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CN112142006A - 一种氢气分离组件 - Google Patents

一种氢气分离组件 Download PDF

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杜淼
米菁
王吉宁
于庆河
郝雷
王树茂
蒋利军
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Abstract

本发明公开了一种氢气分离组件，所述分离组件包括：进气管、脱硫吸附腔、主体腔、钯管件、金属法兰和出气管；所述进气管焊接在脱硫吸附腔的底部使混合气体通过进气管进入脱硫吸附腔，脱硫吸附腔与主体腔连通，在主体腔内部设置钯管件，混合气体从脱硫吸附腔进入主体腔并与钯管件接触，所述钯管件的一端密闭，而另一端为通管，所述钯管件的通管端焊接在金属法兰的下方，金属法兰的上方焊接出气管。本发明可对原料气硫化物高达10000ppm的氢气进行分离，防止硫化物气体对钯管的毒化，提高氢气分离组件的使用寿命。

Description

一种氢气分离组件
技术领域
本发明涉及氢气分离纯化技术领域，特别是涉及氢气分离组件。
背景技术
氢作为原料、保护气、载带气广泛应用于合成氨、石油化工、冶金和电子等行业。氢气的分离纯化是氢制备、应用过程中的重要一环。氢气分离纯化方法主要有变压吸附法、催化吸附、金属氢化物吸附和膜分离法等。钯分离法属于膜分离法，其原理是利用金属钯对氢气具有唯一透过性，非氢气体无法透过，实现氢气的分离纯化。
纯钯金属存在氢脆、易受杂质气体毒化的问题，限制了钯在氢分离纯化中的应用。氢气中的硫化物杂质与钯生成硫化钯，对金属钯造成不可逆毒化，降低钯使用寿命。采用Ag、Cu、Au等对钯进行合金化，可以解决纯钯金属的氢脆问题，钯分离组件的氢分离效率也得到显著提升。此外，合金化还可以在一定程度上改善钯杂质气体毒化的问题。但是，对于高含量杂质气体，钯分离组件仍然存在易受毒化而造成寿命降低的问题，例如，Pd85Au15和Pd70Cu30合金在含20ppm硫化氢的氢气中，合金膜微观表面形貌粗糙化伴随晶粒生长，晶粒边界出现许多小凹坑，氢气通量明显下降。
因此希望有一种氢气分离组件能够解决现有技术中高含硫氢气的分离纯化问题，提高钯分离组件的使用寿命。
发明内容
本发明公开了一种氢气分离组件,所述分离组件包括：进气管、脱硫吸附腔、主体腔、钯管件、金属法兰和出气管；所述进气管焊接在脱硫吸附腔的底部使混合气体通过进气管进入脱硫吸附腔，脱硫吸附腔与主体腔连通，在主体腔内部设置钯管件，混合气体从脱硫吸附腔进入主体腔并与钯管件接触，所述钯管件的一端密闭，而另一端为通管，所述钯管件的通管端焊接在金属法兰的下方，金属法兰的上方焊接出气管。
优选地，所述脱硫吸附腔内部填充脱硫吸附剂。
优选地,所述脱硫吸附剂为氧化锌基脱硫剂，所述脱硫吸附剂用于脱除原料进气中的硫化物，防止硫化物气体对所述钯管件的毒化。
优选地,所述分离组件还包括多孔金属片，所述多孔金属片焊接在所述主体腔下方，并置于所述脱硫吸附腔的上方，使原料气均匀的进入所述主体腔，且避免所述脱硫吸附剂进入所述主体腔内部。
优选地,所述分离组件还包括部气金属片，所述部气金属片焊接固定在钯管件的上端，使通过所述主体腔内部的气体进行均匀部气，提高氢气回收率。
优选地，所述出气管包括尾气管和分离氢气管，其中分离氢气管与所述钯管件的通管端通过所述金属法兰连通，而尾气管通过所述金属法兰与所述主体腔连通。
优选地,所述金属法兰采用铜垫片刀口密封方式，组件氦漏率低于10-9Pa·m3/s。
优选地，所述钯管件为钯管、钯合金管、多孔材料负载钯管或多孔材料负载钯合金膜管中的一种。
优选地，所述钯合金管的材料包括Pd-Ag、Pd-Y、Pd-Au、Pd-Cu、Pd-Pt、Pd-Ru、Pd-Ag-Cu和Pd-Ni-Au中的一种或多种。
优选地，所述多孔材料负载钯管和多孔材料负载钯合金膜管中的多孔材料包括氧化铝、氧化锆、钛、不锈钢和高温镍基合金中的一种或多种。
本发明提出了一种氢气分离组件，本发明可对原料气硫化物高达10000ppm的氢气进行分离，防止硫化物气体对钯管的毒化，提高氢气分离组件的使用寿命。
附图说明
图1为氢气分离组件的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，氢气分离组件主体腔C1采用316不锈钢，腔体外径20mm，长度350mm。在主体腔C1底部设置脱硫吸附腔，并在脱硫吸附腔内填充脱硫吸附剂A1，填充高度10mm。
在一未图示实施例中，脱硫吸附剂为氧化锌基脱硫剂。
脱硫吸附腔底部焊接1/4英寸不锈钢管作为原料气进气管T1，原料进气通过原料气进气管T1进入脱硫吸附腔，原料进气与脱硫吸附剂A1充分混合，脱除原料进气中的硫化物。
多孔金属片P2焊接在主体腔C1的下方，且多孔金属片P2置于脱硫吸附腔上方，多孔金属片P2平均孔径20μm。多孔金属片P2可将脱硫吸附剂A1固定于脱硫吸附腔内，避免脱硫吸附剂A1被原料气吹扫进入主体腔C1，同时，多孔金属片P2还可以让原料进气均匀进入主体腔C1，有利于提高分离组件的氢气回收率。
氢气分离组件采用的钯管件为多孔不锈钢负载纯钯金属膜管S1，膜管规格如下：多孔不锈钢管外径12mm，钯金属膜有效长度50mm；钯膜管两端为外径12mm的致密不锈钢管，长度50mm。在未图示实施例中，钯管件为钯管、钯合金管或多孔材料负载钯合金膜管中的一种。钯合金管的材料包括Pd-Ag、Pd-Y、Pd-Au、Pd-Cu、Pd-Pt、Pd-Ru、Pd-Ag-Cu和Pd-Ni-Au中的一种或多种。多孔材料负载钯管和多孔材料负载钯合金膜管中的多孔材料包括氧化铝、氧化锆、钛、不锈钢和高温镍基合金中的一种或多种。
纯钯金属膜管一端致密不锈钢管为密闭结构，另一端致密不锈钢管为通管，并焊接部气金属件P1，部气金属件采用多孔金属片，平均孔径为50μm。纯钯金属膜管通管一端与CF16上法兰焊接。
上法兰焊接1/4英寸不锈钢管作为分离氢气管T3，与纯钯金属膜管连通。上法兰焊接1/4英寸不锈钢管作为尾气管T2，与主体腔C1连通。
带有纯钯金属膜管S1、分离氢气管T3、尾气管T2的上法兰与下法兰采用铜垫圈密封，完成氢气分离组件装配。氢气分离组件氦漏率不高于10-9Pa·m3/s。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种氢气分离组件，其特征在于，所述分离组件包括：进气管、脱硫吸附腔、主体腔、钯管件、金属法兰和出气管；所述进气管焊接在脱硫吸附腔的底部使混合气体通过进气管进入脱硫吸附腔，脱硫吸附腔与主体腔连通，在主体腔内部设置钯管件，混合气体从脱硫吸附腔进入主体腔并与钯管件接触，所述钯管件的一端密闭，而另一端为通管，所述钯管件的通管端焊接在金属法兰的下方，金属法兰的上方焊接出气管。
2.根据权利要求1所述的氢气分离组件，其特征在于：所述脱硫吸附腔内部填充脱硫吸附剂。
3.根据权利要求2所述的氢气分离组件，其特征在于：所述脱硫吸附剂为氧化锌基脱硫剂，所述脱硫吸附剂用于脱除原料进气中的硫化物，防止硫化物气体对所述钯管件的毒化。
4.根据权利要求2所述的氢气分离组件，其特征在于：所述分离组件还包括多孔金属片，所述多孔金属片焊接在所述主体腔下方，并置于所述脱硫吸附腔的上方，使原料气均匀的进入所述主体腔，且避免所述脱硫吸附剂进入所述主体腔内部。
5.根据权利要求1所述的氢气分离组件，其特征在于：所述分离组件还包括部气金属片，所述部气金属片焊接固定在钯管件的上端，使通过所述主体腔内部的气体进行均匀部气，提高氢气回收率。
6.根据权利要求1所述的氢气分离组件，其特征在于：所述出气管包括尾气管和分离氢气管，其中分离氢气管与所述钯管件的通管端通过所述金属法兰连通，而尾气管通过所述金属法兰与所述主体腔连通。
7.根据权利要求1所述的氢气分离组件，其特征在于：所述金属法兰采用铜垫片刀口密封方式，组件氦漏率低于10-9Pa·m3/s。
8.根据权利要求1所述的氢气分离组件，其特征在于：所述钯管件为钯管、钯合金管、多孔材料负载钯管或多孔材料负载钯合金膜管中的一种。
9.根据权利要求8所述的氢气分离组件，其特征在于：所述钯合金管的材料包括Pd-Ag、Pd-Y、Pd-Au、Pd-Cu、Pd-Pt、Pd-Ru、Pd-Ag-Cu和Pd-Ni-Au中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的氢气分离组件，其特征在于：所述多孔材料负载钯管和多孔材料负载钯合金膜管中的多孔材料包括氧化铝、氧化锆、钛、不锈钢和高温镍基合金中的一种或多种。
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