[其他]利用鈦鐵錳合金制備超純氫的方法和裝置

在審

• 申請號: 101985000000502
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100502B
• 公開（公告）日: 1986-12-31
• 發明（設計）人: 陳炳兆;趙施龍;葉榮;黃鐵生
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 季良赳

本發明是一種利用鈦鐵錳合金制備超純氫的方法和裝置它可以對純度大于９８％的工業氫進行提純，制得純度為９９．９９９９％的超純氫。本發明使用安裝有銅質扇形熱交換器并裝填鈦鐵錳儲氫合金的儲氫合金瓶和專門設計的高壓高真空閥門，并在提純過程中使用了中間放氫和最終三次排雜放氫工藝，以使儲氫合金瓶在６０℃的水加熱條件下，可以２０～８０升／分的速率連續釋放純度為９９．９９９９％的超純氫。本發明可用于所有需要超純氫的工業領域。

本發明是利用鈦鐵錳合金制備超純氫的方法和裝置，它可以獲得純度為99.9999%的超純氫。

常用的制備超純氫的方法有三種：鈀-銀膜熱擴散法。分子篩液氮冷凍法和變壓吸附法。其中，鈀-銀膜熱擴散法制得的氫氣純度最高，可達99.9999%，氫氣露點為≤-70℃，是目前國內外最常用的制備超純氫的方法。但是，鈀-銀膜是貴金屬，因而鈀-銀膜氫凈化器的價格昂貴，同時，由于鈀-銀膜易開裂損壞，導致氫氣純度降低，維修和運行費用高。變壓吸附法得到的氫氣純度較低，分子篩液氮冷凍法則要消耗液氮，使用不便。

七十年代以來，開始研制用儲氫金屬制備超純氫的技術。國外已有專利和文獻報導了這一技術。其中，聯邦德國專利（專利號2840265）和日本專利（特開昭55-149104），（特開昭57-156304）報導了獲得99.9999%以上的超純氫。聯邦德國專利2840265報導了凈化氫氣的方法和1.7米³儲氫合金瓶的性能，但沒有提及裝料及充氫工藝。其不足之處是：（1）熱交換器為十字形結構，熱交換面積小，致使在20升/分放氫速率下（用60℃水加熱）只能釋放出50%的超純氫。（2）需用99.9%純度的氫經液氮冷阱脫水后，再充入儲氫合金瓶，成本高。（3）當儲氫合金瓶放出10%儲氫量的氫氣后，氫中水含量才降到0.2PPM。（4）儲氫合金瓶容量較小（≤1.7立方米）。日本專利特開昭55-149104采用螺旋管狀熱交換器，單位重量熱交換器的熱交換面積小，純化系統復雜，要經過四級提純;該專利也沒有考慮氣相空間中富集水汽的液化，使儲氫合金的使用期限縮短，也沒報導凈化后氫氣的露點。日本專利（特開昭57-156304）報導的用儲氫材料純化氫氣的方法，其制得的氫純度也較低。日本的文獻National Technical Report Vol.29 No.1 Feb 1983，也報導了1.2立方米的儲氫合金瓶，雖稱可獲得99.9999%的超純氫，但其露點為-75℃，即氫中水含量為1.19PPM，嚴格地講純度只有99.9995%。

儲氫合金具有對氫氣選擇性吸收的本領，它的吸、放氫過程是一可逆的化學反應過程，其反應式為

M+Ｘ/２H_２MH_Ｘ+Q （1）

式中M為儲氫合金，MH_Ｘ為金屬氫化物，Q為熱量。在較高的氫壓和較低的溫度下，反應向右進行，生成氫化物，即吸氫過程，為放熱反應。當氫壓降低或升高溫度時，反應向左進行，氫化物分解，為放氫過程，是吸熱反應。由于氫氣中的雜質氣體不被儲氫合金吸收，故通過適當的手段就可以獲得超純氫。

本發明提出了一種利用鈦鐵錳合金制備超純氫的方法和裝置。它包括：安裝有扇形熱交換器的用以裝儲氫合金的鋼瓶，儲氫合金TiFe_0.8-0.9Mn_0.1-0.2的裝料工藝，活化工藝、充氫工藝，氫氣的排雜提純工藝、工業氫的初提純工藝，使用本發明的方法和裝置可把純度大于或等于98%的工業氫氣經過初提純和TiFe_0.8-0.9Mn_0.1-0.2儲氫合金瓶最終提純，制得99.9999%的超純氫。