一种高浓度氢气高效转化为水的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种氢气转化为水的方法及装置，尤其涉及一种高浓度氢气高效转化为水的方法及装置。克服现有单独利用氧化物催化剂存在的温度高或者氧化物催化剂利用率低，单独利用贵金属催化剂存在的反应过程难以控制以及利用氧化物

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度氢气高效转化为水的方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种氢气转化为水的方法及装置，尤其涉及一种在无外加氧气条件下，高浓度氢气高效转化为水的方法及装置。

技术介绍

[0002]为满足氢气中氢同位素比值测试和环境保护的要求，需要将氢气转化为水，为保证测试的准确性和减少对环境的污染，需要使氢气转化为水的效率尽可能高。目前常用的将氢气转化为水的方法主要包括燃烧法和催化氧化法。其中，燃烧法一般用于纯氢的处理，是将高浓度的氢气在空气或氧气中直接点燃，使氢气发生燃烧得到水。这种方法具有设备简单，成本较低的特点。但过程不易控制，尤其是在氢气纯度不够时，极易发生危险。出于安全的考虑，目前已很少采用这一方法。催化氧化法是在催化剂存在的条件下，使氢气与氧化剂发生反应生成水，是目前较为常用的一类将氢气高效转化为水的方法。常用的催化(氧化)剂主要有三类，分别是氧化物催化剂、贵金属催化剂和氧化物
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贵金属混合物催化剂。
[0003]氧化物催化剂催化氧化氢气的优点在于材料简单易得，反应放热量相对较低，可同时用于无氧气氛和空气气氛，但实现高转化率需要的温度较高。文献[龙兴贵,杨本福,曹小华,罗顺忠,彭述明,程贵钧.氚废气的回收技术.核化学与放射化学.2003]报道了霍加拉特剂的氢气催化氧化效率，温度在400℃对氢气的氧化效率可达到接近100％。
[0004]贵金属催化剂反应温度低，转化率高，但只能用于含氧气氛，气氛中不含氧气时则需外加氧气，同时反应放热量很大，在处理浓度较高的氢气时，控制难度较大，极易因反应放热，导致氢气发生自发燃烧，使转化过程难以控制。
[0005]氧化物
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贵金属混合物催化剂是通过在载体上同时负载金属氧化物和贵金属制得的催化剂。这类催化剂充分利用了氧化物催化剂和贵金属催化剂的优点，使贵金属催化剂具有更好的稳定性，且在一定程度上具备了在无氧气氛下将氢气转化为水的能力。但由于氧化物的负载量较少，只能在无氧气氛下处理少量低浓度的氢气。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高浓度氢气高效转化为水的方法和装置，可在无外加氧气，预热温度较低的条件下，将大量高浓度氢气高效转化为水，转化过程安全、可控。以克服现有单独利用氧化物催化剂存在的温度高或者氧化物催化剂利用率低，单独利用贵金属催化剂存在的反应过程难以控制以及利用氧化物
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贵金属混合物催化剂存在的只能在无氧气氛下处理少量低浓度的氢气等问题。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]一种高浓度氢气高效转化为水的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1、利用霍加拉特剂，将大部分的氢气转化为水，并放出氧气；
[0010]控制含氢气的气体以一定流量通过预热的霍加拉特剂，通过与霍加拉特剂反应使大部分的氢气转化为水，并放出氧气；
[0011]步骤2、利用贵金属催化剂，进行催化氧化反应，使步骤1未反应的氢气转化为水；
[0012]将步骤1反应后的气体通过贵金属催化剂，使步骤1未反应的氢气在贵金属催化剂的作用下与步骤1产生的氧气发生催化氧化反应转化为水。
[0013]进一步地，步骤1中，上述含氢气的气体中氢气体积含量在30％～100％。
[0014]进一步地，步骤1中控制含氢气的气体以0.2～100L/min流量通过预热的霍加拉特剂。
[0015]进一步地，步骤1中霍加拉特剂的预热温度为170℃～300℃。
[0016]进一步地，步骤1中上述含氢气的气体经预热后与霍加拉特剂反应。
[0017]进一步地，步骤1中上述含氢气的气体预热温度为170℃～300℃。
[0018]进一步地，步骤1中上述含氢气的气体预热温度与霍加拉特剂的预热温度相同。
[0019]进一步地，步骤1中上述的霍加拉特剂是商用的霍加拉特剂。
[0020]进一步地，上述的商用霍加拉特剂，外形是粉末、粒状、柱状和球状中的一种或几种的混合物。
[0021]进一步地，步骤2中上述的贵金属催化剂，是载体型贵金属催化剂或无载体型贵金属催化剂。
[0022]进一步地，上述的载体型贵金属催化剂中载体是硅藻土、分子筛、多孔氧化铝和活性炭中的一种或几种的混合物；上述的无载体型贵金属催化剂，外形是海绵、丝、颗粒、粉末和片状中的一种或几种的混合物。
[0023]进一步地，上述的贵金属催化剂中，贵金属是钯、铂或二者的混合物。
[0024]进一步地，步骤2中还包括预热贵金属催化剂的步骤，步骤1反应后的气体通过预热后的贵金属催化剂进行催化氧化反应。
[0025]进一步地，贵金属催化剂的预热温度为120℃～300℃。
[0026]进一步地，贵金属催化剂的预热温度为150℃～220℃。
[0027]进一步地，步骤1中控制预热后含氢气的气体以100L/min流量通过预热的霍加拉特剂，上述含氢气的气体中氢气体积含量在30％，霍加拉特剂的预热温度为170℃，含氢气的气体预热温度为170℃；
[0028]或，控制含氢气的气体以100L/min流量通过预热的霍加拉特剂，上述含氢气的气体中氢气体积含量在80％，霍加拉特剂的预热温度为170℃，含氢气的气体预热温度为170℃；
[0029]或，控制含氢气的气体以100L/min流量通过预热的霍加拉特剂，上述含氢气的气体中氢气体积含量在100％，霍加拉特剂的预热温度为170℃，含氢气的气体预热温度为170℃。
[0030]本专利技术还提供一种高浓度氢气高效转化为水的装置，其特殊之处在于，包括流量控制器、气体预热器、霍加拉特柱、贵金属催化柱和温度控制器；
[0031]上述的流量控制器、气体预热器、霍加拉特柱和贵金属催化柱通过管路依次相连；
[0032]上述的温度控制器和气体预热器、霍加拉特柱和贵金属催化柱连接，气体预热器、霍加拉特柱和贵金属催化柱分别通过温度控制器单独控温；
[0033]上述的霍加拉特柱，内部装填霍加拉特剂；
[0034]上述的贵金属催化柱，内部装填贵金属催化剂。
[0035]进一步地，上述的霍加拉特柱，容积是1mL～100L；上述的贵金属催化柱的容积在0.1mL～1L。
[0036]进一步地，上述的温度控制器，包括加热器件、测温器件和温控仪表；上述的加热器件，是加热带、加热丝、加热棒和加热管中的一种或几种；上述的测温器件，是热电阻、热电偶或其它测温器件。
[0037]本专利技术的有益效果在于：
[0038]1、本专利技术第一步和第二步均在较低的温度下进行，因此相比单纯采用霍加拉特剂可降低反应温度，提高转化率。
[0039]2、本专利技术第一步和第二步预热温度均较低，可节约能源，减少能量消耗，降低对环境的影响，同时不易发生危险。
[0040]3、本专利技术第一步未反应的氢气浓度不超过氧气浓度的2倍时，即可保证氢气充分反应，降低了第一步对氢气转化率的要求，可大幅提高霍加拉特剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用霍加拉特剂，将大部分的氢气转化为水，并放出氧气；控制含氢气的气体以一定流量通过预热的霍加拉特剂，通过与霍加拉特剂反应使大部分的氢气转化为水，并放出氧气；步骤2、利用贵金属催化剂，进行催化氧化反应，使步骤1未反应的氢气转化为水；将步骤1反应后的气体通过贵金属催化剂，使步骤1未反应的氢气在贵金属催化剂的作用下与步骤1产生的氧气发生催化氧化反应转化为水。2.根据权利要求1所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中，所述含氢气的气体中氢气体积含量在30％～100％。3.根据权利要求2所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中控制含氢气的气体以0.2～100L/min流量通过预热的霍加拉特剂。4.根据权利要求3所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中霍加拉特剂的预热温度为170℃～300℃。5.根据权利要求4所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中所述含氢气的气体经预热后与霍加拉特剂反应。6.根据权利要求5所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中所述含氢气的气体预热温度为170℃～300℃。7.根据权利要求6所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中所述含氢气的气体预热温度与霍加拉特剂的预热温度相同。8.根据权利要求7所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中所述的霍加拉特剂是商用的霍加拉特剂。9.根据权利要求8所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：所述的商用霍加拉特剂，外形是粉末、粒状、柱状和球状中的一种或几种的混合物。10.根据权利要求1
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9任一所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤2中所述的贵金属催化剂，是载体型贵金属催化剂或无载体型贵金属催化剂。11.根据权利要求10所述的高浓度氢气高效转化为水的方法，其特征在于：所述的载体型贵金属催化剂中载体是硅藻土、分子筛、多孔氧化铝和活性炭中的一种或几种的混合物；所述的无载体型贵金属催化剂，外形是海绵、丝、颗粒、粉末和片状中的一种或几种的混合物。12.根据权利要求11所述的高浓度氢气高效...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳晨午，刘龙波，张静雅，唐寒冰，凡金龙，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：