一种电预热与恒温的生产高纯度氢气的膜分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种采用电加热生产高纯度氢气的膜分离装置，该装置在两盲板法兰之间设有多个钯膜组件，盲板法兰与钯膜组件之间及钯膜组件与钯膜组件之间设有合成器流通框架，盲板法兰与合成气流通框架之间及合成气流通框架与盲板法兰之间安装石墨垫片；合成气流通框架为方形框架，中间为空腔；方形框架与盲板法兰或钯膜组件形成封闭的空间，在合成气流通框架设有含氢合成气导入和导出管；在合成气流通框架四周设有凸台，四壁设有凹槽，凹槽内设有电加热丝，电加热丝的外面设有绝缘保温材料。本发明专利技术将含氢合成气直接引入钯膜组件两侧，设计紧凑、体积小、拆卸方便，升温速率快、温控效果好、可进行连续性生产高纯度氢气、并且氢气的透过率大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种结构紧凑、易于扩展，用于从含氢的合成其中分离、生产高纯度氢气的膜分离器，特别涉及到采用电预热、恒温、易于加热、温控效果较好的膜分离器。该装置能从含氢混合气中生产高纯度的氢气。
技术介绍
目前世界上90％的氢气来自于碳氢化合物(天然气，煤，生物质等)的重整，气化或裂解等化学过程后经过纯化得到，合成气的提纯是其中一个关键的工艺过程。可用的提纯技术有：变压吸附，高分子膜分离，钯膜分离，低温分离等。与其他分离技术相比，钯膜分离可以生产只含ppb级别杂质的高纯度氢气，尤其适应燃料电池的要求；另外钯膜分离装置占地小，在小型化方面也较其他几种分离方法容易。氢气在钯膜中的传递服从所谓的“溶解-扩散”(Solution-diffusion)机理，它包含以下几个过程：氢气从边界层中扩散到钯膜表面；氢气在膜表面分解成氢原子；氢原子被钯膜溶解；氢原子在钯膜中从高压侧扩散到低压侧；氢原子在钯膜低压侧重新合成为氢分子；氢气扩散离开膜表面。根据上述理论，氢气在钯膜中的穿透率与膜的温度，厚度，合金成分，以及氢气在膜两侧的分压有关，并可用Sievert’s Law来表达：M=kALe-ΔERT(Phn-Pln)]]>式中：R：气体常数；T：温度；A：膜面积；L：膜厚度；E：活化能；Ph：氢气高压侧分压；Pl：氢气低压侧分压；n：压力指数；k：指数函数前系数；M：透过率。应用钯膜分离生产氢气需要在钯膜的工作温度下进行，对钯膜分离器进行升温的方法有好几种，如可以通过在钯膜组件上加工一些微尺度通道，通过这些微尺度通道可以采用电加热或者热流体加热，该方法升温速率比较快，且可以进行很好的温度控制，但是在钯膜组件上加工微尺度通道有一定的难度。另外为防止钯膜组件的温度散失可以在钯膜组件的外侧放置绝热材料，如陶瓷等。对膜分离器则可以通过其辅助组件进行加热，该加热方-->式加工相对简单，应用起来也比较方便。中国专利技术专利“一种利用微尺度通道传热的快速启动钯膜组件”(申请号：200710031743.5)公开了一种钯膜组件，该钯膜组件包括膜支撑框架、多孔金属支撑体及钯合金膜，两多孔支撑体及钯合金膜分别依次位于膜支撑框架的两侧，膜支撑框架内含被净化氢气气流通道和小尺度通道，所述小尺度通道为穿行于膜支撑框架内部的一个加热用的气体的流通通道，其截面为矩形，截面尺寸0.2-1.0毫米×0.2-1.0毫米，连接小尺度的通道入口和出口设在含膜支撑框架上；支撑体上氢气气流通道为矩形齿状，气体到出口设置在支撑框架上端。该组件利用热流体在小尺度通道内的流动传热可以快速使钯合金膜组件升温至所需要的工作温度(一般为450-600度)，进一步减少了升温时间，降低了钯合金膜组件的金属含量。中国专利技术专利“一种含有陶瓷隔热层及利用小尺度通道换热的钯膜组件”(申请号：200810029464.X)公开了另外一种钯膜组件。该组件在膜支撑框架两侧从内到外依次设有多孔金属支撑片及钯膜，膜支撑框架内含被净化氢气流通通道和小尺度通道，小尺度通道为穿行与膜支撑框架内部的一个加热用气体流通通道，其截面为矩形，连接小尺度通道的通道入口和出口设在含膜支撑框架上；膜支撑框架氢气气流通道位于膜支撑框架中心两个对称的矩形齿状组合，在两钯合金膜外侧分别设有陶瓷隔热层。该组件利用小尺度通道内的高温或低温流体的流通传热以及陶瓷层的隔热作用，可使膜的运行温度异于组件外介质的工作温度，从而保证即使膜在最佳运行温度(一般为450-600℃)下运行，又使组件外的制氢过程在其最佳温度下运行。中国专利技术专利(200710031743.5、200810029464.X)涉及的是在钯膜组件上添加微尺度加热通道，此方法升温速率快，节约材料，但在钯膜组件上加工微尺度通道在加工技术上还存在一定的困难。本专利针对这种情况，设计了一种简便的用电加热及恒温的膜分离器。
技术实现思路
本专利技术针对化工生产及实验室中制得的含氢合成气，以钯膜组件为主要部件，以电加热为主要加热方式，提供了一种结构紧凑、易于扩展、预热/恒温、效果较好的钯膜分离装置。本专利技术的主要实施方案如下：一种电预热与恒温的生产高纯度氢气的膜分离装置，包括钯膜组件，合成气流通框架、盲板法兰、石墨垫片、连接螺栓及螺母等辅助设备，其特征在于，该装置中的合成气流通-->框架四壁里面含有电加热丝。在两盲板法兰之间设有多个钯膜组件，盲板法兰与钯膜组件之间及钯膜组件与钯膜组件之间设有合成气流通框架，盲板法兰与合成气流通框架之间及合成气流通框架与钯膜组件之间安装石墨垫片。所述合成气流通框架为方形框架，中间为空腔；方形框架与盲板法兰或钯膜组件形成封闭的空间，在合成气流通框架设有含氢合成气导入和导出管，导入和导出管与钯膜组件的气体流通空间连通；在合成气流通框架四周设有凸台；合成气流通框架的四壁设有凹槽，凹槽内设有电加热丝，电加热丝的外面设有绝缘保温材料。所述盲板法兰为方形板；在盲板法兰和钯膜组件与合成气流通框架连接的一面四周分别设有凹槽，凹槽内设有石墨垫圈，合成气流通框架的凸台与盲板法兰和钯膜组件上的凹槽密封连接，在盲板法兰的四周上开圆孔，用于组装时螺栓固定。为了进一步实现本专利技术的目的，所述钯膜组件的膜支撑框架两侧分别有多孔烧结金属支撑体和钯合金膜，膜支撑框架内含有被净化氢气气流流通通道，该通道为两对称的矩形齿状组合，通道宽度为3-5毫米，通道之间的支撑框架为3-5毫米，气体导出口设置在支撑框架上下两端，与气流通道连通；所述的膜支撑框架的四周加工一用于与合成气流通框架密封的长方形凹槽，所述凹槽宽3-7毫米、深1-3毫米。所述合成气流通框架为不锈钢方形框架，中间为空腔，四壁为凹槽；方形框架与盲板法兰或钯膜组件形成封闭的空间，在合成气流通框架设有含氢合成气导入和导出管，在合成气流通框架四周加工有凸台，凸台宽度比盲板法兰和钯膜组件的凹槽的宽度窄0.3-0.7毫米，高度与盲板法兰和钯膜组件的凹槽深度相同，合成气流通框架的四壁加工成长方形凹槽(导入和导出管处除外)，凹槽的宽度为3-5毫米，深度为3-5毫米，凹槽内放置电加热丝，电加热丝的功率根据所生产氢气的量决定，电加热丝的外面放置绝缘保温材料。所述盲板法兰和钯膜组件与合成气流通框架连接的一面四周分别设有的凹槽为长方形凹槽，所述凹槽宽度为3-7毫米、深度为1-3毫米。所述合成气流通框架的凸台宽度比盲板法兰和钯膜组件的凹槽的宽度窄0.3-0.7毫米，高度与盲板法兰和钯膜组件的凹槽深度相同。所述石墨垫圈为由耐高温的石墨制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电预热与恒温的生产高纯度氢气的膜分离装置，其特征在于：在两盲板法兰之间设有多个钯膜组件，盲板法兰与钯膜组件之间及钯膜组件与钯膜组件之间设有合成气流通框架，盲板法兰与合成气流通框架之间及合成气流通框架与钯膜组件之间安装石墨垫片；　所 述合成气流通框架为方形框架，中间为空腔；方形框架与盲板法兰或钯膜组件形成封闭的空间，在合成气流通框架设有含氢合成气导入和导出管，导入和导出管与钯膜组件的合成气流通框架中的空腔连通；在合成气流通框架四周设有凸台，四壁设有凹槽，凹槽内设有电加热丝，电加热丝的外面设有绝缘保温材料；　所述盲板法兰为方形板；在盲板法兰和钯膜组件与合成气流通框架连接的一面四周分别设有凹槽，凹槽内设有石墨垫圈，合成气流通框架的凸台与盲板法兰和钯膜组件上的凹槽密封连接，在盲板法兰的四周上开圆孔，用于组 装时螺栓固定。

【技术特征摘要】
1、一种电预热与恒温的生产高纯度氢气的膜分离装置，其特征在于：在两盲板法兰之
间设有多个钯膜组件，盲板法兰与钯膜组件之间及钯膜组件与钯膜组件之间设有合成气流
通框架，盲板法兰与合成气流通框架之间及合成气流通框架与钯膜组件之间安装石墨垫片；
所述合成气流通框架为方形框架，中间为空腔；方形框架与盲板法兰或钯膜组件形成
封闭的空间，在合成气流通框架设有含氢合成气导入和导出管，导入和导出管与钯膜组件
的合成气流通框架中的空腔连通；在合成气流通框架四周设有凸台，四壁设有凹槽，凹槽
内设有电加热丝，电加热丝的外面设有绝缘保温材料；
所述盲板法兰为方形板；在盲板法兰和钯膜组件与合成气流通框架连接的一面四周分
别设有凹槽，凹槽内设有石墨垫圈，合成气流通框架的凸台与盲板法兰和钯膜组件上的凹
槽密封连接，在盲板法兰的四周上开圆孔，用于组装时螺栓固定。
2、根据权利要求1所述的电预热与恒温的生产高纯度氢气的膜分离装置，其特征在于：
所述钯膜组件的膜支撑框架两侧分别有多孔烧结金属支撑体和钯合金膜，膜支撑框架内含
有被净化氢气气流流通通道，该通道为两对称的矩形齿状组合，通道宽度为3-5毫米，...

【专利技术属性】
技术研发人员：解东来，于金凤，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]