1.引言氫氣的用途十分的廣泛,氫是主要的工業(yè)原料也是重要的工業(yè)氣體和特種氣體,同樣,氫也是一種理想的二次能源。制造氫氣的方法也有很多種,如水電解制氫,甲醇裂解制氫,水煤氣制氫,天然氣制氫,電解食鹽水的副產(chǎn)氫,還有各種可以回收的氫,等。但是這樣產(chǎn)生出來(lái)的氫氣都是粗氫,里面含有各種的其他雜質(zhì),雜質(zhì)的品種往往和生產(chǎn)氫的工藝有著直接的關(guān)系,為了得到純度較高的氫氣,就需要把這些雜質(zhì)去除掉,下面就粗略的介紹下其中幾項(xiàng)雜質(zhì)的去除方法。
2.氫氣中氧氣的去除氧氣的去除一般采用催化劑法,其去除氧氣的化學(xué)反應(yīng)式為:
2H
2+O
2=2H
2O
2.1 鈀觸媒催化劑
是一種以活性氧化鋁為載體的薄殼型高效脫氧催化劑,這種催化劑在國(guó)內(nèi)外都得到廣泛的應(yīng)用,具有催化活性高、操作簡(jiǎn)便、使用安全、勿需再生、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的氣體凈化技術(shù)中。
使用條件及技術(shù)參數(shù)
【1】催化反應(yīng)器徑高比 | ≥3 |
使用溫度 | 室溫 ( 升溫更佳 ) |
使用空速 | (5000~10000) hr-1 |
氣源含氧量 | ≤4% |
凈化后氣體殘氧量 | ≤0.5ppm |
注:a.使用溫度不能超過(guò)450℃。
b.該催化劑應(yīng)避免與氯化物、硫化物等接觸,以防中毒失效。
2.2 4.02型催化劑
是一種高效的脫氧劑,用活性金屬成型制作,脫氧劑失效后,需要用氫氣活化還原恢復(fù)其脫氧活性。
使用條件及技術(shù)參數(shù)
【1】催化反應(yīng)器徑高比 | ≥3 |
使用溫度 | 常溫~90℃ |
使用空速 | (500~3000) hr-1 |
氣源含氧量 | ≤200 ppm |
凈化后氣體殘氧量 | ≤0.1ppm |
活化再生溫度 | 200~350℃ |
注:.使用溫度不能超過(guò)500℃。
3. 氫氣中微量一氧化碳的去除 微量的一氧化碳的去除一般也是采用催化劑,其去除一氧化碳的反應(yīng)式為:
2CO+O
2=2CO
2脫一氧化碳的催化劑為多元金屬氧化物體系,該催化劑主要用于單組份和多組份混合氣體(不含烯烴)催化轉(zhuǎn)化脫除一氧化碳。
使用條件及技術(shù)參數(shù)
【3】催化反應(yīng)器徑高比 | ≥3 |
使用溫度 | 120℃~200℃ |
使用空速 | (5000~10000) hr-1 |
氣源含CO量 | ≤5000ppm |
凈化后氣體殘CO量 | ≤1ppm |
4.氫氣中水及二氧化碳的去除【1
】去除這兩種物質(zhì)的方法一般是用吸附法,分子篩就是通過(guò)吸附可以把這兩種物質(zhì)同時(shí)除去。通常用的分子篩有5A型和13X型分子篩。
4.15A分子篩
【4
】5A型分子篩是一種鈣鉀型的硅鋁酸鹽,晶體的孔徑為5?(0.5nm),能吸附臨界直徑不大于本身孔徑的分子。
其化學(xué)式為:Ca
4*5Na
3[(AlO
2)
12(SiO
2)
12]·XH
2O。
吸附的分子為:有效直徑<5A的分子,包括C
3H
8,n-C
4H
10到C
22H
46,n-C
4H
9OH及更大同族元素,R-12及R-22。
排出的分子為:有效直徑>5A的分子,亦即異構(gòu)化合物及所有四環(huán)碳化合物。
4.2 13X型分子篩
【4
】 13X型分子篩是一種鈉型的硅鋁酸鹽,晶體的孔徑為10?(1.0nm), 能吸附臨界直徑不大于本身孔徑的分子。
其化學(xué)式為:Na
86[(AlO2)
86(SiO
2)
106]XH
2O。
吸附的分子為:有效直徑<10A的分子
排出的分子為:有效直徑>10A的分子,如(C
4F
9)
3N。
吸附去除水及二氧化碳的效率通常和原料氣的質(zhì)量,再生氣的質(zhì)量,再生氣的溫度,再生的方式等有著密切的聯(lián)系,通常理想狀況下,產(chǎn)品氣的二氧化碳的含量可以達(dá)到1ppm,水的露點(diǎn)可以達(dá)到-60℃。如果產(chǎn)品氣中二氧化碳的含量想達(dá)到更高的去除率,也可以考慮采用冷箱,因?yàn)槎趸荚?78.5℃的時(shí)候會(huì)變?yōu)楣虘B(tài)俗稱干冰,控制好冷箱的溫度,做好氣體和固體的分離體系,就可以更徹底的去除二氧化碳。
5.氫氣中微量氯的去除 脫氯劑的主要成分是堿金屬和堿土金屬的氧化物和碳酸鹽,在一定的條件下發(fā)生如下的反應(yīng):
NaCO
3+2HCL=2NaCL+H
2O+CO
2CaCO
3+2HCL=CaCL
2+H
2O+CO
2CaO+2HCL=CaCL
2+H
2O
Na
2O+2HCL=2NaCL+H
2O
脫氯劑有在低溫下運(yùn)行的也有在高溫下運(yùn)行的,下面簡(jiǎn)單介紹下一種在低溫下運(yùn)行的脫氯劑的使用條件和參數(shù)。
使用條件及技術(shù)參數(shù)
【4】催化反應(yīng)器徑高比 | ≥3 |
使用溫度 | 0℃~200℃ |
使用空速 | ≤3000 hr-1 |
氣源含CL量 | ≤1000ppm |
凈化后氣體殘CL量 | ≤0.2ppm |
注:脫氯劑的使用要根據(jù)其氯容量,定期的進(jìn)行更換。
6.氫氣中微量氮的去除 水電解制氫的產(chǎn)品氫氣中的含微量氮,其中的氮主要來(lái)自微量溶解水中的氮,可以通過(guò)向原料水中鼓氧的方法進(jìn)行初步去除,此方法產(chǎn)品氫氣中氮含量小于1PPM,如需進(jìn)一步降低N2含量,可選擇非蒸散型鋯鐵鈦、鋯鋁16、鋯釩鐵吸氣劑高溫對(duì)N2進(jìn)行脫除,不需要把吸氣金屬蒸散出來(lái),通過(guò)對(duì)吸氣金屬表面激活使其具有吸氣能力。
使用條件及技術(shù)參數(shù)
【5】吸氣反應(yīng)器徑高比 | ≥3 |
使用溫度 | 400℃ |
使用空速 | ≤3000 hr-1 |
氣源含N量 | ≤1000ppm |
凈化后氣體殘N量 | ≤0.1ppm
|