从混合气中分离氢的方法和设备技术

一种从在电气机械（１）中形成的混合气分离氢的方法，此混合气含氢、氧和残余物，此方法包括下列步骤： ａ）使混合气中的氧与氢化合生成水； ｂ）将水从混合气中分离出来；以及 ｃ）通过将氢化合在固体反应器（１１）内将氢从混合气中分离出来。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
从混合气中分离氢的方法和设备本专利技术涉及从混合气中分离氢的方法和设备，混合气含氢、氧和残余物并由一电气机械尤其是充氢的涡轮发电机产生。许多大型电气机械尤其是输出功率或消耗功率200MW以上的大型机械都充填氢和至少局部通过氢冷却。由于氢的易燃性，所以这些机械要求采取认真的密封措施，以防氢无控制地逸出。与此同时还需要遵守严格的安全规程，其中仔细记录了在一台机器中使用的氢和此氢万一渗漏的量。尤其例如在密封装置处可能出现的未被控制住的氢气渗漏只允许在极有限的范围内，在这里往往关系到一个极限值，这一极限值要求动用一切原则上可供使用的测量技术，以便控制氢的损失并保证，氢的绝大部分量至多经一适当设计和安全的通道泄出。除了仔细地平衡氢的损失外，人们越来越关注对受污染的氢的再处理，这种受污染的氢是在电气机械的密封装置等处产生的。污染的氢，其中污染物可能是空气成分和来自润滑剂和密封剂的油雾和类似物，这种氢的再处理可有助于显著减少氢的损失，并因而除了易于满足按规范监控氢的存在状况的条件外，还能有助于令人满意地降低该电气机械的运行成本。由WO94/10740A1已知一种方法和一种设备，用于废物处理来自充氢的电气机械的含氢和残余气的排气。其中，通过将残余气从排气中分离出来使氢与残余气分离，并引回此电气机械。残余气的分离例如通过使残余气被一种固态基体吸收来这实现。用于排气的废物处理的设备例如与一密封油箱连接，油箱内收集用于密封电气机械并在工作中饱含氢的专用油。氢和残余气通过真空萃取从密封油中提出，以及在氢与残余气分离后引回电气机械。WO94/10739A1涉及从一种充氢的电气机械中排出氢。其中主要有关于从电气机械中完全去除氢，以便能打开此机器进行检查或修理。在这种情况下氢被一固体存储器尤其是氢化物存储器所吸收，存储器将氢以某种金属氢化物的形式储存起来。此外，为了净化在电气机械中产生的氢可参阅美国专利4531070和-->JP1-318525A2(见日本专利摘要E-900第14卷125号，1990年3月8日)。在这两种对比文件中，均通过将来自电气机械的污染氢气引入净化装置进行干燥和净化。在净化装置中，借助于适当的过滤器或吸附剂将污染物与氢分开，并将纯净的氢引回电气机械。有关氢的提纯的现有技术一般可参阅第五次完全修订版的书“Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry”卷A13，363至385页。该书的内容较少涉及净化在量上如作为电气机械的废气等实际上可预期的量的氢，而主要涉及与氢的工业生产有关的氢的提纯。由该书可知的有关现有技术所提供的指示，却完全不能用于电气机械。在对化学工业而言为典型的范围内有关氢的提纯，可见D Werner的论文“用于大量氢气的气体净化方法(Gasreinigungsverfahren für groβeWasserstoff-Mengen)”，Chem.-Ing.-Tech.53(1981)73。特别应提及在此论文中所阐述的扩散法，它包括作为重要步骤的氢通过薄膜的扩散。同样重要的还有DE2855049A1。由此可知，通过将氢化合在恰当的金属中生成氢化物，使氢与伴生的杂质分开。介绍了多种多样这种金属的实施例。本专利技术的目的是提供一种从混合气中分离氢的方法，这种混合气含氢、氧和残余物，该混合气在一种电气机械中形成。本专利技术还应提供一种相应的设备。为达到本专利技术有关方法方面的目的，提供了一种用于从含氢、氧和残余物的并在电机械中产生的混合气中分离氢的方法，此方法包括下列步骤：a)在混合气中使氧与氢化合生成水；b)将水从混合气中分离出来；以及c)通过将氢化合在固体反应器内将氢从混合气中分离出来。这种方法的重要优点在于，原则上既不需要极端的温度也不需要极端的压力或不寻常的和难以处理的原料。只需使用相当常用的原料和措施。氧化合在氢中最好催化地进行，也就是说借助于适用的催化剂。这种催化剂可以全部或部分地由金属如铂和钯组成或由某些金属氧化物组成；其他的指示可参阅上面已援引的书“Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry”。可能有利的是在氧与氢化合的步骤前压缩混合气，主要为了达到预期的-->减小要处理的容积的目的；当然通常不需要如前面提及的书中所推荐用于某些方法中那样以数百巴的数量级的压力压缩。此外，有利的是在氧与氢化合的步骤前在混合气中掺入附加的氢。通过附加地掺入氢有利地提高了混合气中的氢的浓度到这样的程度，即混合气不再可能点燃。此外，有利的是，作为附加要掺入的氢所使用的是那些事先从混合气中分离出来的氢。为此设计了某种氢的循环回路，为了降低和避免混合气的易燃性必须制备附加的氢。此外有利的是，从混合气中分离水至少部分地通过冷凝和/或离心分离进行。为了实施冷凝可设置一普通的热交换器，它通过在氧与氢化合后冷却混合气完成所期望的冷凝；此外，最好附加地使含水的混合气能例如在一旋风分离器中遭受一次离心分离。此外，为了将水尽可能充分地从气流中分离出来，有利的是实施混合气分子过筛。可通过使混合气流过特殊的沸石，一种所谓的分子筛，来实施此分子过筛。这种分子过筛最好在一个由两个分子筛组成的装置中进行，在一个分子筛中对混合气进行分子过筛，而另一个分子筛通过用干燥气体最好氢吹洗再生。以此方式防止产生衰减，因为用于分离水的分子筛不必作为废物排除，而是得到再生和重新使用并无需为此从设置用于实施此方法的设备中拆下此分子筛。用来再生分子筛的干燥气体最好是氢，它事先从混合气中分离出来，在轮到此分子筛执行水的分离步骤前将此氢重新供入混合气中。在一个分子筛中收集的水以此方式进入此混合气中或新提供的混合气中，这是在提取此混合气中本来就存在的水的部分前进行的。有意义的是在一个分子筛上游设以其他方式工作的水分离器，它可以是旋风分离器或冷凝器，这一水分离器最终吸纳在分子筛内收集的水并送往废物处理装置。应当指出，从混合气中取出的水中包含溶解的氢；根据所产生的量也许这部分氢只具有次要的意义并因而可以忍受，不过当然也可以将此含有氢的水在其最终作废物排除前进行一次真空萃取或采取类似的措施，以提取溶解的氢；所产生的当然含杂质的氢可以重新输入反正要处理的混合气中。通常，有利的是在分离水的步骤中降低水在混合气中的浓度到这样的程序，即，此浓度与最高为-70℃的露点相应。这意味着，只有在混合气冷却到低于一个适当的温度时才在混合气中发生冷凝。在低温下处理混合气时并不一定要采取这一措施。-->在本方法第一种最佳设计的范围内，氢在化合在固体反应器内的步骤中储存在固体反应器内并排出混合气的残余物。在下面还将介绍其他适用的存储器方案。如已针对分子过筛在上面所说明的那样，氢的化合同样最好在一个至少有两个存储器的装置中进行，在其中一个存储器内实施化合，而此另一个存储器排出事先储存的氢。因此，此装置可以保证本方法基本上稳定地运作。在本方法另一种最佳设计的范围内，氢在固体反应器中化合在薄膜上并通过薄膜扩散；它以此方式与混合气的残余物分离。在下文中还将介绍设计为此类固体反应器的其他方案。此方法的每一种设计均非常适合于处理由充满氢气的涡轮发电机中获得的混合气，其中由混合气中分离出的氢被引回到此电气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从在电气机械(1)中形成的混合气分离氢的方法，此混合气含氢、氧和残余物，此方法包括下列步骤：a)使混合气中的氧与氢化合生成水；b)将水从混合气中分离出来；以及c)通过将氢化合在固体反应器(11)内将氢从混合气中分离出来。2.按照权利要求1所述的方法，其中，将氧化合在氢中催化地进行。3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，混合气在氧与氢化合的步骤前被压缩。4.按照上述任一项权利要求所述的方法，其中，混合气在氧与氢化合的步骤前掺合附加的氢。5.按照权利要求4所述的方法，其中，通过附加地掺合氢提高了混合气中氢的浓度，使混合气不可能点燃。6.按照权利要求4或5所述的方法，其中，附加地掺入的氢事先从混合气中分离出来。7.按照上述任一项权利要求所述的方法，其中，从混合气中分离水至少部分地通过冷凝和/或离心分离进行。8.按照上述任一项权利要求所述的方法，其中，水的分离至少部分地通过分子过筛进行。9.按照权利要求8所述的方法，其中，分子过筛在一个由两个分子筛(9)组成的装置中进行，在一个分子筛(9)中进行分子过筛，而另一个分子筛(9)通过用干燥气体最好氢吹洗再生。10.按照权利要求9所述的方法，其中，此另一个分子筛(9)用氢再生，氢事先从混合气分离出来，在轮到此分子筛实施分离水的步骤前，将它重新供入混合气中。11.按照上述任一项权利要求所述的方法，其中，在分离水的步骤中降低水在混合气中的浓度到这样的程度，即，此浓度与最高为-70℃的露点相对应。12.按照上述任一项权利要求所述的方法，其中，氢在化合在固体反应器(11)中的步骤中储存起来并排出混合气的残余物。13.按照权利要求12所述的方法，其中，氢化合在固体反应器(11)中借助于至少两个存储器(17)进行，在其中一个存储器(17)内实施化合，而此另一个存储器(17)排出事先储存的氢。14.按照权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，氢在固体反应器(11)中化合在薄膜(26)上，通过薄膜扩散并以此方式与混合气残余物分离。15.按照上述任一项权利要求所述的方法，其中，由混合气分离出来的氢被送回电气机械(1)。16.一种从在电气机械(1)中的混合气分离氢的设备，此混合气含氢、氧和残余物，此设备有下列可被混合气依次流过的部件：a)反应器(6)，用于将氧化合在氢中生成水；b)水...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔穆特·雷姆，克劳斯·韦勒，彼得·舍恩菲尔德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：