工業氫氣凈化方法和流程應當根據所用的工業氫氣中的雜質種類及其含量的具體情況和生產的要求來確定,同時還要確定凈化劑及其用量,凈化設備的大小及數量。
在安裝凈化系統時,首先要考慮到凈化劑的順序,由于氫氣純度的要求不同,因此在安裝時必須對系統有如下要求:
1. 要求所用的各種凈化劑必須是高純度的,同時凈化效果要好,不與氫反應,不消耗氫氣,有較大的處理量,凈化速度快,能連續使用,便于活化和再生。
2. 凈化劑的安裝應按照凈化劑的凈化能力,由強到弱及各種凈化劑的特點和要求來確定,一般應先脫氧后除去水。
3. 要求凈化器一般須要有兩套設備,一套再生,一套備用。
4. 凈化設備應當簡單,管道盡可能短,管道邊連續處,必須密封,并要求凈化設備與管道不與凈化劑起反應。
氫氣凈化流程
工業上獲得氫氣的方法很多,來源很豐富,各種來源氫氣經過凈化均可以作為高純金屬冶煉(如作為SiCL4或SiHCl3還原法生產多晶硅和硅外延)技術的使用,一般認為電解氫的純度高,易于凈化。
常用的凈化有兩種,一種是催化脫氧及吸附干燥法;另一種是鈀合金擴散法。鈀合金擴散法是目前國內外凈化氫氣比較先進的方法。但是鈀合金膜設備和材料較稀少,而且使用鈀合金膜時,氫氣仍需預先凈化,因此這種方法的應用還不十分廣泛,催化脫氧吸附干燥法是比較經濟的,是一種被廣泛應用的方法。
1. 催化脫氧吸附干燥法的工藝流程
電解氫→回火器→除油器→Ni-Cr接觸劑→水冷器→深冷器→(兩套)→粗氫↑→Ni-Cr接觸劑→水冷→硅膠→硅膠→分子篩→分子篩→粗過濾→精過濾→純氫
2. 回火器和Ni-Cr接觸劑的作用原理
回火器的作用,當氫和其它氣體燃燒時,氣體通過回火器可以起到一個緩沖和散熱的作用,因為回火器內裝有一些散熱的物質(如銅屑和活性銅以及其它物質)起散熱隔離的作用。
Ni-Cr接觸劑一般裝在凈化劑的前面,當氫中氧通過Ni-Cr接觸劑時,將氧轉化成水,達到除氧的目的。其反應如下:
2H2+O2→(Ni-Cr觸媒80~100℃)2H2O
最理想的氫氣凈化流程是級除去氫氣中的一切雜質,實際上達到 絕對不含雜質是困難的,目前應用的鈀合金擴散法是一種較先進的方法。
鈀合金擴散法
鈀膜凈化劑的原理
將氫氣通入鈀合金擴散室,在300~500時,氫被吸附在鈀壁上,氫在鈀的催化作用下電離為質子(H2——2H+),由于鈀的晶格常數為3.88A0(20℃),而氫的質子半徑為1.5×10-5A0,因此它們就透過鈀表面進入膜盒而逸出,并重新結合成分子,而其它雜質(如N2、CO2等雜質)既不溶解也不電離,仍以分子狀態停留在鈀合金的另一側,從而使氫與所有的氣體雜質分離開來,這種氫氣凈化的主要原理是利用鈀對氫的高效選擇和可透性來提純氫氣。