TWI798835B

TWI798835B - 高分子膜結合鈀膜之氫純化系統以及氫純化方法

Info

Publication number: TWI798835B
Application number: TW110134545A
Authority: TW
Inventors: 柯亞瑟; 莊雅潔; 簡調源
Original assignee: 鐙鋒綠能科技股份有限公司
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2023-04-11
Also published as: TW202313451A

Abstract

一種高分子膜結合鈀膜之氫純化系統，包含：一高分子膜過濾裝置；一氣體壓縮裝置，其係與該高分子膜過濾裝置流體連接；以及一鈀膜過濾裝置，其係與該氣體壓縮裝置流體連接。一種高分子膜結合鈀膜之氫純化方法，包含：(a)透過一高分子膜將一氣體過濾，以初步去除該氣體中之氮氣；(b)壓縮經步驟(a)過濾的氣體；(c)透過一鈀膜過濾經步驟(b)壓縮的氣體，以進一步去除該氣體中之氮氣。本發明之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統以及氫純化方法係適用於純化氫氣。

Description

高分子膜結合鈀膜之氫純化系統以及氫純化方法

本發明係關於一種氫純化系統，尤指一種高分子膜結合鈀膜之氫純化系統。本發明係關於一種氫純化方法，尤指一種高分子膜結合鈀膜之氫純化方法。

氫氣純化技術在市面常見的技術為鈀膜純化(以下簡稱PdM)以及變壓吸附系統(以下簡成PSA)，此兩種方法皆為高純度氫氣再純化，從原本純度為99.9~99.995%的氫氣純化至99.9999%(含以上)，無法直接將低純度的氫氣純化至高純度，且純化過程須將氣體加壓至高壓，經濟效益以及回收效率皆低。

如上所述，氫氣純化技術的經濟效益以及回收效率皆低，因此，有必要提供一種氫純化系統及方法，以提升經濟效益以及回收效率。

有鑑於上述現有技術之不足，本發明結合高分子膜(以下簡稱PolyM)以及PdM技術，PolyM具有較簡易的運作系統，較低的能量需求，佔地面積較小以及可以連續運作等優點，再利用PdM進行高度純化，可以得到99.999%~99.9999%的氫氣。

為達成上述目的所採取的一主要技術手段係令前述之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統，包含：一高分子膜過濾裝置；一氣體壓縮裝置，其係與該高分子膜過濾裝置流體連接；以及一鈀膜過濾裝置，其係與該氣體壓縮裝置流體連接。

為達成上述目的所採取的又一主要技術手段係令前述之高分子膜結合鈀膜之氫純化方法，包含：(a)透過一高分子膜將一氣體過濾，以初步去除該氣體中之氮氣；(b)壓縮經步驟(a)過濾的氣體；(c)透過一鈀膜過濾經步驟(b)壓縮的氣體，以進一步去除該氣體中之氮氣。

相較於傳統的氫氣純化技術，本發明之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統以及氫純化方法中所使用的壓力相對較低，因此，所需消耗的能源較少，具有較佳的經濟效益以及回收效率。

10:高分子膜結合鈀膜之氫純化系統

11:高分子膜過濾裝置

12:氣體壓縮裝置

13:鈀膜過濾裝置

20:高分子膜結合鈀膜之氫純化系統

21:高分子膜過濾裝置

22:氣體壓縮裝置

23:鈀膜過濾裝置

24:第一槽體

25:第二槽體

26:第一壓力傳送器

27:第二壓力傳送器

S101:步驟

S102:步驟

S103:步驟

〔圖1〕係為實施例1之氫純化系統之示意圖。

〔圖2〕係為實施例2之氫純化系統之示意圖。

〔圖3〕係為實施例3之氫純化方法之流程圖。

〔圖4〕係為測試例之測試結果。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。本發明也可藉由其他不同的具體實施例加以實施或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

本文中所述之「流體連接」包含直接「流體連接」與間接「流體連接」，舉例來說，A裝置與B裝置「流體連接」可包含：A裝置與B裝置直接「流體連接」；以及A裝置與B裝置之間透過一C裝置間接「流體連接」等態樣。

實施例1

如圖1所示，實施例1之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統10，包含：一高分子膜過濾裝置11；一氣體壓縮裝置12，其係與該高分子膜過濾裝置11流體連接；以及一鈀膜過濾裝置13，其係與該氣體壓縮裝置12流體連接。

其中，該高分子膜過濾裝置11係適用於將一氣體過濾，以初步去除該氣體中之氮氣。

其中，該氣體壓縮裝置12係適用壓縮經該高分子膜過濾裝置11過濾的氣體。於一較佳實施方式中，該氣體壓縮裝置12係適用將經該高分子膜過濾裝置11過濾的氣體壓縮至4~7barG。

其中，該鈀膜過濾裝置13係適用於將經氣體壓縮裝置12壓縮的氣體過濾，以進一步去除該氣體中之氮氣。

實施例2

如圖2所示，實施例2之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統20，包含：一高分子膜過濾裝置21；一氣體壓縮裝置22，其係與該高分子膜過濾裝置21流體連接；以及一鈀膜過濾裝置23，其係與該氣體壓縮裝置22流體連接。

實施例2之高分子膜過濾裝置21、氣體壓縮裝置22以及鈀膜過濾裝置23係與實施例1相同，於此不再贅述。

相較於實施例1，實施例2之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統20，進一步包含：一第一槽體24，其係與該高分子膜過濾裝置21及該氣體壓縮裝置22流體連接；以及一第二槽體25，其係與該氣體壓縮裝置22及該鈀膜過濾裝置23流體連接。該第一槽體24及該第二槽體25之設置，使實施例2之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統20可以進一步調控氣體在各裝置之間的流動。

此外，相較於實施例1，實施例2之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統20，亦進一步包含：一第一壓力傳送器26，其係與該第一槽體24流體連接；以及一第二壓力傳送器27，其係與該第二槽體25流體連接。該第一壓力傳送器26及該第二壓力傳送器27之設置，亦使實施例2之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統20可以進一步調控氣體在各裝置之間的流動。於一較佳實施方式中，該第一壓力傳送器26及該第二壓力傳送器27中之壓力係低於10barG。

實施例3

如圖3所示，實施例3之高分子膜結合鈀膜之氫純化方法，包含：(a)透過一高分子膜將一氣體過濾，以初步去除該氣體中之氮氣S101；(b)壓縮經步驟(a)過濾的氣體S102；(c)透過一鈀膜過濾經步驟(b)壓縮的氣體，以進一步去除該氣體中之氮氣S103。

其中，步驟(a)可透過如實施例1及實施例2所述之高分子膜過濾裝置將一氣體過濾。

其中，步驟(b)可透過如實施例1及實施例2所述之氣體壓縮裝置將經步驟(a)過濾的氣體壓縮。

其中，步驟(c)可透過如實施例1及實施例2所述之鈀膜過濾裝置將經步驟(b)壓縮的氣體過濾。

於一較佳實施方式中，該步驟(b)係將氣體壓縮至4~7barG。

測試例1

本測試例係實際測量實施例1之高分子膜過濾裝置的回收率及所獲得之氫氣的純度，以了解本發明之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統以及氫純化方法的效能。

經測試，本發明之實施例1之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統可獲得純度達99.999%~99.9999%的氫氣，且回收率可達95%以上。

測試例2

本測試例係實際測量實施例2之高分子膜過濾裝置的回收率及所獲得之氫氣的純度，以了解本發明之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統以及氫純化方法的效能，其測試結果係如圖4所示。如圖4所示，本發明之實施例2之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統可獲得純度達99.999%~99.9999%的氫氣，且回收率可達95%以上。實施例2之高分子膜過濾裝置回收率及所獲得之氫氣的純度與實施例1相近，但相較於實施例1，實施例2進一步包含第一槽體、第一壓力傳送器、第二槽體以及第二壓力傳送器，當氣體壓縮裝置不穩定時，該第一槽體及第二槽體可具有減緩純度震盪幅度的功效。

綜合上述測試結果可證實，本發明之高分子膜結合鈀膜之氫純化系統以及氫純化方法可獲得純度達99.999%~99.9999%的氫氣，且回收率可達95%以上。

上述實施例僅例示性說明本發明，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所載。

10:高分子膜結合鈀膜之氫純化系統

11:高分子膜過濾裝置

12:氣體壓縮裝置

13:鈀膜過濾裝置

Claims

一種高分子膜結合鈀膜之氫純化系統，包含：一高分子膜過濾裝置，其用於去除氮氣；一氣體壓縮裝置，其係與該高分子膜過濾裝置流體連接，並用於將一氣體壓縮至4~7barG；以及一鈀膜過濾裝置，其係與該氣體壓縮裝置流體連接。
如請求項1所述之氫純化系統，進一步包含：一第一槽體，其係與該高分子膜過濾裝置及該氣體壓縮裝置流體連接；以及一第二槽體，其係與該氣體壓縮裝置及該鈀膜過濾裝置流體連接。
如請求項2所述之氫純化系統，進一步包含：一第一壓力傳送器，其係與該第一槽體流體連接；以及一第二壓力傳送器，其係與該第二槽體流體連接。
一種高分子膜結合鈀膜之氫純化方法，包含：(a)透過一高分子膜將一氣體過濾，以初步去除該氣體中之氮氣；(b)將經步驟(a)過濾的氣體壓縮至4~7barG；(c)透過一鈀膜過濾經步驟(b)壓縮的氣體，以進一步去除該氣體中之氮氣。