常用氢气纯化技术及其在电解水制氢工艺中的应用

分析和简述了目前工业生产中常用的氢气纯化技术,概括了氢气纯化技术的应用现状。通过分析比较,结合电解水制氢装置所产原料氢气的特点,确定催化脱氧加变温吸附技术路线更适合于电解水制氢撬装纯化装置。该技术路线流程短、自动化程度高、易于集成撬装、可用产品气作为再生气、对吸附床层无污染,特别适用于含微量杂质的脱除和气体提纯过程。

燃料电池车用氢气纯化及供应技术工业应用总结

燃料电池车用氢气纯化及供应技术是一种将炼化氢源通过模块化组合提纯工艺生产满足GB/T 37244—2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》要求的氢气,并形成配套供氢母站设施的技术。主要介绍了燃料电池车用氢气纯化及供应技术的基本原理、工艺特点、主要设备特点及工业应用情况。该技术开发了多种吸附剂以及快周期变压吸附氢气纯化工艺,占地面积小,投资低,供氢母站流程设计灵活,氢气产品纯度达到99.999%,杂质含量满足GB/T 37244—2018的要求,吸附周期在3~10 min且可连续调节,20 MPa燃料电池车用氢气生产成本低于20元/kg,有利于推动车用燃料氢气的市场应用和加氢站建设。

氢气纯化和压缩技术研究进展

氢能的发展得益于氢能产业链中各项技术研究不断深入。氢气的纯化和压缩作为氢能产业链的中间一环,是连接氢能产业上下游的关键技术,影响了高纯高压氢气的获取及其未来应用。在梳理各种氢气纯化和压缩技术现状的基础上,对比了不同技术的优点和局限性,并对其适用场景进行了分析,应根据实际工况中的温度、压力、占地面积等选择利于生产过程的技术,最后对氢气纯化及压缩技术的发展前景进行了展望。

基于LabVIEW的氢气纯化装置控制系统设计

针对自行研制的氢气纯化试验装置及特殊的工艺要求,该文设计了一套基于LabVIEW的氢气纯化控制系统,包括其硬件组成和软件实现。通过LabVIEW编程实现了控制参数设置、工艺参数采集与处理、数据及曲线显示、数据存储和报警等功能。试验运行结果表明,控制系统运行稳定、操作界面友好、可移植性强,满足设计要求。

氢气纯化用钯钇合金箔材研究

研究钯钇合金的加工及热处理工艺，考察其微观组织结构、力学性能和工作压差对透氢速率的影响。结果表明，合金于600－700℃退火，塑性加工性能最好；PdY合金的透氢性能优于通用的PdAgAuNi合金，成为氢气纯化用新型材料。

使用Aspen Adsorption模拟氢气纯化的吸附装置

本文介绍了使用Aspen Adsorption软件及Langmuir吸附平衡方程模拟氢气纯化的变温变压动态吸附过程,并通过对旧吸附器的模拟结果进行分析,发现其存在吸附器循环使用效果差的问题,因此新装置设计时增大了吸附器的换热面积并优化了换热结构,其模拟结果显示,改进后的吸附器换热效果良好,吸附质能够完全脱附。

钯催化法氢气纯化装置的应用研究

钯催化法氢气纯化装置使氢气中的氧杂质在钯氧化铝的催化作用下生成水,然后再由分子筛吸附脱水,不对环境造成任何污染。在分子筛再生环节还设计了回热换热器,使加热后的再生气体的热量得到充分利用。介绍了纯化方式的选择、工艺过程、主要设备的特点和调试及生产运行数据分析。调试和生产运行证实钯催化纯化装置满足产品氢气质量要求,完全达到设计技术指标。

层状床变压吸附氢气纯化性能的优化

变压吸附技术可对氢气进行提纯.文中通过Aspen Adsorption软件,建立了五组分气体(H2/CO2/CH4/CO/N2=38/50/1/1/10%)在以活性炭和沸石作为吸附剂的层状床的吸附传质传热模型,探究了吸附压力和活性炭与沸石层高度比对层状床变压吸附穿透曲线的影响,进而研究了不同吸附压力、p/F比、吸附剂高度比和吸附床的数量对氢气循环性能的影响.结果表明增大吸附压力和p/F比,氢气的纯度增加,回收率减少;在一定范围内,当高度比减少时,氢气的纯度增加,回收率降低;增加吸附床的数量,氢气的纯度增加,回收率略有下降.基于以上结论,采用了BP神经网络对层状床氢气纯化性能进行多目标优化,并将目标优化预测结果与Aspen模型计算结果对比,结果显示神经网络能很好的对变压吸附纯化性能进行优化.

金属钯复合膜对多晶硅循环氢气纯化工业性试验取得成功

近日，中科院大连化学物理研究所徐恒泳研究员领导的烃类选择氧化研究组（801组）和大连华海制氢设备有限公司共同研发的金属钯复合膜氢气纯化装置工作取得重要进展，在四川峨眉半导体材料研究所完成了200m^3／h规模工业化示范。该技术彻底解决了多晶硅生产循环氢气中痕量和超痕量杂质难以去除的难题。

中科院大连化物所超纯氢气纯化技术工业应用示范装置获成功

由中国科学院大连化学物理研究所甲烷高效转化新材料与新过程研究组研制的高性能金属钯复合膜材料和800m^3／h规模超纯氢气纯化技术进行了工业应用示范试验并获得成功．这是我国自主开发的国际上首套利用廉价金属钯复合膜进行超纯氢气纯化的工业应用示范装置．

首套超纯氢气纯化示范装置投运

中国科学院2015年5月26日发布消息称，由中科院大连化学物理研究所甲烷高效转化新材料与新过程研究组研制的高性能金属钯复合膜材料，以及800m^3／h规模超纯氢气纯化技术工业应用示范试验获得成功。这是国际上首套利用廉价金属钯复合膜进行超纯氢气纯化的工业应用示范装置，目前仍在平稳运行中。

金牛化工氢气纯化项目循环化改造专项资金通过审批

金牛化工8万t／a离子膜法烧碱大约有1500万m^3／h副产氢气排空，为此，公司积极与同在沧州临港经济技术开发区内的用氢企业瀛海香料公司达成合作意向，将副产氢气经过纯化处理，输送至瀛海香料公司，作为生产原料。该项目不仅有利于提高双方的经济效益，还符合国家循环化改造项目要求。金牛化工为此申请了国家循环化改造项目专项资金。

大连化物所超纯氢气纯化技术示范获得成功

近日，中国科学院大连化学物理研究所甲烷高效转化新材料与新过程研究组（DNL1902组）的高性能金属钯复合膜材料，在超纯氢气纯化技术示范上获得成功，示范规模为30m^3／h氢气。

大连化物所超纯氢气纯化技术示范获得成功

近日，中国科学院大连化学物理研究所甲烷高效转化新材料与新过程研究组（DNL1902组）的高性能金属钯复合膜材料，在超纯氢气纯化技术示范上获得成功，示范规模为30m3／h氢气。

膜分离技术在氢气纯化中的应用

随着全球变暖和世界人口日益增加,农业、工业以及其他人类活动均需能源提供动力。寻求有效方法来平衡能源产生与需求至关重要,风能和太阳能等能源具有不可调控性和难储存性,因此可再生能源的利用需要更合适的能源储存方式。氢是一种清洁高效的能源载体,氢经济被广泛认为是未来能源安全和可持续性发展的潜在解决方案。在工业体系中,氢也作为一种广泛应用的化工原料。本文重点关注膜分离技术在氢气纯化中的发展和应用,介绍技术优缺点,分析工业潜力和发展方向。

电子态调控促进氢气无损耗纯化中CO的光致富集和氧化

随着选择性氧化(PROX)的快速发展,将氢气中残留的微量CO去除以达到质子交换膜燃料电池的使用氢要求,成为氢气纯化中迫切需要解决的问题.光催化氧化可将氢气流中的CO浓度降低至1×10^(-6)以下.本质上,该反应是光生·OH与痕量CO在氢气中反应.在该过程中,虽然·OH会不可避免地与H2发生碰撞而形成氢自由基(·H),但是环境中的H2会与之结合并通过氢交换促进自由基间的有效碰撞而结合成H2,避免氢气损耗.相比于现有的氢气纯化方案,光催化CO氧化可发展成为一种不损耗氢气的纯化技术.该技术虽然具有应用前景,但·OH的非选择性碰撞严重降低了其利用率以及整个氢气无损耗纯化反应过程中的光子利用率,因此,提出可行方案来促进·OH的产生及其与CO的碰撞成为研究重点.本文采用密度泛函理论结会Climbing image-nudged elastic band方法研究水分子在TiO_(2)上的反应过程.在普通TiO_(2)(101)晶面上形成*OH的势垒为0.57eV;而采用Mg来取代TiO_(2)的5c-或者6c-Ti位点后,势垒分别降至0.25和0.2 eV,并且*OH吸附在相邻Ti位点上的自由能比·OH高.除了促进光致·OH的产生,Mg掺杂所形成的位点还能促进发生在半导体-助催化剂界面秒级别的电子转移,进一步提高光子利用率.而且,Mg掺杂降低了TiO_(2)中Ti4+的电子云密度,促进了CO分子中碳5σ轨道上的负电荷转移至半导体阳离子,同时增强了半导体中阴离子向CO分子转移负电荷的能力,由此可以增强所形成的Mg掺杂TiO_(2)(Mg-TiO_(2))与CO的静电作用,实现该气体在半导体附近的富集.因此,Mg掺杂不仅可以促进羟基自由基的产生,还可以通过静电作用促进CO在Mg-TiO_(2)表面的富集,提高自由基对目标反应的碰撞概率.在光催化CO氧化反应中,Mg-TiO_(2)展现出比普通TiO_(2)更优的性能;并且随着CO浓度降低,Mg掺杂带来的CO富集效应愈加显著,进而表现出更好的催化性能.在光催化氢气无损耗纯化反应中,基于Mg-TiO_(2)催化剂的光催化固定床反应可将流速为1 L/min的H2气流中CO/H2的比浓度降低至<1×10^(-6),并展现出高效的光子利用.与其它将CO/H2比浓度降低至10-6的方法相比,本文催化剂气时空速可达600000 h^(-1),远高于PROX的5000 h^(-1)以及CO甲烷化的7500 h^(-1).综上,本工作揭示了电子态调控对CO光致富集和氧化的促进作用,对氢气无损耗纯化的光子利用效率提升和商业化具有借鉴意义.

真空变压吸附氢气纯化的参数研究

本文首先建立了多孔介质传热传质与吸附模型,模拟了多组分气(N2:CO:CO2:CH4:H2=0.007:0.012:0.23:0.021:0.73和N2:CO:CO2:CH4:H2=0.007:0.012:0.17:0.021:0.79)在AC5-KS活性炭吸附床中的穿透曲线和真空变压吸附循环。将实验数据与模拟值进行对比验证后,分析了压力、进气流率对穿透曲线的影响,并研究了压力、进气流率、循环步数、循环操作时间条件对真空变压吸附氢气纯化的影响。结果发现,增大吸附压力,减小进气流率,减少循环步数和吸附时间,增加冲洗和升压时间都会导致产品氢气纯度上升,氢气产率和回收率下降,并且在一般情况下氢气的纯度变化趋势与氢气产率和回收率变化趋势相反。

活性炭/沸石层状床氢气纯化穿透曲线热效应

应用变压吸附技术对氢气混合气进行分离提纯是制取高纯度氢气的有效途径。本文主要研究多组分气体在活性炭/沸石层状床中穿透曲线的热效应影响,基于多物理场仿真平台Comsol,建立了多组分气体在多孔介质中的吸附、传热与传质模型。并将模拟值与实验数据进行验证分析,探索吸附过程伴随的热效应对穿透曲线的影响机理。最后针对变压吸附氢气纯化系统运行参数研究了环境温度、吸附条件和活性炭与沸石层高度比等对穿透曲线的影响。

氢气纯化变压吸附循环的热效应

变压吸附(PSA:Pressure Swing Adsorption)技术可以用于对混合气体进行高效的分离,在工业废气回收与利用氢气中被广泛采用。本文主要根据热力学基本理论,基于Aspen过程仿真平台建立多组分气体在多孔介质中的吸附、传热传质模型,以预测Cu-BTC吸附床中的穿透曲线和PSA循环过程。该模型主要包括质量守恒、能量守恒和动量守恒方程。之后将模拟值与实验结果进行比较,模型能够很好地预测多组分气体在吸附床中的穿透曲线和PSA循环过程。在此基础上,研究PSA循环吸附过程的热效应对穿透曲线的影响机理,针对PSA循环氢气纯化系统,研究吸附压力和进气流率对穿透曲线和PSA性能的影响。在吸附床再生阶段对吸附床降压和在吸附过程中采用较高的压力,有利于系统的分离性能和氢气回收率的提高。

活性炭/沸石层状双床的氢气纯化变压吸附参数研究

采用多组分气体传热传质模型,基于扩展的Dual-site Langmuir吸附等温线模型建立了层状双床结构,对5组分混合气体(H2∶CO∶N2∶CO2∶Ar=88∶3∶6∶2∶1)在两种不同的吸附剂(活性炭和沸石LiX)下的穿透及循环实验的模拟值和实验值做出了对比验证。在此基础上运用Aspen模拟平台,构建了层状双床氢气纯化变压吸附6步循环模型,对层状床穿透曲线进行了参数研究,并进一步研究了不同进气速率以及吸附步骤时间对产品氢气纯度和回收率的影响。结果表明,在一定范围内增加吸附压力及减小进气速率有益于杂质气体的吸附,适当降低进气速率和吸附步骤时间会提高产品氢气的纯度同时会降低其回收率。