鈀擴(kuò)散氫氣發(fā)生器提純方法原理及優(yōu)缺點(diǎn)介紹（二）

鈀擴(kuò)散膜通過(guò)壓力驅(qū)動(dòng) H+ 離子穿過(guò)鈀薄膜。鈀/銀合金薄膜可在溫度超過(guò) 300 可在溫時(shí)選擇性擴(kuò)散使氫離子穿過(guò)薄膜，同時(shí)使 H2O、CO2 或 CO 等雜質(zhì)無(wú)法穿過(guò)并留在薄膜內(nèi)側(cè)。稍后可將這些雜質(zhì)排至空氣中。鈀擴(kuò)散器款式多樣，包括管陣列、螺旋管或薄膜箔。氫離子穿過(guò)薄膜后，會(huì)形成可加壓的雙原子氫分子并傳輸至分析儀器（參見(jiàn)圖 3.）。

圖 3. 使用鈀擴(kuò)散薄膜進(jìn)行氫氣提純的氫氣發(fā)生器原理圖

但是，盡管能夠提供高純度氫氣，鈀電解槽壽命相對(duì)較短（3 至 5 年），供水或斷電期間薄膜中存在溶解氫氣所導(dǎo)致脆化會(huì)形成流量或雜質(zhì)變化，由此產(chǎn)生的機(jī)械壓力會(huì)易使鈀電池發(fā)生故障。

PEM/PSA

要提純并干燥氫氣，變壓吸附利用改變穿過(guò)兩個(gè)充滿沸石吸附材料并聯(lián)柱的氫氣流量的原理工作，其中沸石吸附材料作為分子篩（參見(jiàn)圖 4.），允許較小的氫分子通過(guò)，同時(shí)保留較大的水分子。氫氣在通過(guò) A 柱時(shí)提純，少量干燥氣體向后排出通過(guò) B 柱借助吸附材料凈化保留的水分。A 柱達(dá)到*佳吸附時(shí)，過(guò)程反轉(zhuǎn)，此時(shí) B 柱接替 A 柱進(jìn)行氫氣提純，A 柱進(jìn)行再生。兩個(gè)柱在氫氣提純和再生之間相互轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)能夠連續(xù)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)提純的氫氣，其壓力波動(dòng)和脈動(dòng)效應(yīng)可以忽略。每個(gè)周期完成后，系統(tǒng)會(huì)*再生，因此無(wú)需更換材料。

圖 4. 使用變壓吸附進(jìn)行氫氣提純的氫氣發(fā)生器原理圖

可與 PEM 同時(shí)使用的 PSA 另一可選干燥系統(tǒng)為硅膠干燥系統(tǒng)（參見(jiàn)圖 5.）。該系統(tǒng)只將 PEM 產(chǎn)生的氫氣穿過(guò)硅膠柱去除水分。該系統(tǒng)價(jià)格低yu PSA 和鈀干燥系統(tǒng)，但所產(chǎn)生的高純度氫氣含有更多水分和氧氣。該系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低，只需定期按需更換消電離器盒和干燥柱即可。

圖 5. 使用硅膠柱進(jìn)行氫氣提純的氫氣發(fā)生器原理圖。

優(yōu)缺點(diǎn)

研究表明鈀提純系統(tǒng)能夠產(chǎn)生*干燥的氫氣1，但使用該系統(tǒng)亦存在諸多優(yōu)缺點(diǎn)。利用對(duì) H+ 的選擇透過(guò)性，低溫條件下薄膜中存在 H2 時(shí)發(fā)生斷電易使鈀脆化。鈀電解槽在高溫條件下工作，因此必須進(jìn)行復(fù)雜的啟動(dòng)和關(guān)機(jī)程序以避免脆化并*終對(duì)電解槽產(chǎn)生損害。鈀電解槽的更換成本較高，并且其壽命相對(duì)較短。

另一方面 PSA 在魯棒性和較低的維護(hù)需求方面比鈀系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。PSA 無(wú)需在高溫和高電解電流條件下工作，并且維護(hù)成本較低。盡管 PEM/PSA 能夠達(dá)到的純度略低于鈀系統(tǒng)（質(zhì)量 6.0 與 7.0），但 PSA 系統(tǒng)無(wú)需停機(jī)程序并且系統(tǒng)可在 2 至 3 小時(shí)內(nèi)達(dá)到較高的純度。

上述 4 種系統(tǒng)都可以產(chǎn)生高純度氫氣，消除工作環(huán)境中存放氫氣瓶的需要。發(fā)生器的成本通常會(huì)在所生產(chǎn)氣體質(zhì)量以及生產(chǎn)氣體所采用的技術(shù)上體現(xiàn)出來(lái)。您對(duì)發(fā)生器的選擇通常取決于氫氣的應(yīng)用以及該應(yīng)用對(duì)氣體純度的要求。