[实用新型]设有换热通道的钯膜氢气分离装置

说明书

技术领域

本文实用新型涉及从合成气中提纯高纯度氢气的技术，特别是涉及一种应用换热通道预热及维持操作温度的钯膜组件。

背景技术

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-AERT(Phn-Pln)]]>

式中：

R：气体常数；T：温度；A：膜面积；L：膜厚度；E：活化能；P_h：氢气高压侧分压；P_l：氢气低压侧分压；n：压力指数；k：指数函数前系数；M：透过率。

氢气在钯膜组件中的分离需要达到一定的温度(450℃—600℃)才有比较高的渗透效率。如果采用普通的不锈钢支撑体(不带内部通道传热)，钯合金组件在室温升温到工作温度所需的时间太长(超过3个小时)，不利于在需要频繁启动的小规模分布式氢气生产中应用。

申请人申请的中国发明专利“一种利用小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，该组件包括膜支撑框架、多孔金属支撑体及钯合金膜，两多孔金属支撑体及钯合金膜分别依次位于含膜支撑框架的两侧，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，连接小尺度通道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，气体导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，降低了钯合金膜组件的金属含量，进一步减少了升温时间。该专利利用小尺度通道换热来快速启动钯膜组件，但该小尺度通道加工困难，加工费用高。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术“利用小尺度通道传热的快速启动钯膜组件”的加工困难、加工费用高的技术缺点，提供一种易于加工、利用内部换热通道的换热的钯膜组件。

本实用新型目的通过如下技术方案实现：

设有换热通道的钯膜氢气分离装置，包括支撑框架、多孔金属支撑体及钯合金模，两多孔金属支撑体及钯合金膜分别依次位于含膜支撑框架的两侧，所述支撑框架两侧设有换热通道，支撑框架中部设有被净化氢气气流通道，所述换热通道为穿行于支撑框架两侧的一个加热用的气体的流通通道，其截面为矩形，截面尺寸3～5毫米×3～5毫米，或者圆形，截面直径3～5毫米，换热通道内设有钢丝填充物，换热通道的入口和出口设在支撑框架上。

为进一步是实现本实用新型目的，所述支撑框架上氢气气流通道为左右对称矩形齿状，通道宽度为3～5毫米，通道之间的膜支撑框架宽度为3～5毫米，气体导出口设置在支撑框架上下端，与气流通道连通。

所述的支撑框架为不锈钢制成。

所述的支撑框架与烧结金属支撑体采用焊接连接。

所述的钯合金膜采用钯银合金膜，膜的厚度为10-50微米。