CN102491271A - 一种修复钯膜组件缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修复钯膜组件缺陷的方法，利用高温金属扩散的原理，将金属补丁与钯膜缺陷处紧紧密封在一起，使金属补丁紧贴于有缺陷的钯基膜表面。所使用的补丁可以是透氢的钯或者其合金膜，也可以是不透氢的非钯金属薄片。本发明所提供的修补钯膜缺陷的方法简单、快速、易操作、设备简单，特别适合于钯膜组件上裂痕等缺陷的修补。

Description

一种修复钯膜组件缺陷的方法

技术领域

本发明属于利用金属钯膜分离氢气技术领域，具体涉及利用金属扩散技术修补钯膜缺陷的一种方法，使含缺陷的钯膜重新应用于分离氢气。

背景技术

目前世界上90％的氢气来自于碳氢化合物(天然气，煤，生物质等)的重整，气化或裂解等化学过程后，合成气的提纯是其中一个关键的工艺过程。钯及其合金膜因其独特的透氢性能而备受关注。钯及其合金加热到一定温度后，选择性透过氢气却不允许其他气体的通过，基于钯及其合金的这一特点，其可用于分离提纯氢气。钯膜分离可以得到的氢气纯度高达99.9999％，这是其他的氢气分离方法所不能比拟的。近50年来钯膜分离技术发展迅速，现已逐渐用于化工、电子、医药、冶金、食品、石油化工及环境保护等领域所需要的高纯氢气的生产。

应用钯膜分离生产氢气的方法主要有两种：A)钯膜分离与制氢反应器分离，制氢反应器生产含氢合成气，其下游采用钯膜分离得到高纯度氢气，该方法工艺简单，操作维修都比较方便。B)将膜组件与制氢反应器耦合为一体成为膜反应器，利用该反应器一步法从原料气中经过反应和分离得到高纯度的氢气。膜分离与反应过程的耦合可打破反应的热力学平衡，使得反应有利于向产氢的方向进行。但由于反应器中增加了膜分离组件，反应器结构复杂，钯膜与反应介质及催化剂直接接触，运行条件比较恶劣，容易造成钯膜缺陷。

钯位于元素周期表的第5周期第8副族，属比较稀有的金属，价格昂贵，钯膜分离氢气时氢气透过量与膜的厚度成反比，所以薄的钯膜会比较受青睐。钯及其合金膜在高温下(大于400℃)，制作过程中或应用过程中表面容易受破坏。当大面积的钯膜出现针孔等小裂缝后，非氢气体便可以透过钯膜，不能从混合物中分离的得到纯氢气，如果没有适当的修补技术，整块钯膜都将作废。本发明即用一种简单易操作的方法修补钯膜表面的缺陷部分，使其可以重新应用于高纯氢气的生产工艺中。

发明内容

针对钯膜组件局部出现缺陷就能导致整个钯膜组件不能用于分离提纯氢气的问题，本发明采用金属扩散技术修补钯膜组件，通过修补钯膜组件的缺陷处，使得此钯膜组件可以再次投入生产，提高钯膜组件的利用率。

这种修复钯膜组件缺陷的方法，包括如下步骤：

1、清洁钯膜组件缺陷处表面：使用过的钯膜组件表面可能存在一些污垢或灰尘，先用砂纸、棉布等擦拭、清理钯膜组件表面，特别是缺陷处的周围，尽量保证表面平整干净。

2、制备修复钯膜组件缺陷的补丁材料：补丁采用钯或其合金膜，厚度以5-25μm为宜，尺寸及形状由缺陷的尺寸及形状决定，以能覆盖住缺陷周围3-5mm为宜。

3、将补丁覆盖并压紧在钯膜组件表面缺陷处：将补丁覆盖住钯膜表面的缺陷处，并使缺陷位于补丁的中心，使用法兰等紧固件将补丁压紧在钯膜组件表面。为防止补丁与压紧法兰之间产生金属扩散，在补丁与法兰之间安装一层石墨垫片。石墨垫片完全覆盖住补丁，厚度以1-2mm为宜。对于平板钯膜组件，采用平板法兰。对于管状钯膜组件，利用与钯膜组件半径和形状相对应的圆形法兰。

4、补丁与钯膜组件缺陷表面进行金属扩散。通过以下步骤实现：

(1)将紧固了补丁的钯膜组件置于一个压力容器内，钯膜组件的高压侧钯膜表面直接面对容器，低压侧的管道接出压力容器。该压力容器温度可以通过电加热器进行调节。

(2)采用惰性气体(氩气、氦气等)吹扫压力容器，使压力容器处于惰性气体环境下，升温至250℃，温升速度小于5℃/min。

(3)同时向压力容器内通入氩气氢气，氩气氢气的摩尔流量保持在(2-5)。采用背压调节阀控制容器内压力慢慢升至0.1-0.4MPa，

(4)利用惰性气体(氩气、氦气等)吹扫钯膜组件的低压侧，注意低压侧的压力不能高过压力容器的压力。

(5)控制电加热器使容器升温至650℃，温升速度小于5℃/min，保持容器650℃的温度12-36小时。

(4)停止加热，压力容器开始降温，待温度降至300℃时，停止通入氢气。

(5)待温度降至常温后，停止通入氩气，打开压力容器，取出钯膜组件。

6、得到带有补丁的完整的钯膜组件。将法兰、石墨垫片拆除，此时补丁已经与钯膜组件牢牢的粘结在一起。用棉布清洁补丁表面的残留石墨，形成新的带有钯膜补丁的钯膜组件，可以重新用于氢气的分离。

通过上述钯膜补丁材料修复的钯膜组件，利用补丁修复的钯膜组件缺陷处仍然可以透过氢气。也可以用非钯的其他金属膜薄片代替钯膜补丁，修复方法同上。利用非钯的金属补丁修复的钯膜组件缺陷处不具备分离氢气的能力，其他非缺陷处仍然能够分离氢气。

附图说明

图1为将钯膜组件安装于压力容器内的管道连接。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。  需要说明的是，所举的实例，其作用只是进一步说明本发明的技术特征，而不是限定本发明。

某钯膜组件，钯膜组件上钯膜尺寸为36mm×40mm，在长方形钯膜的中心位置沿对角线方向膜被划伤，形成了约10mm长的缺陷。采用下述方法对膜组件进行修复。

1、用棉布擦拭、清理钯膜组件表面的灰尘，使表面平整干净。

2、选用含有钯75％银25％(质量比)的钯银合金膜，厚度20mm，长20mm，宽5mm。

3、将此钯膜补丁覆盖住钯膜表面的缺陷处，并使缺陷位于补丁的中心。补丁上覆盖一片与其相同尺寸的厚度为1mm的石墨垫片，使用法兰将补丁和石墨垫片压紧在钯膜组件表面。

4、如图1所示，将紧固了补丁的钯膜组件置于一个压力容器内，钯膜组件的高压侧钯膜表面直接面对容器，低压侧的管道一端接入惰性气体氩气，一端通大气。压力容器入口接氩气和氢气，氩气和氢气的流量可以通过质量流量控制仪控制。压力容器出口接背压调节阀，用于控制压力容器内压力。该压力容器温度可以通过电加热器进行调节。

5、采用氩气吹扫压力容器，氩气流量1L/min，吹扫20分钟。开启电加热器使容器升温至250℃，温升速度控制在3℃/min。

6，同时向压力容器内通入氩气氢气，  氩气流量160ml/min，氢气流量40ml/min。采用背压调节阀控制容器内压力慢慢升至0.3MPa。

7、利用氩气吹扫钯膜组件的低压侧，氩气流量150mL/min。

8、控制电加热器使容器升温至650℃，升温速度保持在3℃/min，在650℃下保持24小时。

9、停止加热，压力容器开始降温，待温度降至300℃时，停止通入氢气。

10、待温度降至常温后，停止通入氩气，打开压力容器，取出钯膜组件。

11、将法兰、石墨垫片拆除，此时补丁已经与钯膜组件牢牢的粘结在一起。用棉布清洁补丁表面的残留石墨，形成新的带有钯膜补丁的钯膜组件。将修补后的钯膜组件置于高压含氢合成气中，利用色谱检测低压侧的气体组分，氢气纯度大于99.999％。

Claims (2)

1.一种修复钯膜组件缺陷的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、清洁钯膜组件缺陷处表面；

B、制备修复钯膜组件缺陷的补丁材料：补丁采用钯或其合金膜，厚度为5-25μm，尺寸及形状由缺陷的尺寸及形状决定，尺寸应大于缺陷边沿3-5mm；

C、将补丁覆盖并压紧在钯膜组件表面缺陷处：将补丁覆盖在钯膜表面的缺陷处，并使缺陷位于补丁的中心，使用紧固件将补丁压紧在钯膜组件表面，在补丁与紧固件之间安装一层石墨垫片；石墨垫片完全覆盖住补丁，厚度为1-2mm；

D、补丁与钯膜组件缺陷表面进行金属扩散，通过以下步骤实现：

(1)将紧固了补丁的钯膜组件置于一个压力容器内，钯膜组件的高压侧钯膜表面直接暴露于压力容器内，低压侧由管道接出压力容器，该压力容器温度可以通过电加热器进行调节；

(2)采用惰性气体(氩气、氦气等)吹扫压力容器，使压力容器内处于惰性气体环境下，升温至250℃，温升速度小于5℃/min；

(3)同时向压力容器内通入氩气和氢气，氩气及氢气的摩尔流量之比保持在2～5之间，采用背压调节阀控制压力容器内压力慢慢升至0.1-0.4MPa(表压)；

(4)利用惰性气体(氩气、氦气等)吹扫钯膜组件的低压侧管道，控制低压侧压力低于压力容器内的压力；

(5)控制电加热器使压力容器升温至650℃，温升速度小于5℃/min，保持容器650℃的温度12-36小时；

(6)停止加热，压力容器开始降温，待温度降至300℃时，停止通入氢气；

(7)待温度降至常温后，停止通入氩气，打开压力容器，取出钯膜组件；

E、得到带有补丁的完整的钯膜组件：将法兰、石墨垫片拆除；得到带有钯膜补丁的钯膜组件，钯膜组件修补完成。

2.根据权利要求1所述的一种修复钯膜缺陷的方法，其特征在于所述的补丁可以用非钯的其他金属膜薄片代替。