浅谈氢气中微量杂质的去除方法

浅谈氢气中微量杂质的去除方法

1.引言

氢气的用途十分的广泛，氢是主要的工业原料也是重要的工业气体和特种气体，同样，氢也是一种理想的二次能源。制造氢气的方法也有很多种，如水电解制氢，甲醇裂解制氢，水煤气制氢，天然气制氢，电解食盐水的副产氢，还有各种可以回收的氢，等。但是这样产生出来的氢气都是粗氢，里面含有各种的其他杂质，杂质的品种往往和生产氢的工艺有着直接的关系，为了得到纯度较高的氢气，就需要把这些杂质去除掉，下面就粗略的介绍下其中几项杂质的去除方法。

2.氢气中氧气的去除【1】

氧气的去除一般采用催化剂法，其去除氧气的化学反应式为：

2H₂+O₂=2H₂O

2.1 钯触媒催化剂

是一种以活性氧化铝为载体的薄壳型高效脱氧催化剂，这种催化剂在国内外都得到广泛的应用，具有催化活性高、操作简便、使用安全、勿需再生、使用寿命长的特点，已广泛应用于各行各业的气体净化技术中。

使用条件及技术参数【2】

注：a.使用温度不能超过450℃。
b.该催化剂应避免与氯化物、硫化物等接触，以防中毒失效。

 2.2  4.02型催化剂

    是一种高效的脱氧剂，用活性金属成型制作，脱氧剂失效后，需要用氢气活化还原恢复其脱氧活性。

使用条件及技术参数【3】

注：.使用温度不能超过500℃。

3. 氢气中微量一氧化碳的去除

  微量的一氧化碳的去除一般也是采用催化剂，其去除一氧化碳的反应式为：

2CO+O₂=2CO₂

脱一氧化碳的催化剂为多元金属氧化物体系，该催化剂主要用于单组份和多组份混合气体（不含烯烃）催化转化脱除一氧化碳。

使用条件及技术参数【4】

4.氢气中水及二氧化碳的去除【1】

去除这两种物质的方法一般是用吸附法，分子筛就是通过吸附可以把这两种物质同时除去。通常用的分子筛有5A型和13X型分子筛。

4.15A分子筛【4】

5A型分子筛是一种钙钾型的硅铝酸盐，晶体的孔径为5Å（0.5nm）,能吸附临界直径不大于本身孔径的分子。

其化学式为：Ca₄*5Na₃[(AlO₂)₁₂(SiO₂)₁₂]·XH₂O。

吸附的分子为：有效直径＜5A的分子，包括C₃H₈,n-C₄H₁₀到C₂₂H₄₆,n-C₄H₉OH及更大同族元素，R-12及R-22。

排出的分子为：有效直径＞5A的分子，亦即异构化合物及所有四环碳化合物。

4.2 13X型分子筛【4】

  13X型分子筛是一种钠型的硅铝酸盐，晶体的孔径为10Å（1.0nm）, 能吸附临界直径不大于本身孔径的分子。

其化学式为：Na₈₆[(AlO2)₈₆(SiO₂)₁₀₆]XH₂O。

吸附的分子为：有效直径＜10A的分子

排出的分子为：有效直径＞10A的分子，如(C₄F₉)₃N。

  吸附去除水及二氧化碳的效率通常和原料气的质量，再生气的质量，再生气的温度，再生的方式等有着密切的联系，通常理想状况下，产品气的二氧化碳的含量可以达到1ppm,水的露点可以达到-60℃。如果产品气中二氧化碳的含量想达到更高的去除率，也可以考虑采用冷箱，因为二氧化碳在-78.5℃的时候会变为固态俗称干冰，控制好冷箱的温度，做好气体和固体的分离体系，就可以更彻底的去除二氧化碳。

5.氢气中微量氯的去除

   脱氯剂的主要成分是碱金属和碱土金属的氧化物和碳酸盐，在一定的条件下发生如下的反应：

NaCO₃+2HCL=2NaCL+H₂O+CO₂

CaCO₃+2HCL=CaCL₂+H₂O+CO₂

CaO+2HCL=CaCL₂+H₂O

Na₂O+2HCL=2NaCL+H₂O

   脱氯剂有在低温下运行的也有在高温下运行的，下面简单介绍下一种在低温下运行的脱氯剂的使用条件和参数。

使用条件及技术参数【5】

注：脱氯剂的使用要根据其氯容量，定期的进行更换。

6.氢气中微量氮的去除

  水电解制氢的产品氢气中的含微量氮,其中的氮主要来自微量溶解水中的氮,可以通过向原料水中鼓氧的方法进行初步去除，此方法产品氢气中氮含量小于1PPM，如需进一步降低N2含量，可选择非蒸散型锆铁钛、锆铝16、锆钒铁吸气剂高温对N2进行脱除，不需要把吸气金属蒸散出来，通过对吸气金属表面激活使其具有吸气能力。

使用条件及技术参数【6】