CN116692771A - 一种外压式高纯氢气净化器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外压式高纯氢气净化器，包括一端插入有膜管焊接法兰，另一端插入有上封头的外筒体，膜管焊接法兰插入外筒体一端封闭且均匀开设有若干个通孔，每个通孔中均焊接有钯膜管，钯膜管远离膜管焊接法兰一端封闭，外筒体中还设置有与上封头密封连接的内筒体，内筒体中设置有具有透气孔的支撑盘，膜管焊接法兰远离外筒体一端密封连接有端面法兰，端面法兰上设置有纯氢接口，外筒体上设置有原料气接口，上封头设置有尾气排放接口，外压式高纯氢气净化器中还设置有伸入内筒体的测温套管。本发明的外压式高纯氢气净化器结构简单，布局紧凑，装置体积小，抗气体冲击、抗震动性优良，氢气的纯化分离效率高，单位体积气体处理量大。
Description
技术领域
本发明属于氢气净化设备及其制造技术领域，具体涉及一种外压式高纯氢气净化器及其制备方法。
背景技术
高纯氢气在石油化工、电子工业、冶金工业、航空航天等领域有着广泛的应用。近些年随着新能源产业的快速发展，促进了高纯氢气生产和分离技术研究。净化氢的方法有催化法、变压吸附法、金属氢化物法，钯合金膜扩散法等，钯膜扩散法由于其具有独特的纯化性能，可获得99.9999％以上的高纯氢，并且该技术方法具有装置结构紧凑、体积重量小，操作使用方便等特点，适合于中、小规模高纯氢的净化，具有广泛的应用前景。
钯膜扩散法是基于钯膜氢气净化器实现从混合氢气中分离提纯得到高纯氢气，钯膜净化器通常由钯膜管组件、外部密封壳体，管路接口等组成。根据氢气净化器的工作原理可知钯膜透氢量和净化效率与钯膜的成分、厚度、膜两侧的氢分压有关。除此之外，净化器的结构形式及结构参数设计对氢的纯化和分离性能有很大关系，包括钯膜管的分布方式，长径比，接口大小与位置等因素。另外，现有的膜管组件通常采用熔焊的方式与管壳密封连接，其缺点在于钯膜管损坏后，不好更换和维修，另外现有的外压式钯膜管净化器抗气流冲击性、抗震动性能较差，使得钯膜发生变形损伤，从而影响钯膜净化器的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种外压式高纯氢气净化器。该净化器通过设置外筒体并在其中设置膜管焊接法兰和钯膜管，将输入的需要净化的氢气进行净化，提供了一种构简单，布局紧凑，装置体积小，抗气体冲击、抗震动性优良，氢气纯化分离效率高，单位体积气体处理量大的外压式高纯氢气净化器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，该外压式高纯氢气净化器包括外筒体，所述外筒体一端插入有密封连接的膜管焊接法兰，另一端插入有密封连接的上封头，所述膜管焊接法兰插入外筒体一端封闭且均匀开设有若干个通孔，每个所述通孔中均密封焊接有钯膜管，所述钯膜管远离膜管焊接法兰一端封闭，所述外筒体中还设置有容纳所有钯膜管的内筒体，所述内筒体与上封头密封连接，所述内筒体中设置有供钯膜管穿过的支撑盘，所述支撑盘上还设置有透气孔，所述膜管焊接法兰远离外筒体一端密封连接有端面法兰，所述端面法兰上设置有纯氢接口，所述外筒体上设置有原料气接口，所述上封头设置有尾气排放接口，所述外压式高纯氢气净化器中还设置有伸入内筒体的测温套管。
上述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述钯膜管为自支撑的致密钯管或在多孔金属上镀钯膜的复合管；所述致密钯管和钯膜的成分为质量纯度大于99％的纯Pd或钯合金，所述钯合金除含有Pd外，还包含Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Re、Ni、Fe、Ta、V、Zr、Nb、Y中的一种或两种以上；所述致密钯管的直径为1mm～10mm，壁厚为0.005mm～0.2mm，长度为100mm～1000mm；所述的多孔金属管镀钯膜复合管，其中的多孔金属管直径为4mm～10mm，壁厚为0.5mm～2mm，镀膜厚度为0.005mm～0.02mm，长度为100mm～1000mm；所述钯膜管的数量为1根～200根。
上述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述膜管焊接法兰封闭端上的通孔满足：相邻通孔的边缘间距为1mm～20mm；所述膜管焊接法兰封闭端上的通孔均设置有深度为0.5mm～2mm的沉孔。
上述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述支撑盘中心开有与测温套管适配的通孔，所述透气孔的孔径为0.5mm～10mm。
上述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述测温套管伸入内筒体一端封闭。
上述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述端面法兰、外筒体、内筒体、膜管焊接法兰、上封头的材质为不锈钢、耐热钢、镍基合金或铜基合金。
上述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述内筒体由筒帽和筒身组成，所述筒帽的外径大于筒身的外径，所述筒帽上设有多个均匀分布的U型槽，所述U型槽的宽度为2mm～5mm，深度2mm～10mm；所述外筒体与内筒体的筒身的组合间隙为2mm～10mm。
上述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述钯膜管与膜管焊接法兰采用真空钎焊或自熔焊密封连接，所述端面法兰与膜管焊接法兰端采用可拆卸的法兰盘密封连接。
另外，本发明还提供了一种制备外压式高纯氢气净化器的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据净化器气体处理量，确定钯膜管的规格、数量，然后制备钯膜管，得到多根钯膜管；所述钯膜管为自支撑的致密钯管或在多孔金属上镀膜的复合管；
步骤二、根据钯膜管的规格、数量从而确定膜管焊接法兰上和支撑盘上的通孔的孔径以及通孔的排布方式和数量，并分别在膜管焊接法兰和支撑盘上开取一致的通孔，同时在支撑盘中心开取与测温套管外径一致通孔，得到膜管焊接法兰和支撑盘；
步骤三、将步骤一中制备多根钯膜管的一端封头，另一端插入步骤二中得到的膜管焊接法兰的通孔中，采用焊接将二者密封连接，得到钯膜管束组件；
步骤四、将测温套管插入支撑盘的中心孔中，固定于适当位置，然后将步骤三中得到的钯膜管束组件中每一个钯膜管按膜管焊接法兰的排布方式与支撑盘对应的通孔进行组装，最后与内筒体、外筒体、上封头和端面法兰密封连接，得到外压式高纯氢气净化器。
本发明通过制备钯膜管然后将钯膜管和膜管焊接法兰、支撑盘进行组装，然后依次安装测温套管、内筒体、外筒体、上封头和端面法兰密封连接，得到外压式高纯氢气净化器。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述焊接满足：所述钯膜管为自支撑的致密钯管时采用钎焊的方法，所述钯膜管为在多孔金属上镀膜的复合管时采用熔焊的方法，所述熔焊为激光焊、氩弧焊或等离子焊。本发明根据膜管的形态采用不同的焊接方法，致密钯管采用钎焊的方法，复合管采用熔焊的方法，即激光焊、氩弧焊、等离子焊。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过设置外筒体并采用膜管焊接法兰和上封头封堵，提供净化空间，通过设置原料气接口和尾气排放接口便于引入需要净化的氢气和排出杂质气体，通过在膜管焊接法兰上焊接密封连接有端面法兰并设置有纯氢接口，作为净化后的高纯氢气的产品输出端，通过在膜管焊接法兰上安装钯膜管，将输入的需要净化的氢气进行净化，通过设置内筒体将所有钯膜管围在中心，便于氢气净化，通过设置支撑盘对钯膜管进行支撑，通过设置透气孔便于未渗透的氢气和杂质气体穿过，通过设置测温套管并安装测温器便于检测外压式高纯氢气净化器内部的温度，提供了一种构简单，布局紧凑，装置体积小，抗气体冲击、抗震动性优良，氢气纯化分离效率高，单位体积气体处理量大的外压式高纯氢气净化器。
2、本发明的外压式高纯氢气净化器工作时原料氢通入原料气接口后，经由外筒体和内筒体的组合间隙、筒帽的U型槽后与钯膜管接触，氢气从钯膜管外部向里面渗透，杂质气体滞留在钯膜管外侧，纯化后所得的高纯氢通过纯氢口输出，未渗透的氢气和杂质气体从尾气排放接口排出，氢气纯化分离效率高，单位体积气体处理量大。
3、本发明通过制备钯膜管然后将钯膜管和膜管焊接法兰、支撑盘进行组装，然后依次安装测温套管、内筒体、外筒体、上封头和端面法兰密封连接，得到外压式高纯氢气净化器，过程简单，便于推广使用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明外压式高纯氢气净化器的结构示意图。
图2为本发明外压式高纯氢气净化器内筒体的结构示意图。
图3为本发明外压式高纯氢气净化器内筒体的筒帽的结构示意图。
附图标记说明：
1—外筒体； 2—膜管焊接法兰； 3—上封头；
4—钯膜管； 5—内筒体； 5-1—筒帽；
5-2—筒身； 6—支撑盘； 7—端面法兰；
8—纯氢接口； 9—原料气接口； 10—尾气排放接口；
11—测温套管。
具体实施方式
本发明的一种外压式高纯氢气净化器通过实施例1进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的外压式高纯氢气净化器包括外筒体1，所述外筒体1一端插入有密封连接的膜管焊接法兰2，另一端插入有密封连接的上封头3，所述膜管焊接法兰2插入外筒体1一端封闭且均匀开设有若干个通孔，每个所述通孔中均密封焊接有钯膜管4，所述钯膜管4远离膜管焊接法兰2一端封闭，所述外筒体1中还设置有容纳所有钯膜管4的内筒体5，所述内筒体5与上封头3密封连接，所述内筒体5中设置有供钯膜管4穿过的支撑盘6，所述支撑盘6上还设置有透气孔，所述膜管焊接法兰2远离外筒体1一端密封连接有端面法兰7，所述端面法兰7上设置有纯氢接口8，所述外筒体1上设置有原料气接口9，所述上封头3设置有尾气排放接口10，所述外压式高纯氢气净化器中还设置有伸入内筒体5的测温套管11。
需要说明的是，通过设置外筒体1作为外压式高纯氢气净化器的外壳，通过设置膜管焊接法兰2和上封头3对外筒体1两端封堵，提供净化空间，通过在外筒体1上设置有原料气接口9便于引入需要净化的氢气，通过在上封头3设置有尾气排放接口10便于杂质气体排出，通过在外筒体1一端插入膜管焊接法兰2，在膜管焊接法兰2上焊接密封连接有端面法兰7并设置有纯氢接口8，作为净化后的高纯氢气的产品输出端，通过使膜管焊接法兰2插入外筒体1一端封闭且均匀开设有若干个通孔，用于安装钯膜管4，并且防止漏气，通过设置钯膜管4用于将输入的需要净化的氢气进行净化，通过设置内筒体5将所有钯膜管4围在中心，便于氢气净化，通过设置支撑盘6对钯膜管4进行支撑，通过设置透气孔便于未渗透的氢气和杂质气体穿过，通过设置测温套管11并安装测温器便于检测外压式高纯氢气净化器内部的温度。
需要说明的是，纯氢接口8、尾气排放接口10、原料气接口9采用卡套式接口或VCR接头。
需要说明的是，原料气接口9，尾气排放接口10的直径为4mm～25mm。
本实施例中，钯膜管4为自支撑的致密钯管或在多孔金属上镀钯膜的复合管；所述致密钯管和钯膜的成分为质量纯度大于99％的纯Pd或钯合金，所述钯合金除含有Pd外，还包含Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Re、Ni、Fe、Ta、V、Zr、Nb、Y中的一种或两种以上；所述致密钯管的直径为1mm～10mm，壁厚为0.005mm～0.2mm，长度为100mm～1000mm；所述的多孔金属管镀钯膜复合管，其中的多孔金属管直径为4mm～10mm，壁厚为0.5mm～2mm，镀膜厚度为0.005mm～0.02mm，长度为100mm～1000mm；所述钯膜管4的数量为1根～200根。
需要说明的是，钯膜管4为两种形式，一种是自支撑的致密钯管，也就是由钯或钯合金制成的钯管，另一种是在多孔金属管上镀制一层钯或钯合金形成的复合管，通过控制致密钯管或钯膜的成分和尺寸，控制氢气净化的效果，通过控制钯膜的控制氢气净化的效率，很据实际需要进行选择。
本实施例中，膜管焊接法兰2封闭端上的通孔满足：相邻通孔的边缘间距为1mm～20mm；所述膜管焊接法兰2封闭端上的通孔均设置有深度为0.5mm～2mm的沉孔。通过控制通孔的间距即控制钯膜管4的间距，保证了钯膜管4之间具有合适的距离，将净化器中的氢气均匀进行净化。
本实施例中，支撑盘6中心开有与测温套管11适配的通孔，所述透气孔的孔径为0.5mm～10mm。通过在支撑盘6中心开有与测温套管11适配的通孔，便于测温套管11伸入净化器中心，便于检测净化器内的温度。
本实施例中，测温套管11伸入内筒体5一端封闭。通过使测温套管11伸入内筒体5一端封闭防止漏气。
本实施例中，端面法兰7、外筒体1、内筒体5、膜管焊接法兰2、上封头3的材质为不锈钢、耐热钢、镍基合金或铜基合金。通过控制端面法兰7、外筒体1、内筒体5、膜管焊接法兰2、上封头3的材质保证了氢气净化的效果，也保证了净化器的使用寿命。
如图2和图3所示，本实施例中，内筒体5由筒帽5-1和筒身5-2组成，所述筒帽5-1的外径大于筒身5-2的外径，所述筒帽5-1上设有多个均匀分布的U型槽，所述U型槽的宽度为2mm～5mm，深度2mm～10mm；所述外筒体1与内筒体5的筒身5-2的组合间隙为2mm～10mm。通过筒帽5-1的外径大于筒身5-2的外径便于在外筒体1与内筒体5的筒身5-2之间形成组合间隙，便于原料氢经由外筒体1和筒身5-2的组合间隙、U型槽后与钯膜管4接触，提高净化的效果，通过控制U型槽的尺寸，便于控制接触钯膜管4的原料氢的量，保证了净化的效果。
本实施例中，钯膜管4与膜管焊接法兰2采用真空钎焊或自熔焊密封连接，所述端面法兰7与膜管焊接法兰2端采用可拆卸的法兰盘密封连接。
本发明的一种外压式高纯氢气净化器的制备方法通过实施例2～4进行详细描述。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、根据净化器气体处理量，确定钯膜管4的规格、数量，然后制备钯膜管4，得到50根钯膜管4；所述钯膜管4为采用熔炼轧制拉拔方式制备的自支撑的致密钯钇合金管，直径为2mm，壁厚为0.08mm，长度为500mm；
步骤二、根据钯膜管4的规格、数量从而确定膜管焊接法兰2上和支撑盘6上的通孔的孔径以及通孔的排布方式和数量，并分别在膜管焊接法兰2和支撑盘6上开取一致的通孔，同时在支撑盘6中心开取与测温套管11外径一致通孔，得到膜管焊接法兰2和支撑盘6；所述膜管焊接法兰2上均匀分布有50个与钯膜管4外径适配的通孔，其孔径为2.05mm，相邻通孔边缘间距3mm，每个通孔上都设置有0.5mm深的沉孔；所述支撑盘6中心开有与测温套管11直径适配的通孔，其直径为6mm，同时设有与钯膜管4适配的50个通孔，其直径为2.2mm，所述支撑盘6上还分布有数量不等直径为1mm和2mm的透气孔；所述钯膜管4围绕膜管焊接法兰2的轴线均布排列；
步骤三、将步骤一中制备多根钯膜管4的一端封头，另一端插入步骤二中得到的膜管焊接法兰2的通孔中，采用钎焊焊接将二者密封连接，得到钯膜管束组件；
步骤四、将测温套管11插入支撑盘6的中心孔中，固定于适当位置，然后将步骤三中得到的钯膜管束组件中每一个钯膜管4按膜管焊接法兰2的排布方式与支撑盘6对应的通孔进行组装，最后与内筒体5、外筒体1、上封头3和端面法兰7密封连接，得到外压式高纯氢气净化器；所述外筒体1、内筒体5、上封头3、测温套管11，膜管焊接法兰2和端面法兰7的材质为316不锈钢，外筒体1与内筒体5的筒身5-2的组合间隙为2mm；所述内筒体5的筒帽5-1上的U型槽的宽度为5mm，深度为5mm；所述测温套管11的管径为6mm；所述外压式高纯氢气净化器中的尾气排放接口10、纯氢接口8和原料气接口9均采用1/4英寸VCR接头。
本实施中致密钯钇合金管的成分还可为质量纯度大于99％的纯Pd或钯合金，所述钯合金除含有Pd外，还包含Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Re、Ni、Fe、Ta、V、Zr、Nb中的一种或两种以上
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、根据净化器气体处理量，确定钯膜管4的规格、数量，然后制备钯膜管4，得到5根钯膜管4；所述钯膜管4为在多孔不锈钢管表面化学镀钯银膜的复合管，直径为8mm，壁厚为1mm，钯银膜厚为0.005mm，长度为200mm；
步骤二、根据钯膜管4的规格、数量从而确定膜管焊接法兰2上和支撑盘6上的通孔的孔径以及通孔的排布方式和数量，并分别在膜管焊接法兰2和支撑盘6上开取一致的通孔，同时在支撑盘6中心开取与测温套管11外径一致通孔，得到膜管焊接法兰2和支撑盘6；所述膜管焊接法兰2上均匀分布有5个与钯膜管4外径适配的通孔，其孔径为8.1mm，相邻通孔边缘间距20mm，每个通孔上都设置有2mm深的沉孔；所述支撑盘6中心开有与测温套管11直径适配的通孔，其直径为8mm，同时设有与钯膜管4适配的5个通孔，其直径为8.2mm，所述支撑盘6上还分布有数量不等直径为4mm和6mm的透气孔；所述钯膜管4围绕膜管焊接法兰2的轴线均布排列；
步骤三、将步骤一中制备多根钯膜管4的一端封头，另一端插入步骤二中得到的膜管焊接法兰2的通孔中，采用氩弧焊焊接将二者密封连接，得到钯膜管束组件；
步骤四、将测温套管11插入支撑盘6的中心孔中，固定于适当位置，然后将步骤三中得到的钯膜管束组件中每一个钯膜管4按膜管焊接法兰2的排布方式与支撑盘6对应的通孔进行组装，最后与内筒体5、外筒体1、上封头3和端面法兰7密封连接，得到外压式高纯氢气净化器；所述外筒体1、内筒体5、上封头3、测温套管11，膜管焊接法兰2和端面法兰7的材质为310耐热钢，外筒体1与内筒体5的筒身5-2的组合间隙为5mm；所述内筒体5的筒帽5-1上的U型槽的宽度为4mm，深度为4mm；所述测温套管11的管径为8mm；所述外压式高纯氢气净化器中的尾气排放接口10、纯氢接口8和原料气接口9均采用8mm卡套式接头。
本实施中镀钯银膜的复合管中钯银膜的成分还可为质量纯度大于99％的纯Pd或钯合金，所述钯合金除含有Pd外，还包含Cu、Au、Pt、Ru、Re、Ni、Fe、Ta、V、Zr、Nb、Y中的一种或两种以上
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、根据净化器气体处理量，确定钯膜管4的规格、数量，然后制备钯膜管4，得到200根钯膜管4；所述钯膜管4为采用熔炼轧制拉拔方式制备的自支撑的致密钯铜合金管，直径为1mm，壁厚为0.06mm，长度为1000mm；
步骤二、根据钯膜管4的规格、数量从而确定膜管焊接法兰2上和支撑盘6上的通孔的孔径以及通孔的排布方式和数量，并分别在膜管焊接法兰2和支撑盘6上开取一致的通孔，同时在支撑盘6中心开取与测温套管11外径一致通孔，得到膜管焊接法兰2和支撑盘6；所述膜管焊接法兰2上均匀分布有200个与钯膜管4外径适配的通孔，其孔径为1.02mm，相邻通孔边缘间距1mm，每个通孔上都设置有1mm深的沉孔；所述支撑盘6中心开有与测温套管11直径适配的通孔，其直径为4mm，同时设有与钯膜管4适配的200个通孔，其直径为1.1mm，所述支撑盘6上还分布有数量不等直径为0.5mm和1mm的透气孔；所述钯膜管4围绕膜管焊接法兰2的轴线均布排列；
步骤三、将步骤一中制备多根钯膜管4的一端封头，另一端插入步骤二中得到的膜管焊接法兰2的通孔中，采用钎焊焊接将二者密封连接，得到钯膜管束组件；
步骤四、将测温套管11插入支撑盘6的中心孔中，固定于适当位置，然后将步骤三中得到的钯膜管束组件中每一个钯膜管4按膜管焊接法兰2的排布方式与支撑盘6对应的通孔进行组装，最后与内筒体5、外筒体1、上封头3和端面法兰7密封连接，得到外压式高纯氢气净化器；所述外筒体1、内筒体5、上封头3、测温套管11，膜管焊接法兰2和端面法兰7的材质为蒙乃尔400合金，外筒体1与内筒体5的筒身5-2的组合间隙为5mm；所述内筒体5的筒帽5-1上的U型槽的宽度为3mm，深度为10mm；所述测温套管11的管径为4mm；所述外压式高纯氢气净化器中的尾气排放接口10、纯氢接口8和原料气接口9均采用1/2英寸的VCR接头。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、根据净化器气体处理量，确定钯膜管4的规格、数量，然后制备钯膜管4，得到1根钯膜管4；所述钯膜管4为在多孔不锈钢管表面化学镀钯银膜的复合管，直径为10mm，壁厚为2mm，钯银膜厚为0.01mm，长度为100mm；
步骤二、根据钯膜管4的规格、数量从而确定膜管焊接法兰2上和支撑盘6上的通孔的孔径以及通孔的排布方式和数量，并分别在膜管焊接法兰2和支撑盘6上开取一致的通孔，同时在支撑盘6中心开取与测温套管11外径一致通孔，得到膜管焊接法兰2和支撑盘6；所述膜管焊接法兰2上均匀分布有1个与钯膜管4外径适配的通孔，其孔径为8.1mm，每个通孔上都设置有1mm深的沉孔；所述支撑盘6中心开有与测温套管11直径适配的通孔，其直径为5mm，同时设有与钯膜管4适配的1个通孔，其直径为8.2mm，所述支撑盘6上还分布有数量不等直径为1mm和2mm的透气孔；
步骤三、将步骤一中制备多根钯膜管4的一端封头，另一端插入步骤二中得到的膜管焊接法兰2的通孔中，采用氩弧焊焊接将二者密封连接，得到钯膜管束组件；
步骤四、将测温套管11插入支撑盘6的中心孔中，固定于适当位置，然后将步骤三中得到的钯膜管束组件中每一个钯膜管4按膜管焊接法兰2的排布方式与支撑盘6对应的通孔进行组装，最后与内筒体5、外筒体1、上封头3和端面法兰7密封连接，得到外压式高纯氢气净化器；所述外筒体1、内筒体5、上封头3、测温套管11，膜管焊接法兰2和端面法兰7的材质为310耐热钢，外筒体1与内筒体5的筒身5-2的组合间隙为10mm；所述内筒体5的筒帽5-1上的U型槽的宽度为2mm，深度为2mm；所述测温套管11的管径为5mm；所述外压式高纯氢气净化器中的尾气排放接口10、纯氢接口8和原料气接口9均采用8mm卡套式接头。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、根据净化器气体处理量，确定钯膜管4的规格、数量，然后制备钯膜管4，得到100根钯膜管4；所述钯膜管4为在多孔不锈钢管表面化学镀钯银膜的复合管，直径为4mm，壁厚为0.5mm，钯银膜厚为0.02mm，长度为1000mm；
步骤二、根据钯膜管4的规格、数量从而确定膜管焊接法兰2上和支撑盘6上的通孔的孔径以及通孔的排布方式和数量，并分别在膜管焊接法兰2和支撑盘6上开取一致的通孔，同时在支撑盘6中心开取与测温套管11外径一致通孔，得到膜管焊接法兰2和支撑盘6；所述膜管焊接法兰2上均匀分布有100个与钯膜管4外径适配的通孔，其孔径为8.1mm，相邻通孔边缘间距10mm，每个通孔上都设置有2mm深的沉孔；所述支撑盘6中心开有与测温套管11直径适配的通孔，其直径为6mm，同时设有与钯膜管4适配的100个通孔，其直径为8.2mm，所述支撑盘6上还分布有数量不等直径为8mm和10mm的透气孔；所述钯膜管4围绕膜管焊接法兰2的轴线均布排列；
步骤三、将步骤一中制备多根钯膜管4的一端封头，另一端插入步骤二中得到的膜管焊接法兰2的通孔中，采用氩弧焊焊接将二者密封连接，得到钯膜管束组件；
步骤四、将测温套管11插入支撑盘6的中心孔中，固定于适当位置，然后将步骤三中得到的钯膜管束组件中每一个钯膜管4按膜管焊接法兰2的排布方式与支撑盘6对应的通孔进行组装，最后与内筒体5、外筒体1、上封头3和端面法兰7密封连接，得到外压式高纯氢气净化器；所述外筒体1、内筒体5、上封头3、测温套管11，膜管焊接法兰2和端面法兰7的材质为310耐热钢，外筒体1与内筒体5的筒身5-2的组合间隙为8mm；所述内筒体5的筒帽5-1上的U型槽的宽度为2mm，深度为8mm；所述测温套管11的管径为6mm；所述外压式高纯氢气净化器中的尾气排放接口10、纯氢接口8和原料气接口9均采用8mm卡套式接头。
实施例7
本实施与实施例4的区别在于：所述钯膜管4为采用熔炼轧制拉拔方式制备的自支撑的致密钯铜合金管，直径为10mm，壁厚为0.005mm，长度为100mm。
实施例8
本实施与实施例4的区别在于：所述钯膜管4为采用熔炼轧制拉拔方式制备的自支撑的致密钯铜合金管，直径为6mm，壁厚为0.2mm，长度为200mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，该外压式高纯氢气净化器包括外筒体(1)，所述外筒体(1)一端插入有密封连接的膜管焊接法兰(2)，另一端插入有密封连接的上封头(3)，所述膜管焊接法兰(2)插入外筒体(1)一端封闭且均匀开设有若干个通孔，每个所述通孔中均密封焊接有钯膜管(4)，所述钯膜管(4)远离膜管焊接法兰(2)一端封闭，所述外筒体(1)中还设置有容纳所有钯膜管(4)的内筒体(5)，所述内筒体(5)与上封头(3)密封连接，所述内筒体(5)中设置有供钯膜管(4)穿过的支撑盘(6)，所述支撑盘(6)上还设置有透气孔，所述膜管焊接法兰(2)远离外筒体(1)一端密封连接有端面法兰(7)，所述端面法兰(7)上设置有纯氢接口(8)，所述外筒体(1)上设置有原料气接口(9)，所述上封头(3)设置有尾气排放接口(10)，所述外压式高纯氢气净化器中还设置有伸入内筒体(5)的测温套管(11)。
2.根据权利要求1所述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述钯膜管(4)为自支撑的致密钯管或在多孔金属上镀钯膜的复合管；所述致密钯管和钯膜的成分为质量纯度大于99％的纯Pd或钯合金，所述钯合金除含有Pd外，还包含Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Re、Ni、Fe、Ta、V、Zr、Nb、Y中的一种或两种以上；所述致密钯管的直径为1mm～10mm，壁厚为0.005mm～0.2mm，长度为100mm～1000mm；所述的多孔金属管镀钯膜复合管，其中的多孔金属管直径为4mm～10mm，壁厚为0.5mm～2mm，镀膜厚度为0.005mm～0.02mm，长度为100mm～1000mm；所述钯膜管(4)的数量为1根～200根。
3.根据权利要求1所述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述膜管焊接法兰(2)封闭端上的通孔满足：相邻通孔的边缘间距为1mm～20mm；所述膜管焊接法兰(2)封闭端上的通孔均设置有深度为0.5mm～2mm的沉孔。
4.根据权利要求1所述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述支撑盘(6)中心开有与测温套管(11)适配的通孔，所述透气孔的孔径为0.5mm～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述测温套管(11)伸入内筒体(5)一端封闭。
6.根据权利要求1所述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述端面法兰(7)、外筒体(1)、内筒体(5)、膜管焊接法兰(2)、上封头(3)的材质为不锈钢、耐热钢、镍基合金或铜基合金。
7.根据权利要求1所述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述内筒体(5)由筒帽(5-1)和筒身(5-2)组成，所述筒帽(5-1)的外径大于筒身(5-2)的外径，所述筒帽(5-1)上设有多个均匀分布的U型槽，所述U型槽的宽度为2mm～5mm，深度2mm～10mm；所述外筒体(1)与内筒体(5)的筒身(5-2)的组合间隙为2mm～10mm。
8.根据权利要求1所述的一种外压式高纯氢气净化器，其特征在于，所述钯膜管(4)与膜管焊接法兰(2)采用真空钎焊或自熔焊密封连接，所述端面法兰(7)与膜管焊接法兰(2)端采用可拆卸的法兰盘密封连接。
9.一种制备如权利要求1～8中任一权利要求所述外压式高纯氢气净化器的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据净化器气体处理量，确定钯膜管(4)的规格、数量，然后制备钯膜管(4)，得到多根钯膜管(4)；所述钯膜管(4)为自支撑的致密钯管或在多孔金属上镀膜的复合管；
步骤二、根据钯膜管(4)的规格、数量从而确定膜管焊接法兰(2)上和支撑盘(6)上的通孔的孔径以及通孔的排布方式和数量，并分别在膜管焊接法兰(2)和支撑盘(6)上开取一致的通孔，同时在支撑盘(6)中心开取与测温套管(11)外径一致通孔，得到膜管焊接法兰(2)和支撑盘(6)；
步骤三、将步骤一中制备多根钯膜管(4)的一端封头，另一端插入步骤二中得到的膜管焊接法兰(2)的通孔中，采用焊接将二者密封连接，得到钯膜管束组件；
步骤四、将测温套管(11)插入支撑盘(6)的中心孔中，固定于适当位置，然后将步骤三中得到的钯膜管束组件中每一个钯膜管(4)按膜管焊接法兰(2)的排布方式与支撑盘(6)对应的通孔进行组装，最后与内筒体(5)、外筒体(1)、上封头(3)和端面法兰(7)密封连接，得到外压式高纯氢气净化器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤三中所述焊接满足：所述钯膜管(4)为自支撑的致密钯管时采用钎焊的方法，所述钯膜管(4)为在多孔金属上镀膜的复合管时采用熔焊的方法，所述熔焊为激光焊、氩弧焊或等离子焊。
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| CN202310692667.1A CN116692771A (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 一种外压式高纯氢气净化器及其制备方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116966751A (zh) * | 2023-09-22 | 2023-10-31 | 淄博晟元新材料科技有限责任公司 | 一种钯合金管净化器组件 |
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| CN116966751B (zh) * | 2023-09-22 | 2024-01-05 | 淄博晟元新材料科技有限责任公司 | 一种钯合金管净化器组件 |
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