一种超高纯氢气发生器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的超高纯氢气发生器是一种集电解水制氢、钯膜纯化于一体的仪器，该仪器可实现在供氢场合长时间连续输出超高纯氢气，避免气体运输的繁琐和危险，降低生产成本。可以为光伏、半导体、色谱等行业提供超高纯氢气。
【背景技术】
[0002]本实用新型涉及一种集电解水制氢与钯膜纯化为一体的超高纯氢气发生器，可以将电解水制取的氢气经过钯膜纯化后得到产氢纯度多99.9999% (超高纯)的氢气。
[0003]超高纯氢气广泛应用于太阳能光伏、燃料电池、半导体及LED制造等行业。氢气的生产方法主要有甲醇蒸汽转化制氢、电解水制氢、烃类氧化重整制氢以及其它含氢物质分解制氢。其中电解水制氢效率高，工艺成熟，设备简单无污染，其生产出的氢气纯度较高，非常适合现场制氢及小型的需氢场合。
[0004]电解水制氢由储液罐、电解槽、气液分离器和干燥器组成。电解槽出来的粗氢，经过气液分离器去除部分冷凝水，冷凝水重新进入储液罐，氢气则经干燥处理后产出。电解水制氢根据电解液不同可分为碱液和纯水制氢两类。传统的碱液制氢器所用电解液为NaOH或KOH溶液，在直流电作用下，阴极和阳极分别产生比和O 2。而纯水制氢器在电解槽内装有SPE离子膜，通电后H2O在阳极分解=H2O = H++0H，OH随即在阳极放出电子生成O 2，从阳极室排出，H+在电场力的作用下，通过SPE离子膜，到达阴极得到电子形成H2。电解水制氢产出的氢气纯度一般能达到99.95%，而对于某些精密分析设备或者一些特殊的需氢场合要求的氢气纯度都达到99.9999%以上，电解水制取的氢气不能满足这种要求，因此氢气纯化就显得尤为必要。
[0005]近年来，随着超高纯氢的广泛应用，氢气的分离与纯化得到了更加深入的研究。氢气的分离方法有膜法、变压吸附(PSA)法以及深冷法等，膜法由于具有投资少、能耗低、效率高和操作方便等优点已成为研究的热点，该法尤其适用于小型产氢系统。其中钯及其合金膜因具有透氢性强、选择性高等优点而备受关注，氢气很容易透过钯膜，而其它的气体则不可透过。钯膜的透氢过程包含5个步骤:(I)氢分子在钯膜表面化学吸附并解离；(2)表面氢原子溶解于钯膜；(3)氢原子在钯膜中从一侧扩散到另一侧；(4)氢原子从钯膜析出，呈化学吸附态；(5)表面氢原子化合成氢分子并脱附[黄彦，李雪，范益群，徐南平.透氢钯复合膜的原理、制备及表征.化学进展，2006，18 (2-3):230-238.]。钯膜的氢气渗透通量受膜两侧的氢分压影响，氢气从高压侧向低压侧渗透，压力差越大，渗透通量越高。钯膜在300°C以下工作时，接触氢气容易发生氢脆[Paglieri SN,Foo KY, Way JD.1nnovat1ns inpalladium membrane research [J].Sep PurifMethods, 2002, 31 (I): 1-169.]，因此钯膜在升降温过程中，必须保证膜处于惰性气氛或者真空状态。
[0006]本实用新型提供了一种超高纯氢气发生器，将电解水制氢与钯膜纯化相结合，充分考虑了钯膜的使用条件，发明了一种安全可靠、占地小、集成度高和操作方便的超高纯氢气发生器。【实用新型内容】
[0007]本实用新型涉及的超高纯氢气发生器是一种集电解水制氢、钯膜纯化于一体的装置，该装置可以在供氢现场实现连续产出超高纯氢气，避免气体运输的繁琐和危险，降低生产成本。可以为光伏、半导体、色谱等行业提供超高纯氢气。
[0008]本实用新型采用如下技术方案:
[0009]超高纯氢气发生器是一种小型的集电解水制氢、纯化于一体的装置。该超高纯氢气发生器由电解槽、干燥器、控压仪表、换热器、钯膜组件、压力表、加热器、真空栗、二通球阀、三通球阀、单向阀以及微调阀组成。
[0010]制氢单元中电解槽连通储液罐，电解液从储液罐进入电解槽，在外部直流电流作用下，水电解产生氢气，氢气经气液分离器后进入干燥管，由干燥管输出的氢气进入纯化单元。具体流程为:电解液进入电解槽(I)，电解产生的杂质气一排出，电解槽(I)的产氢出口与气液分离器(2)相连；气液分离器(2)的氢气出口与干燥器(3)的进气相连，干燥器(3)出气口依次与压力传感器(4)、二通球阀(5)相连。
[0011 ] 纯化单元中钯膜组件连接三根管线，分别为氢气入口、纯氢出口以及尾气出口，尾气出口分别连接微调阀(10)和真空栗。在钯膜工作前后都要用真空栗对系统进行抽空，防止在低温时氢气与钯膜接触发生氢脆，或者高温时钯膜被氧化失活。在抽空状态下将电加热器升温至工作温度，干燥氢气经过小型换热器与出口气体换热后进入钯膜组件，经过钯膜纯化后至出口产出使用，尾气通过微调阀定量后排出，工作结束后抽空状态降温。具体流程为:制氢单元中二通球阀(5)的出氢口依次与换热器￠)、膜组件入气口相连，膜组件置于加热器腔体中；膜组件尾气与三通球阀(12)相连，三通球阀(12)尾气端与微调阀(10)相连，三通球阀(12)真空栗端通过三通分别与真空栗(11)与二通球阀(13)相连，微调阀
(10)和真空栗(11)出口接杂质气二出口 ；膜组件纯氢出口依次与换热器(6)、压力表(9)相连，二通球阀(13)出口和压力表(9)出口端与单向阀(14)相连，单向阀(14)出口端接超高纯氢出口。
[0012]有益效果
[0013]本实用新型涉及的超高纯氢气发生器将电解水制氢与钯膜纯化系统进行整合，可以直接获得纯度在99.9999%以上的超高纯氢，该装置可以在现场连续制备超高纯氢气，避免气体运输的繁琐和危险，降低生产成本。可以为光伏、半导体、色谱等行业提供超高纯氢气。
[0014]本实用新型涉及的超高纯氢气发生器装有抽真空装置，在钯膜工作前后对钯膜组件进行抽空，防止钯膜氢脆以及被氧化，保证钯膜的正常工作。
[0015]本实用新型涉及的超高纯氢气发生器具有结构简单、设计合理、集成度高等特点，充分考虑到钯膜的工作特性，维持钯膜性能。