一种用于氢气提纯的膜管测试平台及其测试方法与流程

本发明属于膜管测试技术领域，涉及一种膜管测试系统，尤其涉及一种用于氢气提纯的膜管测试平台；同时，本发明还涉及一种上述膜管测试平台的测试方法。

背景技术：

氢气作为一种清洁、高效的能源，是未来能源发展的重要方向。目前工业制氢多半得到的是混合气体，要得到高纯氢气，还需要氢气的分离提纯。目前氢气的主要分离提纯方法有低温分离法、选择吸附法、金属氢化物净化法和膜分离法。在各种氢分离提纯工艺中，膜分离法因设备小巧、操作简单、能耗低、噪音低等而具有独特的优势。

在各种透氢膜材料中，钯膜因透氢性好、耐高温、产氢纯度高而最为突出。因此根据钯膜膜管氢气提纯的特点以及对氢气纯度的要求，研究氢气流量、膜管种类、膜管数量、膜管温度、膜管压力等参数对膜管氢气提纯效果的影响，同时可以长时间运行，考察膜管寿命，对于氢气提纯系统的开发和优化有着重要意义。

经对现有技术的公开文献检索发现，针对氢气提纯的研究和应用较多，但缺少一种系统研究膜管各项性能。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种制氢用膜管的测试方式，以便实现对制氢用膜管进行测试。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于氢气提纯的膜管测试平台，可测试膜管在不同测试条件下的运行情况，从而得到运行最佳的条件。

此外，本发明还提供上述用于氢气提纯的膜管测试平台的测试方法，可测试膜管在不同测试条件下的运行情况，从而得到运行最佳的条件。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于氢气提纯的膜管测试平台，所述膜管测试平台包括：富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统、监控系统；

所述富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统依次连接，监控系统分别连接富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统；

所述氢气过滤系统包括甲烷化转化器、氢气过滤器、微颗粒过滤器；

所述监控系统包括pc上位机、氢气泄露检测仪、传感组件，传感组件包括若干种类的传感器；所述上位机分别连接富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统、氢气泄露检测仪、传感组件；

所述富氢供应系统供应富氢气体，经过氢气流量计进入膜管提纯系统进行氢气的初步提纯，提纯后的纯氢经过甲烷化转化器、氢气过滤器、微颗粒过滤器进一步将氢气净化，经过净化后的纯氢气体连接气相色谱进行氢气纯度的测试；

整套测试平台所有传感器均连接pc上位机，pc上位机对测试平台各项参数进行监测，并能控制设定系统的工作，同时在整个测试平台安装有氢气泄露检测仪，若出现氢气泄露，会有声光报警。

所述富氢供应系统供应富氢气体是待提纯的富含氢气的混合气体，富氢供应系统包括电解水制氢装置、甲醇水重整制氢装置、甲烷重整制氢装置；

所述氢气流量计的作用是对富氢气体的流量进行实时检测和控制，氢气流量计通过usb接口与pc上位机相连，通过pc上位机控制软件调节氢气流量计内部阀门的开度；

当阀门全开时，实现富氢流量的测试；当控制阀门开度在一定范围内，实现对富氢气体流量的调节和控制；

所述膜管提纯系统用以将富氢气体中的杂质气体除去，对氢气进行提纯；提纯后的纯氢进入氢气过滤系统进一步净化，未通过的尾气通过管路排放到室外；

所述膜管提纯系统包括膜管，膜管包括纯钯膜膜管、钯合金膜管、钯复合膜管中的至少一种；膜管提纯系统包括电加热装置，通过电加热装置供热，膜管温度根据所使用的膜管种类而定，电加热装置连接pc上位机，通过pc上位机对膜管温度进行调节和检测，同时膜管进出口管路均安装有压力传感器，压力传感器连接pc上位机，通过pc上位机对膜管进出口管路的压力进行实时检测；

所述甲烷化转化器内部装填有甲烷化转化催化剂，将混合气体中的一氧化碳转化为甲烷，减小一氧化碳气体的含量，从而提高氢气的纯度；

所述氢气过滤器的作用是将提纯过后的纯氢气体进一步净化，过滤掉气体中的杂质，提高氢气的纯度；所述氢气过滤器通过不锈钢卡套连接管路；

所述微颗粒过滤器的作用是将肉眼无法观察的颗粒过滤以及甲烷化转化器中微小颗粒过滤掉；

所述氢气泄露检测仪用以实时检测氢气浓度，当有氢气泄露时会发出声光报警，此处的氢气泄露测试仪为手持可移动式或插电固定式。

所述气相色谱用以对纯氢气体的组成和含量进行检测，得到氢气的纯度，以便用于对膜管提纯效果进行评价；

所述pc上位机用以通过有线连接测试平台各种电子测量和控制器件，从而对测试平台各项参数进行数据记录，随时根据需要对各项参数进行调节。

一种用于氢气提纯的膜管测试平台，所述膜管测试平台包括：富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统、监控系统；

所述富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统依次连接，监控系统分别连接富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统；

所述氢气过滤系统包括甲烷化转化器、氢气过滤器；

所述监控系统包括上位机、传感组件，传感组件包括若干种类的传感器；所述上位机分别连接富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统、传感组件；

所述富氢供应系统供应富氢气体，经过氢气流量计进入膜管提纯系统进行氢气的初步提纯，提纯后的纯氢经过甲烷化转化器和氢气过滤器进一步将氢气净化，经过净化后的纯氢气体连接气相色谱进行氢气纯度的测试；

所述测试平台中所有的传感器均连接上位机，上位机对测试平台各项参数进行监测，并能控制设定系统的工作。

作为本发明的一种实施方式，所述监控系统还包括氢气泄露检测仪，用以实时检测氢气浓度，当有氢气泄露时会发出声光报警，此处的氢气泄露测试仪为手持可移动式或插电固定式。

作为本发明的一种实施方式，所述富氢供应系统供应富氢气体是待提纯的富含氢气的混合气体，富氢供应系统包括电解水制氢装置、甲醇水重整制氢装置、甲烷重整制氢装置；

所述氢气流量计的作用是对富氢气体的流量进行实时检测和控制，氢气流量计通过usb接口与pc上位机相连，通过pc上位机控制软件调节氢气流量计内部阀门的开度；

当阀门全开时，实现富氢流量的测试；当控制阀门开度在一定范围内，实现对富氢气体流量的调节和控制；

所述膜管提纯系统用以将富氢气体中的杂质气体除去，对氢气进行提纯；提纯后的纯氢进入氢气过滤系统进一步净化，未通过的尾气通过管路排放到室外。

作为本发明的一种实施方式，所述膜管提纯系统包括膜管，膜管包括纯钯膜膜管、钯合金膜管、钯复合膜管中的至少一种；膜管提纯系统包括电加热装置，通过电加热装置供热，膜管温度根据所使用的膜管种类而定，电加热装置连接上位机，通过上位机对膜管温度进行调节和检测，同时膜管进出口管路均安装有压力传感器，压力传感器连接上位机，通过上位机对膜管进出口管路的压力进行实时检测。

作为本发明的一种实施方式，所述甲烷化转化器内部装填有甲烷化转化催化剂，将混合气体中的一氧化碳转化为甲烷，减小一氧化碳气体的含量，从而提高氢气的纯度；

所述氢气过滤器的作用是将提纯过后的纯氢气体进一步净化，过滤掉气体中的杂质，提高氢气的纯度；所述氢气过滤器通过不锈钢卡套连接管路。

作为本发明的一种实施方式，所述气相色谱用以对纯氢气体的组成和含量进行检测，得到氢气的纯度，以便用于对膜管提纯效果进行评价；

所述上位机用以通过有线或无线连接测试平台各种电子测量和控制器件，从而对测试平台各项参数进行数据记录，随时根据需要对各项参数进行调节。

作为本发明的一种实施方式，所述氢气过滤系统还包括微颗粒过滤器；提纯后的纯氢经过甲烷化转化器、氢气过滤器、微颗粒过滤器进一步将氢气净化；

所述微颗粒过滤器的作用是将肉眼无法观察的颗粒过滤以及甲烷化转化器中微小颗粒过滤掉。

一种上述的用于氢气提纯的膜管测试平台的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：

通过上位机设置膜管加热套的温度；

待膜管温度达到要求后，富氢供应系统将富氢气体经过氢气流量计调节流量后进入膜管提纯系统进行提纯；

提纯后的氢气经过甲烷化转化器和氢气过滤器进行进一步的净化，净化后的氢气连接气相色谱进行纯度检测。

上述结构的测试平台工作时，首先通过pc上位机设置膜管加热套的温度，待膜管温度达到要求后，系统连接富氢气体；富氢气体经过氢气流量计调节流量后进入膜管进行提纯，提纯后的氢气经过甲烷化转化器和氢气过滤器进行进一步的净化，净化后的氢气连接气相色谱进行纯度的检测。

具体的，所述的富氢供应系统提供的富氢气体是待提纯的富含氢气的气体，可以是各种常见的制氢反应体系制备得到的富含氢气的气体，例如常见的电解水制氢体系、甲醇水重整制氢体系、甲烷重整制氢体系等，此处的富氢气体需要通过气相色谱检测其气体组成及含量，并与提纯后的氢气纯度进行对比，考察富氢成分对膜管提纯效果的影响。

所述的富氢供应系统的氢气流量计的作用是对供应的富氢气体的流量进行实时检测和控制，氢气流量计通过usb接口与pc上位机相连，通过上位机控制软件调节氢气流量计内部阀门的开度。当阀门全开时，实现富氢流量的测试；当控制阀门开度在一定范围内，可实现对富氢气体流量的调节和控制。此处通过调节流量计的阀度控制进入膜管提纯系统的氢气流量，可用于考察氢气流量对膜管提纯效果的影响。

所述的膜管提纯系统的膜管的作用是将富氢气体中的杂质气体除去，对氢气进行提纯。提纯后的纯氢进入氢气过滤系统进一步净化，膜管提纯系统的尾气通过管路排放到室外。此处的膜管可以是纯钯膜膜管、钯合金膜管、钯复合膜管等，膜管通过电加热装置供热，膜管温度根据所使用的膜管种类而定，电加热装置连接pc上位机，通过pc上位机对膜管温度进行调节和检测，同时膜管进出口管路均安装有压力传感器，压力传感器连接pc上位机，通过pc上位机对膜管进出口管路的压力进行实时检测。此处通过改变膜管的种类、膜管的数量、膜管的温度，考察这些因素对膜管提纯效果的影响。

所述的氢气过滤系统包括甲烷化转化器和氢气过滤器。其中所述的甲烷化转化器内部装填有甲烷化转化催化剂，将混合气体中的一氧化碳转化为甲烷，减小一氧化碳气体的含量，从而提高氢气的纯度。所述的氢气过滤器的作用是将提纯过后的纯氢气体进一步净化，过滤掉气体中的杂质，提高氢气的纯度。此处的氢气过滤器通过不锈钢卡套连接管路，需要定期清洗滤芯或更换滤芯，保持氢气过滤器的正常过滤作用。

所述的氢气泄露检测仪的作用是实时检测氢气浓度，当有氢气泄露时会发出声光报警，此处的氢气泄露测试仪可以是手持可移动式的，也可以是插电固定式的。

所述的气相色谱的作用是对纯氢气体的组成和含量进行检测，得到氢气的纯度，因此可用于对膜管提纯效果进行评价。

所述的pc上位机的作用是通过有线连接测试平台各种电子测量和控制器件，从而对测试平台各项参数进行数据记录，同时可以随时根据需要对各项参数进行调节。

本发明的有益效果在于：本发明提出的用于氢气提纯的膜管测试平台及其测试方法，可测试膜管在不同测试条件下的运行情况，从而得到运行最佳的条件。

附图说明

图1为本发明用于氢气提纯的膜管测试平台的组成示意图。

图2为本发明用于氢气提纯的膜管测试平台的另一组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1、图2，本发明揭示了一种用于氢气提纯的膜管测试平台，所述膜管测试平台包括：富氢供应系统1、膜管提纯系统2、氢气过滤系统3、氢气检测系统4、监控系统5。

所述富氢供应系统1、膜管提纯系统2、氢气过滤系统3、氢气检测系统4依次连接，监控系统5分别连接富氢供应系统1、膜管提纯系统2、氢气过滤系统3、氢气检测系统4。

所述富氢供应系统1提供的富氢气体是待提纯的富含氢气的气体，可以是各种常见的制氢反应体系制备得到的富含氢气的气体，例如常见的电解水制氢体系、甲醇水重整制氢体系、甲烷重整制氢体系等，此处的富氢气体需要通过气相色谱检测其气体组成及含量，并与提纯后的氢气纯度进行对比，考察富氢成分对膜管提纯效果的影响。

所述富氢供应系统1连接氢气流量计531，作用是对供应的富氢气体的流量进行实时检测和控制，氢气流量计通过usb接口与pc上位机51相连，通过pc上位机51的控制软件调节氢气流量计531内部阀门的开度。当阀门全开时，实现富氢流量的测试；当控制阀门开度在一定范围内，可实现对富氢气体流量的调节和控制。此处通过调节流量计的阀度控制进入膜管提纯系统3的氢气流量，可用于考察氢气流量对膜管提纯效果的影响。

所述膜管提纯系统2包括膜管。膜管的作用是将富氢气体中的杂质气体除去，对氢气进行提纯。提纯后的纯氢进入氢气过滤系统进一步净化，膜管提纯系统2的尾气通过管路排放到室外。此处的膜管可以是纯钯膜膜管、钯合金膜管、钯复合膜管等，膜管通过电加热装置供热，膜管温度根据所使用的膜管种类而定，电加热装置连接pc上位机，通过pc上位机对膜管温度进行调节和检测，同时膜管进出口管路均安装有压力传感器，压力传感器连接pc上位机，通过pc上位机51对膜管进出口管路的压力进行实时检测。此处通过改变膜管的种类、膜管的数量、膜管的温度，考察这些因素对膜管提纯效果的影响。

所述氢气过滤系统3包括甲烷化转化器31、氢气过滤器32、微颗粒过滤器(当然也可以只包括甲烷化转化器31、氢气过滤器32)。其中所述的甲烷化转化器31内部装填有甲烷化转化催化剂，将混合气体中的一氧化碳转化为甲烷，减小一氧化碳气体的含量，从而提高氢气的纯度。所述的氢气过滤器32的作用是将提纯过后的纯氢气体进一步净化，过滤掉气体中的杂质，提高氢气的纯度。此处的氢气过滤器通过不锈钢卡套连接管路，需要定期清洗滤芯或更换滤芯，保持氢气过滤器的正常过滤作用。所述微颗粒过滤器的作用是将肉眼无法观察的颗粒过滤以及甲烷化转化器中微小颗粒过滤掉。

所述氢气检测系统4可包括气相色谱仪41；所述气相色谱仪41的作用是对纯氢气体的组成和含量进行检测，得到氢气的纯度，因此可用于对膜管提纯效果进行评价。

所述监控系统5包括pc上位机51(当然也可以是其他形式的上位机，如一个移动终端)、氢气泄露检测仪52、传感组件53，传感组件包括若干种类的传感器；所述pc上位机51分别连接富氢供应系统1、膜管提纯系统2、氢气过滤系统3、氢气检测系统4、氢气泄露检测仪52、传感组件53。

如可以在传感组件53包括氢气流量计531、若干压力传感器532、534、温度传感器533；氢气流量计531、压力传感器532设置于富氢供应系统1的输出管路，温度传感器533设置于膜管处，压力传感器532设置于膜管的氢气输出管路。

所述pc上位机51的作用是通过有线连接测试平台各种电子测量和控制器件，从而对测试平台各项参数进行数据记录，同时可以随时根据需要对各项参数进行调节。

所述氢气泄露检测仪52的作用是实时检测氢气浓度，当有氢气泄露时会发出声光报警，此处的氢气泄露测试仪可以是手持可移动式的，也可以是插电固定式的。

上述结构的测试平台工作时，首先通过pc上位机51设置膜管加热套的温度，待膜管温度达到要求后，系统连接富氢气体。富氢气体经过氢气流量计调节流量后进入膜管进行提纯，提纯后的氢气经过甲烷化转化器和氢气过滤器进行进一步的净化，净化后的氢气连接气相色谱进行纯度的检测。

实施例二

本发明揭示一种用于氢气提纯的膜管测试平台，所述膜管测试平台包括：富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统、监控系统。

所述富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统依次连接，监控系统分别连接富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统。

所述氢气过滤系统包括甲烷化转化器、氢气过滤器。

所述监控系统包括上位机、传感组件，传感组件包括若干种类的传感器；所述上位机分别连接富氢供应系统、膜管提纯系统、氢气过滤系统、氢气检测系统、传感组件。

所述富氢供应系统供应富氢气体，经过氢气流量计进入膜管提纯系统进行氢气的初步提纯，提纯后的纯氢经过甲烷化转化器和氢气过滤器进一步将氢气净化，经过净化后的纯氢气体连接气相色谱进行氢气纯度的测试。

所述测试平台中所有的传感器均连接上位机，上位机对测试平台各项参数进行监测，并能控制设定系统的工作。

本发明还揭示一种上述的用于氢气提纯的膜管测试平台的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：

通过上位机设置膜管加热套的温度；

待膜管温度达到要求后，富氢供应系统将富氢气体经过氢气流量计调节流量后进入膜管提纯系统进行提纯；

提纯后的氢气经过甲烷化转化器和氢气过滤器进行进一步的净化，净化后的氢气连接气相色谱进行纯度检测。

综上所述，本发明提出的用于氢气提纯的膜管测试平台及其测试方法，可测试膜管在不同测试条件下的运行情况，从而得到运行最佳的条件。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。