧气出口5,所述氢氧混合气体进口2、氮气进口3安装进气阀门,所述氢气出口4、氧气出口5分别安装出气阀门;主体1的内部设有密封不透气的活塞一6、活塞二7,活塞一6、活塞二7在气压的作用下沿主体1的内壁上下移动。
所述的氢气出口4的出气阀门内安装氢气分子筛网,氢气分子筛只允许氢气通过。
所述的氧气出口5的出气阀门内安装氧气分子筛网,氧气分子筛可以允许氧气和氮气排出。
参见图2所示,本发明的安全节能无污染的氢、氧混合气体分离方法,包括如下步骤:
步骤一、准备氢、氧混合气体分离设备;
步骤二、通过氮气进口3向主体1内加压注入体积1/5比例的氮气,并保持主体1内的压强、温度不变;
步骤三、通过氢氧混合气体进口2向主体1内加压注入氢气、氧气的混合气体,继续保持压强、温度不变,增加氢气、氧气的混合气体后,活塞一6向上移动至氢气出口4与主体1顶端之间的位置,活塞二7向下移动至氧气出口5与主体1底部之间的位置,氢气、氧气、氮气进行分层,最上层是分离后的氢气,最下层是分离后的氧气,中间层为氮气;分离后的氢气通过氢气出口4排出,浓度在95%以上;分离后的氧气通过氧气出口5排出。
实施例:
准备密闭钢质圆柱形容器一个,高1.2米,柱面半径0.2米,中部两侧分别设有氢氧混合气体进口2和氮气进口3,上部设有氢气出口4,下部设有氧气出口5,所述氢氧混合气体进口2、氮气进口3安装进气阀门,所述氢气出口4、氧气出口5分别安装出气阀门;容器内部设有密封不透气的活塞一6、活塞二7,活塞一6、活塞二7在气压的作用下沿主体1的内壁上下移动。通过氮气进口3加入氮气,保持5Pa大气压,-40℃。完成后,向容器内注入氢气、氧气混合气体,保持大气压不变,但可以推动活塞一、活塞二上下移动,在这个温度和压强下,氢气、氧气、氮气进行分层,最上层是氢气,最下层是氧气,中间层为氮气,随着活塞的移动,氢气通过氢气出口排出,氧气通过氧气出口排出,氢气分子筛只允许氢气通过,氧气出口的氧气分子筛可以允许氧气和氮气排出,这样就完成了氢气的提取。
以上所述仅为本发明的优选实例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备,其特征在于:主体(1)为一个体积不变的密闭容器,主体(1)内的温度恒定在-45℃~ -35℃,压强为4~5Pa;主体(1)的中部两侧分别设有氢氧混合气体进口(2)和氮气进口(3),主体(1)的上部设有氢气出口(4),下部设有氧气出口(5),所述氢氧混合气体进口(2)、氮气进口(3)分别安装进气阀门,所述氢气出口(4)、氧气出口(5)分别安装出气阀门;主体(1)的内部设有密封的活塞一(6)、活塞二(7),活塞一(6)、活塞二(7)在气压的作用下沿主体(1)的内壁上下移动。
2.根据权利要求1所述的安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备,其特征在于:所述的氢气出口(4)的出气阀门内安装氢气分子筛网。
3.根据权利要求1所述的安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备,其特征在于:所述的氧气出口(5)的出气阀门内安装氧气分子筛网。
4.一种利用权利要求1-3任一项所述的安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备实现的安全节能无污染的氢、氧混合气体分离方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、准备氢、氧混合气体分离设备;
步骤二、通过氮气进口(3)向主体(1)内加压注入1/5体积的氮气,并保持主体(1)内的压强、温度不变;
步骤三、通过氢氧混合气体进口(2)向主体(1)内加压注入氢气、氧气的混合气体,继续保持压强、温度不变,增加氢气、氧气的混合气体后,活塞一(6)向上移动至氢气出口(4)与主体(1)顶端之间的位置,活塞二(7)向下移动至氧气出口(5)与主体(1)底部之间的位置,氢气、氧气、氮气进行分层,最上层是分离后的氢气,最下层是分离后的氧气,中间层为氮气;分离后的氢气通过氢气出口(4)排出,浓度在95%以上;分离后的氧气通过氧气出口(5)排出。
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