钯膜氢气纯化器积碳清除装置及清除方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及氢气纯化技术领域，尤其是涉及一种钯膜氢气纯化器积碳清除装置及清除方法；积碳清除装置通过在氢气纯化器连接抽真空单元、加热单元和混合气供入单元，在进行氢气纯化腔的积碳清理工作时，抽真空单元先对氢气纯化腔抽真空；加热单元对氢气纯化腔加热至一定温度并进行保温，混合气供入单元向氢气纯化腔提供氧气和惰性气体的混合气，进而可将氢气纯化腔内部的积碳在高温和混合气的环境下分解，最后再由抽真空单元对氢气纯化腔抽真空，将积碳分解过程中产生的气体排出，进而实现对氢气纯化器内部积碳的有效清除，在实现对氢气纯化器内部积碳高效清除的同时，还可减轻氢气纯化器内部积碳的清除成本。器内部积碳的清除成本。器内部积碳的清除成本。

【技术实现步骤摘要】
钯膜氢气纯化器积碳清除装置及清除方法


[0001]本专利技术涉及氢气纯化
，尤其是涉及一种钯膜氢气纯化器积碳清除装置及清除方法。

技术介绍

[0002]在高效、清洁、绿色能源发展的背景下，开发氢能已成全球共识。氢气作为燃料电池的燃料，其需求保持高速增长。近年来，以甲醇、乙醇、汽油、柴油等碳氢燃料为原料的重整制氢技术受到高度关注。该技术具有储氢密度高、使用安全性好、原料易获取、储运补给方便等特点，其不足之处在于重整产物气中含有水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等杂质气体，需经过气液分离、粗氢纯化等工序，将氢气中的各种杂质控制在限定浓度范围以内，才能满足氢燃料电池系统运行需求。氢气的纯化技术主要包括变压/变温吸附、钯膜分离、低温深冷、选择性氧化等。综合比较而言，基于钯膜分离的氢气纯化技术具有装置体积小、结构简单、分离效率高等优点，在实现氢气高效分离的同时，可最大限度地消除碳化物、氮化物、硫化物等杂质气体。因此，基于钯膜分离的氢气纯化技术在高纯氢制备、氢燃料电池、芯片制造、半导体等行业领域受到了越来越高的关注。
[0003]目前，钯膜分离技术已小规模的应用于高纯氢、超高纯氢制备。钯膜氢气纯化器从碳氢燃料重整产物气中提纯氢气的工作原理如下：一定温度、压力下的重整产物气从纯化器原料气入口进入纯化器内部，在400
±
50℃温度条件下，通过氢分子在钯膜中的“渗透
‑
扩散”作用，实现氢气与杂质气体的分离。纯化器中粗氢与纯氢的压差越大、膜厚越薄、膜面积越大，氢气纯化效率越高。甲醇、柴油等碳氢燃料重整制氢反应的过程中，因存在脱碳等副反应，不可避免的会产生微量碳单质。这类碳单质主要以石墨碳、须状碳、无定型碳等形式存在。这些碳微粒将随着重整产物气一起进入钯膜纯化器，一方面，微量碳颗粒会逐渐沉积于钯膜表面，导致膜的有效透氢面积减小；另一方面，覆着在钯膜表面的碳微粒在高温条件下，可与钯发生反应形成碳化钯，导致钯膜失去透氢能力。因此，钯膜氢气纯化器内部的积碳问题严重影响了其纯化效率和使用寿命。
[0004]传统的解决措施一是采用大流量惰性气体进行直接吹扫，二是待钯膜氢气纯化器透氢效率衰减至预定值后，直接更换新的纯化器，淘汰的纯化器则进行拆解，回收利用钯等贵金属以制造新的纯化器产品。上述两种措施不仅效果差，耗费大量的财力和人力资源，并且大幅提高了纯氢的生产和终端使用成本。因此，亟待开发出一种有效清除钯膜氢气纯化器内部积碳的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种钯膜氢气纯化器积碳清除装置及清除方法，解决现有技术清除钯膜氢气纯化器内部积碳效果不佳的技术问题。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种钯膜氢气纯化器积碳清除装置，包括氢气纯化器，所述钯膜氢气纯化器的内部设置有氢气纯化腔，钯膜氢气纯化器积碳
清除装置还包括与所述氢气纯化器连接的抽真空单元、加热单元和混合气供入单元，所述抽真空单元用于对所述氢气纯化腔抽真空；所述加热单元用于对所述氢气纯化腔加热并保温；所述混合气供入单元用于向所述氢气纯化腔提供氧气和惰性气体的混合气。
[0007]可选地，积碳清除装置还包括监测单元，所述监测单元与所述氢气纯化器连接，用于监测所述氢气纯化腔的二氧化碳含量。
[0008]可选地，所述氢气纯化器设置有尾气出气管和第一通断阀，所述尾气出气管与所述氢气纯化腔连通，所述第一通断阀装设于所述尾气出气管，用于控制所述尾气出气管的通断，所述监测单元与所述尾气出气管连接，用于监测所述尾气出气管内二氧化碳的含量。
[0009]可选地，所述氢气纯化器还设置有纯氢出气管和第二通断阀，所述纯氢出气管与所述氢气纯化腔连通，所述第二通断阀装设于所述纯氢出气管，用于控制所述纯氢出气管的通断，所述抽真空单元与所述尾气出气管和所述纯氢出气管连接，用于通过所述尾气出气管和所述纯氢出气管对所述氢气纯化腔抽真空。
[0010]可选地，所述氢气纯化器还设置有粗氢进气管和第三通断阀，所述粗氢进气管与所述氢气纯化腔连通，所述第三通断阀装设于所述粗氢进气管，用于控制所述粗氢进气管的通断，所述混合气供入单元与所述粗氢进气管连接，用于通过所述粗氢进气管向所述氢气纯化腔通入氧气和惰性气体的混合气。
[0011]与现有技术相比，本专利技术提供的混钯膜氢气纯化器积碳清除装置有益效果包括：积碳清除装置通过在氢气纯化器连接抽真空单元、加热单元和混合气供入单元，抽真空单元可对氢气纯化腔抽真空；加热单元可对氢气纯化腔加热并保温；混合气供入单元可向氢气纯化腔提供氧气和惰性气体的混合气，在进行氢气纯化腔的积碳清理工作时，抽真空单元先对氢气纯化腔抽真空；加热单元对氢气纯化腔加热至一定温度并进行保温，混合气供入单元向氢气纯化腔提供氧气和惰性气体的混合气，进而可将氢气纯化腔内部的积碳在高温和混合气的环境下分解，最后再由抽真空单元对氢气纯化腔抽真空，将积碳分解过程中产生的气体排出，进而实现对氢气纯化器内部积碳的有效清除，在实现对氢气纯化器内部积碳高效清除的同时，还可减轻氢气纯化器内部积碳的清除成本。
[0012]为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案还提供一种钯膜氢气纯化器积碳清除方法，由所述的钯膜氢气纯化器积碳清除装置执行，包括以下步骤：
[0013]S100：抽真空单元对氢气纯化腔抽真空；
[0014]S200：加热单元对氢气纯化腔加热并保温；
[0015]S300：混合气供入单元向氢气纯化腔提供氧气和惰性气体的混合气，分解氢气纯化腔内部的积碳；
[0016]S400：抽真空单元对氢气纯化腔抽真空，排出积碳分解过程中产生的气体。
[0017]可选地，在S300中，通入的混合气体的氧气的体积占比为0.1％～2.0％。
[0018]可选地，在S300中，通入的混合气体的压力为0.05～2.0MPa，流量为1～100SL/mi n。
[0019]可选地，在S200中，加热氢气纯化腔的温度至350～450℃。
[0020]可选地，在S400中，监测单元监测氢气纯化腔的二氧化碳含量，监测二氧化碳含量降至1ppb以下时，混合气供入单元停止向氢气纯化腔提供氧气和惰性气体的混合气。
[0021]与现有技术相比，本专利技术提供的混钯膜氢气纯化器积碳清除方法有益效果包括：
通过以上步骤，可在实现对氢气纯化器内部积碳高效清除的同时，还可减轻氢气纯化器内部积碳的清除成本。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的混钯膜氢气纯化器积碳清除装置的结构示意图。
[0023]图2为本专利技术实施例提供的混钯膜氢气纯化器积碳清除方法的流程图。
[0024]其中，图中各附图标记：
[0025]10—氢气纯化器
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11—氢气纯化腔
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12—尾气出气管
[0026]13—第一通断阀
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14—纯氢出气管
ꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钯膜氢气纯化器积碳清除装置，包括氢气纯化器，所述钯膜氢气纯化器的内部设置有氢气纯化腔，其特征在于，还包括与所述氢气纯化器连接的：抽真空单元，所述抽真空单元用于对所述氢气纯化腔抽真空；加热单元，所述加热单元用于对所述氢气纯化腔加热并保温；混合气供入单元，所述混合气供入单元用于向所述氢气纯化腔提供氧气和惰性气体的混合气。2.根据权利要求1所述的钯膜氢气纯化器积碳清除装置，其特征在于，还包括监测单元，所述监测单元与所述氢气纯化器连接，用于监测所述氢气纯化腔的二氧化碳含量。3.根据权利要求2所述的钯膜氢气纯化器积碳清除装置，其特征在于，所述氢气纯化器设置有尾气出气管和第一通断阀，所述尾气出气管与所述氢气纯化腔连通，所述第一通断阀装设于所述尾气出气管，用于控制所述尾气出气管的通断，所述监测单元与所述尾气出气管连接，用于监测所述尾气出气管内二氧化碳的含量。4.根据权利要求3所述的钯膜氢气纯化器积碳清除装置，其特征在于，所述氢气纯化器还设置有纯氢出气管和第二通断阀，所述纯氢出气管与所述氢气纯化腔连通，所述第二通断阀装设于所述纯氢出气管，用于控制所述纯氢出气管的通断，所述抽真空单元与所述尾气出气管和所述纯氢出气管连接，用于通过所述尾气出气管和所述纯氢出气管对所述氢气纯化腔抽真空。5.根据权利要求1～4任一项所述的钯膜氢气纯化器积碳清除装置，其特征在于，所述氢气纯化器还设置有粗氢进气管和第三通断...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴飞，胡哲兵，杨发财，程臣，张浩，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：