CN1048014A - 连续纯化氢气用纯化筒 - Google Patents

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陈雨田
董甲琪
崔熙中
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Abstract

本发明涉及氢气纯化系统中的纯化筒，它由两端带进气口，出气口的各种形状的密封容器，装在容器内的出口尘埃过滤板、进口尘埃过滤板及具有不吸或极少吸氢而能吸O2、N2、CO、CO2等杂质气体的锆基合金吸气材料组成，这种纯化筒结构简单，由它构成的纯化氢气系统需要的预处理系统少，被纯化的氢气压力不受限止，可实现大流量氢气连续纯化。

Description

本发明涉及气体纯化装置中的纯化筒，尤其与连续纯化氢气系统用的纯化筒有关。
高纯氢气是半导体工业、高纯金属工业、化学分析、及其它高纯原料生产中广泛使用的重要原料，在近代工业中占有极其重要的地位。但目前用各种方法生产制得的氢气一般都含有氧、氮、一氧化碳、水等杂质，要达到工业实用的氢气还应根据不同用途将氢气进行纯化。常用的氢气纯化法有吸收法、吸附法、低温分离法以及化学反应法等。这些纯化方法都能不同程度地提高氢气的纯度，但所使用的纯化装置存在下列问题：1，吸附法和低温分离法纯化氢气用的精制筒是由隔热容器外筒和装在其中的内筒组成的双层结构，筒体内筒用隔板隔成两个热交换室和一个吸附室。室内还配置多根管道。这种精制筒结构复杂，而且还需要液氮一类的低温源和深冷设备，还需要去除水分和二氧化碳等予处理系统，操作也复杂，因此耗能高、成本高，2.化学反应法所用装置中的纯化筒采用钯管不仅提高了装置的投资，而且在氢气压力太大时，钯管特别是钯管的焊接部分容易产生裂纹，因此氢气流量受限止。再则钯管长期在高温下工作容易中毒，3.吸收法纯化氢气装置是利用储氢材料具有吸氢和脱氢的特征实现纯化氢气的，因此，既需要热源又需要冷源，在纯化过程中，纯化气体的流量小，又不能连续纯化。
本发明的目的是设计一种氢气纯化筒，使用这种纯化筒的纯化氢气装置需要的予处理系统简单、被纯化的氢气压力不受限止，可实现连续纯化。
本发明设计的纯化筒由两端带进气口1和出气口6的密封容器7、盛在容器内的纯化氢气的粉末材料3组成。盛装的纯化氢气的粉末材料应具有不吸或极少吸氢而能吸收O2、N2、CO等气体的吸气材料，如各种锆基合金粉。盛装吸气材料的容器可以有各种形状，如各种截面的筒形容器和不同截面的螺旋状容器等。
为了控制和减少纯化后氢气中的尘埃量，可在容器上下端装有出口尘埃过滤板4和进口尘埃过滤板2。使用的过滤板可以是各种多孔粉末压制板，如多孔不锈钢和多孔钛板等。
为了简化装置，提高热利用率，在密封容器的外围带有加热炉体12。
需要纯化氢气时，先将纯化筒的出入口分别接入处理系统中，并将纯化筒置于加热装置中，然后从进气口1通入可控制流量的待纯化氢气，经进口尘埃过滤板2去除部分尘埃后，穿过加热的纯化氢气的粉末材料，氢气中的CO、H2O、O2、N2、CO2等气体被粉末材料层吸收后，纯净的氢气再经出口尘埃过滤板4进一步去除尘埃后，即可在出气口6导出纯化后的氢气。
使用本设计的纯化筒组成的纯化氢气系统装置简单，不需要价格昂贵的低温深冷设备，予处理系统少，因此投资少，操作简单;由于本设计的纯化筒纯化氢气是利用吸气材料不吸或少吸氢气而只吸收O2、CO、N2等气体的特性，因此被纯化的氢气压力不受限止，可实现大流量氢气连续纯化。在氢气压力高达6公斤力/厘米2，单台流量5米3/小时的条件下，仍可有效地纯化氢气。
附图1    本发明设计的氢气纯化筒的结构图。
附图2    为本发明设计的氢气纯化筒纯化氢气系统简图。
附图3    是本发明设计的另一种氢气纯化筒的结构图。
用下列非限定性实施例进一步说明本发明的实施方式及其效果。
一、附图1是本实施例设计的氢气纯化筒的结构。纯化筒的密封容器是用不锈钢材料制作的圆筒状容器，进口和出口尘埃过滤板采用厚度为3毫米的多孔钛板，装入经活化处理的成份为Zr∶Hf∶Al＝81∶3∶16（重量）的吸气材料0.5公斤。将此纯化筒置于加热炉体12中，纯化筒的两端接入氢气纯化系统中，如图2所示，其中8为流量阀，9为流量计，10为滤尘器，11为待纯化氢气瓶。先打开流量阀8向纯化系统充氢气，氢气压力为4公斤/厘米2，以1000升/小时流量冲洗纯化系统30分钟，然后使加热炉体升温，把氢气流量减到100升/小时，氢气压力为1公斤力/厘米2，在700℃炉温下即可长期连续纯化氢气。含氧量为900PPm、含氮量为180PPm、露点为-40℃的工业氢气经由本实施例的纯化筒组成的氢气纯化装置后，氢气中的含氧量为0.7PPm、含氮量为0.2PPm、露点为-76℃。单级净化效率为99.68%，连续纯化时间1000小时后，纯化效率仍为99%。这种尘埃极微的超高纯氢气特别适合半导体工业使用。
二、采用例一基本相同的氢气纯化筒，不同之处是氢气纯化筒的密封容器7的外围带有加热炉。
含氧量900PPm、含氮量为180PPm、露点为-40℃的工业氢经本实施例设计的纯化装置单级纯化后，可得到含氧量＜0.7PPm、含氮量0.2PPm，露点为-76℃的超高纯氢气。其纯化效果可达到钯催化剂纯化效果，即氢气纯度可达99.9999%。
三、采用与例一基本相同的纯化氢气系统，不同之处是纯化筒为图3所示的螺旋形结构。可得到与例一、二相同的纯化效果。
四、采用与例一基本相同的纯化氢气系统和纯化工艺，不同之处是密封容器内没有进、出口尘埃过滤板。使用本实施例的装置，可得到与例一相同的纯化效果，这种含有尘埃的超高纯氢气可在一般工业中使用。

Claims (4)

1、一种纯化氢气用的纯化筒，由密封容器、装在容器内的纯化剂组成，其特征是：
1)所说的密封容器7为两端带进气口1和出气口6各种形状的筒形容器，在所说的密封容器内装有纯化剂，
2)所说的纯化剂是具有不吸或极少吸氢而能吸收O2、N2、CO、CO2等气体的锆基合金吸气材料。
2、按权利要求1所说的纯化氢气用的纯化筒，其特征是所说的密封容器7是螺旋形容器。
3、按权利要求1或2所说的纯化氢气用的纯化筒，其特征是所说的密封容器的外围带有加热炉体12。
4、按权利要求3所说的纯化氢气用的纯化筒，其特征是所说的密封容器内还装有出口尘埃过滤板4和进口尘埃过滤板2。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101890293A (zh) * 2010-06-28 2010-11-24 彩虹集团公司 一种还原气氛烧结用气体的净化装置
CN109381941A (zh) * 2018-11-30 2019-02-26 西北有色金属研究院 一种氢同位素提纯净化过滤器
CN111268646A (zh) * 2020-02-26 2020-06-12 江苏鑫华半导体材料科技有限公司 对多晶硅生产中循环氢进行纯化的方法及系统

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