CN110357036A - 一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置，包括圆柱状的密闭壳体、进气管、出气管、过滤腔、收集腔以及多孔支撑体，密闭壳体内壁设有加热元件；滤腔与收集腔从上而下依次间隔分布，且二者间隔是上下表面设有滤氢膜的多孔支撑体；过滤腔与进气管连通，收集腔与出气管连通。并如下方法实现分离提纯氢气，两台结构相同分离提纯装置串接，待提纯的气体通入一台分离提纯装置，原有氢气和加热裂解的氢气经过滤腔，透过滤氢膜与多孔支撑体分离提纯；二次提纯后，收集氢气。本发明装置工作面积大，产品气量大，回收率高；氢气浓度可以达到99％以上；耐用性极好，可靠性高，使用寿命长。本发明工艺成熟、流程短，运行成本低，具有很高的经济价值。

Description

一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置及方法

技术领域

本发明属于能源与化工技术领域，具体涉及一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置及方法。

背景技术

随着全球能源危机日益加剧，氢气作为一种清洁能源，人们对氢能的开发应用寄于极大的热忱和希望。氢具有燃烧热值高，其燃烧产物为水，不会带来环境污染，氢通过燃料电池可以把化学能直接转换为电能；其中如何制取大量、廉价的氢气是目前主要的难题之一。

目前，面对产量与日俱增的固体废弃物，为了减少对人类的生存环境的影响，越来越多用于裂解制备氢气，前景可观；然而制得的气体虽都是小分子气体，但成分复杂，而现有的分离装置仅仅去除气体带出物等杂质，对于其他气体分离效果甚微。

现有分离氢气技术比较成熟的有：冷冻分离法、变温吸附法、变压吸附(PSA)分离技术、气体膜分离技术。其中气体膜分离技术因具备能耗低、装置结构简单、材料来源广等优点，备受关注。利用由于各种气体在膜组中的溶解度和扩散系数的不同，导致不同气体在膜中的相对渗透速率有差异。在膜两侧压力差的作用下，渗透速率相对较快的气体(如H2、He)优先通过膜在渗透侧富集；而渗透速率相对较慢的气体(如CH4、C2H6等)在非渗透侧富集，从而达到混合气体分离的目的。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置及方法。本发明无污染且分离效率高，而且解决了氢气提纯困难的难题。

为了上述目的，本发明一种技术方案如下：

一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置，包括圆柱状的密闭壳体、进气管、出气管，进气管与出气管贯穿密闭壳体并分立两侧，密闭壳体内壁设有加热元件；所述装置还包括过滤腔、收集腔以及多孔支撑体，过滤腔与收集腔从上而下依次间隔分布，多孔支撑体位于过滤腔与收集腔之间，多孔支撑体上下表面设有滤氢膜；过滤腔与进气管连通，收集腔与出气管连通。

所述进气管的进口端和废气出口都装有阀门，由电脑控制开启与关闭及流量控制。

所述出气管的出口端装有减压阀，减压稳压，控制气体流通量；底部设有取样口并装有截止阀。

所述过滤腔和收集腔安装有温度传感器和压力传感器，把测得数据传给电脑。

本发明另一种技术方案：

一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的方法，步骤如下：

(1)两台结构相同分离提纯装置通过其上段的气体连接管道连通，气体连接管道装有流量计；

(2)待提纯的气体从一台分离提纯装置顶端连续或间歇加入；气体中的其他气体经过加热再一次被裂解成氢气，原有氢气和新裂解的氢气经上至下设置的过滤腔，透过滤氢膜与多孔支撑体分离提纯；

(3)一次提纯后的氢气，再进入下一个分离提纯装置，如步骤(2)循环，冷却降温，收集；

(4)其他气体及杂质从分离提纯装置底部的废气出口排出，进入洗气箱，除杂后收集可作为普通生活燃气。

进一步地，所述多孔支撑体为多孔陶瓷载体；滤氢膜为金属钯或钯合金复合膜。

进一步地，所述方法可以通过两台分离提纯装置的取样口分别取样，检测氢气纯度，从而控制提纯工艺。

进一步地，所述方法可以从第一台分离提纯装置的取样口直接收集一次提纯的氢气，实现氢气产品的纯度的多样化。

有益效果：

1.本发明装置工作面积大，产品气量大，回收率高；氢气浓度可以达到99％以上；耐用性极好，可靠性高，使用寿命长；

2立式圆柱结构的壳体加热均匀，热利用率高，同时减少占地面积；

3.本发明工艺流程短，运行成本低、设备投资少，具有很高的经济价值；

4通过自动温控仪控温，阀门调节流量，无需特别训练的操作人员，即可得到连续、稳定的气量，：分解压力低，真正的无氧制氢和无氧环境，保证了系统安全性。

附图说明

图1为本发明分离提纯装置的结构示意图。

图2为本发明图1的俯视示意图。

图3为本发明实施1的工艺示意图。

图4为本发明实施2的工艺示意图。

图中，1-密闭壳体，2-进气管，3-出气管，4-过滤腔，5-收集腔，6-多孔支撑体，7-滤氢膜，8-进口端，9-废气出口，10-阀门，11-出口端，12-减压阀，13-取样口，14-截止阀，15-气体连接管道，16-流量计，17-钯合金复合膜，18-多孔陶瓷载体，19-洗气箱，20-加热元件。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。

实施例1

参照图1，本发明提供了一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置，包括圆柱状的密闭壳体(1)、进气管(2)、出气管(3)、过滤腔(4)、收集腔(5)以及多孔支撑体(6)，进气管(2)与出气管(3)贯穿密闭壳体(1)并分立两侧，密闭壳体(1)内壁设有加热元件(20)；过滤腔(4)与收集腔(5)从上而下依次间隔分布，多孔支撑体(6)位于过滤腔(4)与收集腔(5)之间，多孔支撑体(6)上下表面设有滤氢膜(7)，结合图2可知，过滤腔(4)、收集腔(5)与多孔支撑体(6)横截面都是圆形，工作面积大且无死角，利于提纯过程，滤氢膜(7)位于多孔支撑体(6)平面上不易变形或剥落，使用寿命长。

过滤腔(4)与进气管(2)连通，收集腔(5)与出气管(3)连通，过滤腔和收集腔安装有温度传感器和压力传感器，把测得数据传给电脑。

进气管(2)的进口端(8)和废气出口(9)都装有阀门(10)，由电脑控制开启与关闭及流量控制；出气管(3)的出口端(11)装有减压阀(12)，控制气体流通量；底部设有取样口(13)并装有截止阀(14)。

参照图3，本实施例的分离提纯方法具体如下：

(1)两台结构相同分离提纯装置(A与B)通过其上段的气体连接管道(15)连通，气体连接管道(15)装有流量计(16)；

(2)待提纯的气体从A分离提纯装置顶端连续或间歇加入；气体中的其他气体经过加热再一次被裂解成氢气，原有氢气和新裂解的氢气经上至下设置的过滤腔(4)，钯合金复合膜(17)与多孔陶瓷载体(18)分离提纯；

(3)一次提纯后的氢气，再进入B分离提纯装置，如上述循环，冷却降温，收集；

(4)其他气体及杂质从分离提纯装置底部的废气出口(9)排出，进入洗气箱(19)，除杂后收集可作为普通生活燃气。

实施例2

参照图4，本实施例的分离提纯方法与实施例1基本相同，不同在于于可以从A分离提纯装置的取样口(13)直接收集一次提纯的氢气，可收集不同纯度的氢气产品；若无需更高纯度的氧气，B分离提纯装置可不工作。

尽管已经示出和描述了本发明的技术方案，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置，包括圆柱状的密闭壳体、进气管、出气管，进气管与出气管贯穿密闭壳体并分立两侧，其特征在于：密闭壳体内壁设有加热元件；所述装置还包括过滤腔、收集腔以及多孔支撑体，过滤腔与收集腔从上而下依次间隔分布，多孔支撑体位于过滤腔与收集腔之间，多孔支撑体上下表面设有滤氢膜：过滤腔与进气管连通，收集腔与出气管连通。

2.如权利要求1所述的从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置，其特征在于，所述进气管的进口端和废气出口都装有阀门，由电脑控制开启与关闭及流量控制。

3.如权利要求1所述的从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置，其特征在于，所述出气管的出口端装有减压阀，减压稳压，控制气体流通量；底部设有取样口并装有截止阀。

4.如权利要求1所述的从废弃物裂解气中分离高纯氢气的装置，其特征在于，所述过滤腔和收集腔安装有温度传感器和压力传感器，把测得数据传给电脑。

5.一种从废弃物裂解气中分离高纯氢气的方法，其特征在于，步骤如下：

(1)两台结构相同分离提纯装置通过其上段的气体连接管道连通，气体连接管道装有流量计；

(2)待提纯的气体从一台分离提纯装置顶端连续或间歇加入；气体中的其他气体经过加热再一次被裂解成氢气，原有氢气和新裂解的氢气经上至下设置的过滤腔，透过滤氢膜与多孔支撑体分离提纯；

(3)一次提纯后的氢气，再进入下一个分离提纯装置，如步骤(2)循环，冷却降温，收集；

(4)其他气体及杂质从分离提纯装置底部的废气出口排出，进入洗气箱，除杂后收集可作为普通生活燃气。

6.如权利要求5所述的从废弃物裂解气中分离高纯氢气的方法，其特征在于，可以两台分离提纯装置的取样口分别取样，从而检测氢气纯度。