高純度氫氣發生器

高純度氫氣發生器技術參數：

高純度氫氣發生器鈀擴散膜
鈀擴散膜通過壓力驅動 H+ 離子穿過鈀薄膜。鈀/銀合金薄膜可在溫度超過 300 可在溫時選擇性擴散使氫離子穿過薄膜，同時使 H2O、CO2 或 CO 等雜質無法穿過並留在薄膜內(nei) 側(ce) 。稍後可將這些雜質排至空氣中。鈀擴散器款式多樣，包括管陣列、螺旋管或薄膜箔。氫離子穿過薄膜後，會(hui) 形成可加壓的雙原子氫分子並傳(chuan) 輸至分析儀(yi) 器（參見圖 3.）。
但是，盡管能夠提供高純度氫氣，鈀電解槽壽命相對較短（3 至 5 年），供水或斷電期間薄膜中存在溶解氫氣所導致脆化會(hui) 形成流量或雜質變化，由此產(chan) 生的機械壓力會(hui) 易使鈀電池發生故障。
要提純並幹燥氫氣，變壓吸附利用改變穿過兩(liang) 個(ge) 充滿沸石吸附材料並聯柱的氫氣流量的原理工作，其中沸石吸附材料作為(wei) 分子篩（參見圖 4.），允許較小的氫分子通過，同時保留較大的水分子。氫氣在通過 A 柱時提純，少量幹燥氣體(ti) 向後排出通過 B 柱借助吸附材料淨化保留的水分。A 柱達到佳吸附時，過程反轉，此時 B 柱接替 A 柱進行氫氣提純，A 柱進行再生。兩(liang) 個(ge) 柱在氫氣提純和再生之間相互轉換，使係統能夠連續產(chan) 生經過提純的氫氣，其壓力波動和脈動效應可以忽略。每個(ge) 周期完成後，係統會(hui) 再生，因此無需更換材料。
可與(yu) PEM 同時使用的 PSA 另一可選幹燥係統為(wei) 矽膠幹燥係統（參見圖 5.）。該係統隻將 PEM 產(chan) 生的氫氣穿過矽膠柱去除水分。該係統 PSA 和鈀幹燥係統，但所產(chan) 生的高純度氫氣含有更多水分和氧氣。該係統維護費用相對較低，隻需定期按需更換消電離器盒和幹燥柱即可。
優(you) 缺點
研究表明鈀提純係統能夠產(chan) 生幹燥的氫氣1，但使用該係統亦存在諸多優(you) 缺點。利用對 H+ 的選擇透過性，低溫條件下薄膜中存在 H2 時發生斷電易使鈀脆化。鈀電解槽在高溫條件下工作，因此進行複雜的啟動和關(guan) 機程序以避免脆化並終對電解槽產(chan) 生損害。鈀電解槽的更換成本較高，並且其壽命相對較短。
另一方麵 PSA 在魯棒性和較低的維護需求方麵比鈀係統更具優(you) 勢。PSA 無需在高溫和高電解電流條件下工作，並且維護成本較低。盡管 PEM/PSA 能夠達到的純度略低於(yu) 鈀係統（質量 6.0 與(yu) 7.0），但 PSA 係統無需停機程序並且係統可在 2 至 3 小時內(nei) 達到較高的純度。
上述 4 種係統都可以產(chan) 生高純度氫氣，消除工作環境中存放氫氣瓶的需要。發生器的成本通常會(hui) 在所生產(chan) 氣體(ti) 質量以及生產(chan) 氣體(ti) 所采用的技術上體(ti) 現出來。您對發生器的選擇通常取決(jue) 於(yu) 氫氣的應用以及該應用對氣體(ti) 純度的要求

氫氣在實驗室中用途廣泛，常用作GC的載氣或燃燒氣。相較於(yu) 高壓氣瓶，氫氣發生器更加安全和經濟，但如何才能選擇到合適的氫氣發生器呢？
在本文中，我們(men) 將重點介紹需要考慮的因素。如果想采購一台氫氣發生器提供載氣，需要確認您的方法是否可以使用氫氣。
1.純度
純度是一個(ge) 重要的考量因素。如果您要用氫氣作為(wei) 載氣，很可能需要一個(ge) 高純的氫氣發生器。但如果是氫火焰離子化檢測器（FID）需要氫氣作為(wei) 燃燒氣，則並不需要純度高的氫氣。去離子水經質子交換膜技術電解產(chan) 生氫氣，再經幹燥劑過濾幹燥，專(zhuan) 為(wei) 檢測器提供穩定可靠的氫氣。去離子水經質子交換膜技術電解產(chan) 生氫氣，再經PSA幹燥器過濾幹燥，其產(chan) 氣純度高達99.9999%。
2.流量
若使用氫氣作載氣，另一個(ge) 影響發生器型號選擇的因素是流量。為(wei) 了確定發生器的流量，需要知道您的儀(yi) 器總氫氣用量。一旦確定了每部分的大流量需求，就可以通過相加來確定總流量，然後將總和乘以1.25和1.5便得到一個(ge) 大概的流量範圍。例如，如果您的儀(yi) 器需要氫氣總流量加起來達到100mL/min，其用氣量估算範圍在125mL/min到150mL/min，我們(men) 建議使用大輸出量為(wei) 200mL/min的Peak氫氣發生器。
3.壓力
對於(yu) 壓力，您會(hui) 發現對於(yu) 大多數GC，一般要求壓力低於(yu) 100psi，但如果您的儀(yi) 器離發生器較遠，則需要重新考慮壓力要求，以避免管道較長產(chan) 生壓降。
4.維護
您可能想問氫發生器的維護是否很繁瑣。與(yu) 鋼瓶或杜瓦罐需要定期進行安全檢查不同，氫氣發生器的維護簡單方便，且可以在實驗室內(nei) 進行。您所需要做的隻是大約每周補充一次去離子水，以及每年進行預防性維護，更換去離子柱以保護PEM電解池。
氫氣發生器現場製氫是更為(wei) 安全、經濟的氫氣解決(jue) 方案。GC上采用氫氣發生器也越來越普及。隨著氦氣的短缺，以前使用氦氣作GC-MS載氣的實驗室，現在趨向於(yu) 選擇氫氣發生器作為(wei) 可行的替代品。氫氣發生器意味著實驗室可以通過即產(chan) 即用的方式獲取可靠的氫氣，不依賴第三方供氣，消除因氣體(ti) 供應不足而停機的風險，從(cong) 而有效降低整體(ti) 成本。

人類社會(hui) 的高速發展,使得對能源的需求量不斷增長,人類所使用的一次能源從(cong) 化石燃料等能源向太陽能、風能等可再生能源轉化已是大勢所趨。然而,這些可再生能源通常缺少轉化、儲(chu) 存和恢複的途徑,而作為(wei) 二次能源的氫能,恰恰為(wei) 一次能源、化學能和電能之間的轉化和存儲(chu) 提供了高效的途徑。
隨著近年對氫能的研究,氫能的存儲(chu) 和迅速釋放也成為(wei) 了一個(ge) 明星課題。作為(wei) 化學儲(chu) 氫的一種方式,(Na BH4)以其高氫儲(chu) 量、氫氣釋放便捷和相對穩定的化學性質,受到了廣泛關(guan) 注。本文以Na BH4水解為(wei) 理論基礎,製備了Na BH4水解所需催化劑,設計了氫氣發生及淨化係統並對其製氫的效率與(yu) 純度進行了考察,終將其應用於(yu) 集成的燃料電池係統中,實現了50-80W級燃料電池應用性設計。
本文從(cong) NaBH4水解原理出發,製備了用於(yu) Na BH4堿性溶液水解的催化劑,催化劑通過浸漬還原的方法製備,以非晶態Co-B-P為(wei) 有效催化成分,以泡沫鎳為(wei) 搭載基體(ti) 。本文還對不同負載量的Co-B-P/泡沫鎳催化劑的反應催化效率進行了初步測試,在對15wt%Na BH4溶液催化時,負載率43%的催化劑高催化速度可達每平方厘米240ml/min(反應溫度75℃)。此後,本文對氫氣發生和淨化係統進行了結構設計和性能考察。
結構上,氫氣發生器為(wei) 內(nei) 外腔可氣液分離式結構,淨化裝置為(wei) 回流管-散熱片-回流管-吸收劑四級結構。性能上,氫氣發生器可裝載上述負載率43%的催化劑66cm2,對流速不超過6ml/min的15wt%Na BH4溶液催化轉化率在85%以上,持續供氫速率1800ml/min,且反複使用40次負載率仍在35%以上;淨化裝置的散熱裝置可以對超過90%的含堿蒸氣冷凝,並依靠氫氣壓力周期性回流,吸收劑消耗量高5g/小時,氫氣中堿性雜質去除,純淨氫氣可以供燃料電池係統長時間使用。
後,本文對小型化燃料電池係統結構於(yu) 控製進行設計,並將上述氫氣發生器應用其中,進行了綜合性能測試。燃料電池適工作壓強為(wei) 50-70k Pa,長時間按工作溫度不超過50℃。燃料電池係統淨重2.2kg,高輸出功率為(wei) 82W,對應輸出電壓12V,能量密度高可達353Wh/kg,並在9小時的連續工作中性能無明顯衰退,完成了50W以上的燃料電池係統集成,具有實際應用價(jia) 值。