CN101691209A - 高压超纯氢制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压超纯氢制备的方法，采用装有pu-8吸附剂的高压吸附器吸附杂质，之后注入烧结镍管高压氢气过滤器除尘，其中吸附器采用了两只，一只用于净化，另一只用于再生，并按一定时间切换两只吸附器，本方法简单，造价低，投资少，控制稳定，操作使用方便，产量易调。

Description

高压超纯氢制备方法

技术领域

本发明涉及一种气体的制备方法，特别涉及一种超纯氢的制备工艺。

背景技术

电子特气产品-超纯氢(含氢量≥99.9999％)，是现代电子、光纤、纳米、石化等方面和一些尖端科技上的重要原料。是环境、卫星飞船、海底实验室、潜艇、外太空等大气成分析测定和星球物质即时测量等进行高精密化学分析必须的高纯气源；是半导体集成电路和光导纤维研制生产、集成光学和纳米研究、晶体外延生长等不可缺少的原料；食品、药品、疾病控制上、防化学污染、公案研究破案、运动员兴奋剂检测、贵金属熔炼、火箭燃料分析等方面也离不开超纯氢。随着新兴产业和科技迅速发展，应用范围越来越广，用量逐年增长。

电子特气产品-超纯氢，生产难度大，生产厂家少，生产量小。当前，国内外仅有三种生产方法，各有优缺点，分别为：

(1)扩散膜(或管)分离法

以纯氢为原料，其膜(或管)只允许氢及其同位素通过，从而获得超纯氢。这为典型超纯氢生产法。该法的膜(管)极为昂贵，生产成本极高，生产量极小，只用在100-300超纯氢发生器上，作为分析仪载气或焰气。

国内上海硕光电子科技有限公司75-34UK型派克-波思腾超纯氢发生器，北京科普生分析科技有限公司、北京精华正成科技开发公司、大连物化所、大连凯华新技术工程有限公司和大连科纳科学技术公司及光明化工设计研究院等生产的SPH-300全自动超纯氢发生器，苏州安创仪器有限公司和上海青柏科技有限公司生产的Parker超纯氢发生器，山东聊城科威化工仪器公司生产的BG5型数控钯扩散管，均属极昂贵的钯合金扩散膜(管)、小气量、小型生产方法。

俄罗斯莫斯科Topchie石油化学研究所研究出了廉价的以特种材料制成的气体分离膜生产超纯氢方法。该法的原理同上，但它是降低成本、扩大生产量的新途径、新方法。

(2)储氢合金吸放法

在一定温度、压力下，钛系、锆系、稀土系等金属能大量吸收氢气转化为金属氢化物，单位体积吸储的氢气可为相同温度、压力下气态的1000倍。吸时放热，加热就能够释放获得高压、质好、量大的超纯氢，于工业和科技界使用。

浙江大学首次提出，处国内研究应用的领先地位，其储氢合金法生产13-15pa，产量12，24，48m3/n的超纯氢装置，九十年代起已较多投放市场应用。

但是，该法由于氢化物自身很不稳定，易受有害成分毒害，较长时间、多次反复吸放使用，性能会明显下降。同时，还存在着机械强度问题，目前的储氢合金材料反复吸放，应用次数不多就要更换，而更换一次价格很高，生产成本就高上去了。

我国物理冶金和金属材料学家陈炳兆等人发明了钛铁锰合金制备超纯氢方法和装置，以≥98％工业氢气，通过中间放氢和最终三次排杂放氢法，能快速连续制取30-80升/分超纯氢.

东北大学、四川大学发明LaNi5型吸释氢材料获得超纯氢法。最近又研究成功直接从太阳光和水，透过金属催化剂，直接、便宜、清洁途径获氢后，通过钯银合金制备超纯氢法。另有太阳能光电水解得氢后，通过纳米、镁镍等矿物吸释氢获超纯氢法。然而，他们也都属储氢合金吸放生产超纯氢法。

(3)低温吸附法

以水电解制得氢，先采用催化脱氧吸附干燥除杂工艺制得高纯氢，后加压至高压的高纯氢采用纯化深度深的液氮温度下的低温吸附法，除去微量的氮、氧、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水等杂质，获得bpp级的超纯氢。

(a)八十年代，化工部光明化工设计研究院研制有QCH-24低温吸附法试验装置生产超纯氢。

(b)九十年代，化工部光明化工设计研究院又研制了60m3/h生产量的低温吸附生产超纯氢装置，于无锡新苑科学气体厂使用。

(c)目前，大连圣迈化学有限公司应用大连物化所技术，生产有全自动低温法超纯氢净化设备投放市场。

该法虽能扩大超纯氢生产量，但在实际操作使用中、适应条件上、液氮调节、控制温度等等方面，存在着许多问题，常常影响着装置不能正常生产，产品质量很不稳定。

发明内容

针对国内外现有的三种超纯氢生产方法存在的问题，本发明的发明目的是提供一种以高压高纯氢为原料，筛选使用北京大学化学院研发、对氮氧吸附容量(尤为对氮)均大、同时可除其他微量杂质、不同一般4A，5A，13X等等吸附剂的pu-8新型吸附剂，并采用过量10倍吸咐剂用量、低6倍常用吸附气速、自控在高压下净化杂质等的新工艺及直接灌充洁净超纯氢钢瓶，成功生产超纯氢的新方法。

本发明的技术方案是：一种制造高压超纯氢方法，包括如下步骤：

(1)将纯度为99.999％高纯氢原料在膜式氢压机中加压至15Mpa；

(2)将上述步骤中生成的高压高纯氢气注入高压吸附器A中，吸附器A中装有PU-8吸附剂，吸附器A中的条件为高压、常温、吸附气速小于0.008m/s，吸附气由下向上，将高压高纯氢气中的杂质净化；

(3)将步骤(2)中得到的经过杂质净化的气体注入烧结镍管高压氢气过滤器除尘，系统由自力式高压控制阀恒控在15Mpa，待取样分析测定合格后，灌装至超纯氢钢瓶；

(4)在步骤(3)开始的同时，在步骤(2)中得到的经过杂质净化的气体注入烧结镍管高压氢气过滤器前，将气体注入减压器减压，由流量计计量在5％产品量值后，注入装有PU-8吸附剂的高压吸附器B，在低压、温控250℃下，由上向下再生吹带出被吸的杂质，使PU-8吸附器B获得再生；

本发明可以根据需要按规定时间切换一次高压切换阀，变高压吸附器B净化杂质，高压吸附器A获得再生，根据超纯氢需求生产量，按此循环作业确定生产时间。

本发明的有益效果有：

1、与国内外现有的三种超纯氢生产法技术比，它比钯膜(钯管)分离法造价低，生产量大而可调。比贮氢合金吸放法投资小，生产成本低，使用寿命长，设备和操作简单。比低温吸附法易调节控制，不需大量的液氮消耗，装置易开停，自动化程度高，产品质量稳定。

2、再生吹冷用的产品气消耗量为5％，比一般氢气纯化装置10-15％低得多。

3、采用的PU-8新型吸附剂比一般的5A，4A，13X分子筛常用吸附剂吸附能力强，容量大、深度深，尤为对难净化掉的惰性气体氮气，常温常压就可达22ml/g的吸附容量，比5A，13X等妤4-5倍，且性能稳定。更为在采用特定的使用条件(采用比常用吸附气速低6倍之特低的吸附气速、装比理论用量过量10倍的吸附剂量、高压15MPa等)，针对的又是净化杂质含量很低的高纯氢气(氮气≤5PPM，氧气≤1PPM，CO2≤1PPM，CO≤1PPM，甲烷≤1PPM，H2O≤3PPM)，净化达到超纯氢(氮气≤0.4PPM，氧气≤0.2PPM，CO2≤0.1PPM，CO≤0.1PPM，甲烷≤0.2PPM，H2O≤1PPM)，技术方案切实可行。

4、采用特制的、过滤效能可达99.999％、尘粒可＜0.2u烧结镍过滤管的高压不锈钢过滤器，比现用刚玉、陶瓷、纤维材质过滤器效能、性能好。

具体实施方式

一种制造高压超纯氢方法，包括如下步骤：

(1)将纯度为99.999％高纯氢原料在膜式氢压机中加压至15Mpa；

(2)将上述步骤中生成的高压高纯氢气注入高压吸附器A中，吸附器A中装有PU-8吸附剂，吸附器A中的条件为15Mpa高压、常温、吸附气速小于0.008m/s，吸附气由下向上，将高压高纯氢气中的杂质净化；

(3)将步骤(2)中得到的经过杂质净化的气体注入烧结镍管高压氢气过滤器除尘，系统由自力式高压控制阀恒控在15Mpa，待取样分析测定合格后，灌装至超纯氢钢瓶；

(4)在步骤(3)开始的同时，在步骤(2)中得到的经过杂质净化的气体注入烧结镍管高压氢气过滤器前，将气体注入减压器减压，由流量计计量在5％产品量值后，注入装有PU-8吸附剂的高压吸附器B，在低压、温控250℃下，由上向下再生吹带出被吸的杂质，使PU-8吸附器B获得再生。操作中8小时加热再生，16小时吹冷；

本发明24小时切换一次高压切换阀，变高压吸附器B净化杂质，高压吸附器A获得再生，根据超纯氢需求生产量，按此循环作业确定生产时间。

上述高压吸附器A和高压吸附器B采用SR63.5、壁厚16高压球形封头，直径￠159、壁厚16、高H＝1680的不锈钢筒体制造，内装15Kg PU-8新型吸附剂，筒外包二组2KW/220V环形电加热元件和筒内直插￠10、长1500、二根1.2KW/220V加热捧间接换热，环形电加热元件外捆扎50mm厚超细玻璃丝棉毡保温层和铆包0.75mm厚不锈钢板，高压不锈钢过滤器内装3根、￠18、长300mm、过滤能力＞0.10m3/min的烧结镍过滤管，并由高压不锈钢管阀和附件组成的生产装置，对由膜式氢压机加压至15Mpa高纯氢原料，在特定条件的操作使用下，每小时可制造压力为14.8Mpa的超纯氢气50立方米。

本方法制造的超纯氢气按GB/T7445-1995规定的检验方法，逐瓶检验、逐瓶验收。

Claims (1)

1.一种制造高压超纯氢方法，其特征是包括如下步骤：

(1)将纯度为99.999％高纯氢原料在膜式氢压机中加压至15Mpa；

(2)将上述步骤中生成的高压高纯氢气注入高压吸附器A中，吸附器A中装有PU-8吸附剂，吸附器A中的条件为高压、常温、吸附气速小于0.008m/s，吸附气由下向上，将高压高纯氢气中的杂质净化；

(3)将步骤(2)中得到的经过杂质净化的气体注入烧结镍管高压氢气过滤器除尘，系统由自力式高压控制阀恒控在15Mpa，待取样分析测定合格后，灌装至超纯氢钢瓶；

(4)在步骤(3)开始的同时，在步骤(2)中得到的经过杂质净化的气体注入烧结镍管高压氢气过滤器前，将气体注入减压器减压，由流量计计量在5％产品量值后，注入装有PU-8吸附剂的高压吸附器B，在低压、温控250℃下，由上向下再生吹带出被吸的杂质，使PU-8吸附器B获得再生；

本发明可以根据需要按规定时间切换一次高压切换阀，变高压吸附器B净化杂质，高压吸附器A获得再生，根据超纯氢需求生产量，按此循环作业确定生产时间。