CN212548925U - 一种氢纯化用竹节状复合钯膜管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，该竹节状复合钯膜管由多个单节膜管组焊而成，所述单节膜管由复合膜管和焊接在复合膜管两端的致密管组成，所述复合膜管由内到外依次为金属多孔基体管、包覆在所述金属多孔基体管上的金属多孔膜层、包覆在所述金属多孔膜层上的陶瓷阻挡层和包覆在所述陶瓷阻挡层上的致密钯基金属膜层，所述致密管与复合膜管的外径和内径均相同，所述致密管与金属多孔基体管的材质相同。本实用新型的竹节状复合钯膜管，能够应用于氢纯化，具有机械强度高，成本低的优点，防止了复合钯膜管过长导致的易开裂的不足，此外，复合膜管两端焊有致密管，具有加工性能好的优点，有效地降低了后续氢气纯化器的设计加工难度。

Description

一种氢纯化用竹节状复合钯膜管

技术领域

本实用新型属于多层复合膜材料技术领域，具体涉及一种氢纯化用竹节状复合钯膜管。

背景技术

钯膜对氢气有优良的选择透过性，可广泛应用于氢气分离及脱氢加氢反应等领域，传统的钯膜制备技术主要为冷轧法，钯膜厚度一般大于80μm，受工艺限制难以进一步降低，导致钯膜的成本较高，严重地限制了钯膜的大规模推广，针对上述问题，研究人员开发出金属多孔载体复合钯膜，复合钯膜以金属多孔载体为支撑，膜层厚度可以大幅度降低，从而可有效降低材料的成本，且可显著提高氢渗透效率，具有极大的应用价值。

经过20多年的研究，国内外已报道了多种复合钯膜的制备方法，且取得了显著的进步，目前，国内外的研究者重点关注于复合钯膜的制备研究，以及在氢纯化过程中的应用，没有关注复合钯膜产品的开发。

因此，需要采用复合钯膜制备一种氢纯化用竹节状复合钯膜管。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种氢纯化用竹节状复合钯膜管。该竹节状复合钯膜管，通过致密管将多个单节膜管组焊制备竹节状复合钯膜管，能够应用于氢纯化，具有机械强度高，成本低的优点，防止了复合钯膜管过长导致的易开裂的不足，此外，复合膜管两端焊有致密管，有效地降低了后续氢气纯化器的设计及加工难度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，该竹节状复合钯膜管由多个单节膜管组焊而成，所述单节膜管由复合膜管和焊接在复合膜管两端的致密管组成，所述复合膜管由内到外依次为金属多孔基体管，包覆在所述金属多孔基体管上的金属多孔膜层，包覆在所述金属多孔膜层上的陶瓷阻挡层和包覆在所述陶瓷阻挡层上的致密钯基金属膜层，所述致密管与复合膜管的外径和内径均相同，所述致密管与金属多孔基体管的材质相同。

上述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述竹节状复合钯膜管的长度达1000mm以上，所述复合膜管的长度为100mm～300mm，所述致密管的长度为10mm～20mm。

上述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述金属多孔基体管的外径为4mm～20mm，厚度为1mm，所述金属多孔基体管为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为3μm～10μm。

上述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述金属多孔基体管的外径为6mm或10mm。

上述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述金属多孔膜层的厚度为20μm～50μm，所述金属多孔膜层为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为0.3μm～1.2μm。

上述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述陶瓷阻挡层的厚度为5μm～20μm，所述陶瓷阻挡层为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为0.05μm～0.15μm。

上述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述致密钯基金属膜层的厚度为10μm～30μm。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的竹节状复合钯膜管，通过致密管将多个单节膜管组焊制备竹节状复合钯膜管，提高了复合钯膜管的强度，提升了复合钯膜管的成品率，减少了致密钯基金属膜层的使用量，降低了复合钯膜管的生产成本，防止了由于复合钯膜管过长导致的致密钯基金属膜层在服役状态下易开裂的问题，竹节状复合钯膜管具有机械强度高，成本低，可加工性好的优点，有效地降低了后续氢气纯化器的设计及加工难度，能够应用于氢纯化。

2、本实用新型的复合膜管由内到外依次为金属多孔基体管、金属多孔膜层、陶瓷阻挡层和致密钯基金属膜层，四层材料的孔径的梯度变化为逐级递减，有利于获得致密的钯基金属膜层，可用于氢气的提纯，避免了孔径的突变导致的难以获得致密的复合膜管的不足，提高了复合膜管的制备效率，降低了复合钯膜管的制备成本。

3、本实用新型的复合膜管两端具有致密管，具有加工性能好的优点，有效地降低了后续氢气纯化器的设计及加工难度。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型复合膜管的剖面图。

附图标记说明：

1—致密管； 2—复合膜管； 3—金属多孔基体管；

4—金属多孔膜层； 5—陶瓷阻挡层； 6—致密钯基金属膜层。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的竹节状复合钯膜管由多个单节膜管组焊而成，所述单节膜管由复合膜管和焊接在复合膜管两端的致密管组成，所述复合膜管2由内到外依次为金属多孔基体管3，包覆在所述金属多孔基体管3上的金属多孔膜层4，包覆在所述金属多孔膜层4上的陶瓷阻挡层5和包覆在所述陶瓷阻挡层5上的致密钯基金属膜层6，所述致密管1与复合膜管2的外径和内径均相同，所述致密管1与金属多孔基体管3的材质相同。

本实施例中，竹节状复合钯膜管由多个单节膜管组焊而成，单节膜管由两端焊有致密管1的复合膜管2组成，实际使用时，通过致密管1将多个单节膜管组焊制备竹节状复合钯膜管，提高了复合钯膜管的强度，提升了复合钯膜管的成品率，降低了制备复合钯膜管的难度，降低了对复合钯膜管制备设备的要求，从而降低了复合钯膜管的生产成本，避免了由于金属多孔基体管3直线度较差导致的精度难以控制的不足，复合钯膜管具有可加工性好等特点，有效地降低了后续氢气纯化器的设计及加工难度。

本实施例中，复合膜管2由内到外依次为金属多孔基体管3，包覆在金属多孔基体管3上的金属多孔膜层4，包覆在金属多孔膜层4上的陶瓷阻挡层5和包覆在陶瓷阻挡层5上的致密钯基金属膜层6，实际使用时，选用粒径较粗的金属粉末制备的金属多孔基体管3，具有较高的强度，在复合钯膜管中起到了支撑的作用，为了避免金属多孔基体管3与致密钯基金属膜层6在高温下发生互扩散进而导致致密钯基金属膜层6失效，在金属多孔膜层4上制备了均匀、完整的陶瓷阻挡层5，保证了金属多孔基体管3与致密钯基金属膜层6不互相接触，为了避免金属多孔基体管3的孔径过大导致的不能直接制备陶瓷阻挡层5，在金属多孔基体管3上制备了由超细金属粉末组成的金属多孔膜层4，在陶瓷阻挡层5和金属多孔基体管3中起到了过渡的作用，有利于陶瓷阻挡层5的均匀分布，从而保证了致密钯基金属膜层6不会失效，通过四层结构之间的相互配合使复合钯膜管具有更高的实用性，减少了致密钯基金属膜层6的使用量，降低了成本，使竹节状复合钯膜管能够应用于氢纯化。

本实施例中，致密管1与复合膜管2的外径和内径均相同，致密管1与金属多孔基体管3的材质相同，实际使用时，通过使致密管1与复合膜管2的外径和内径均相同，易于实现致密管1与复合膜管2的组装和焊接，有利于降低复合钯膜管的安装空间，避免了致密管1的外径和内径与复合膜管2不匹配导致的不利于组装，焊接难度增大的不足；通过使致密管1与金属多孔基体管3的材质相同，有利于致密管1与复合膜管2进行焊接，具有连接牢固的优点，避免了使用异种材质导致的复合钯膜管在制备过程和服役情况下发生原电池腐蚀的不足。

本实施例中，所述竹节状复合钯膜管的长度达1000mm以上，复合膜管2的长度为100mm～300mm，致密管1的长度为10mm～20mm，实际使用时，通过控制复合钯膜管的长度，使复合钯膜管能够提供较大的致密钯基金属膜层6面积，为大流量氢纯化装置提供材料支撑；通过控制复合膜管2的长度，使复合钯膜管的加工性能提高，能够使用现有的设备对该长度的复合膜管2进行制备，避免了过长导致的现有制膜设备难以制备的不足，避免了过短导致的难以实现工业化应用的不足；通过控制致密管1的长度，保证了复合膜管2组焊形成复合钯膜管，起到了连接复合膜管2的作用，避免了致密管1过长导致的复合钯膜管性能降低的不足，避免了致密管1过短导致的不能有效连接的不足。

本实施例中，所述金属多孔基体管3的材质为310S不锈钢、316L不锈钢或Inconel625合金；所述金属多孔基体管3的外径为4mm～20mm，厚度为1mm，所述金属多孔基体管3为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为3μm～10μm，实际使用时，通过控制金属多孔基体管3的材质，提高了复合钯膜管的热稳定性，防止了金属多孔基体管3与氢气发生反应，且上述材料的超细粉末易于制备金属多孔基体，具有成本低的优点；通过控制金属多孔基体管3的直径、厚度和孔径，使复合钯膜管具有合适的强度，有利于复合钯膜管的制备，使金属多孔基体管3的透气性能满足复合钯膜管透氢的要求。

本实施例中，金属多孔基体管3的外径为6mm或10mm，实际使用时，金属多孔基体管3的外径为6mm或10mm时制备的复合钯膜管具有最优异的氢纯化性能。

本实施例中，金属多孔膜层4的厚度为20μm～50μm，所述金属多孔膜层4为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为0.3μm～1.2μm，实际使用时，通过控制金属多孔膜层4的厚度和孔径，使金属多孔膜层4具有合适的强度和透气性，避免了金属多孔膜层4过厚导致的透气量过大，不利于透氢领域应用的不足，避免了金属多孔膜层4过薄导致的难以形成均匀、完整的金属多孔膜层4的不足。

本实施例中，所述陶瓷阻挡层5的材质为氧化锆、氧化铝、氧化钛、锆铝混合氧化物或钛铝混合氧化物，所述陶瓷阻挡层5的厚度为5μm～20μm，所述陶瓷阻挡层5为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为0.05μm～0.15μm，实际使用时，通过控制陶瓷阻挡层5的材质，使陶瓷阻挡层5易于制备，并能够阻挡致密钯基金属膜层6与金属多孔基体管3进行反应，具有熔点高，热稳定性好，与金属基体结合力好的优点；通过控制陶瓷阻挡层5的厚度和孔径，实现了阻隔金属多孔基体管3与致密钯基金属膜层6之间的热扩散，使陶瓷阻挡层5的透气性能满足复合钯膜管透氢的要求。

本实施例中，致密钯基金属膜层6的材质为钯、钯银合金、钯金合金或钯铜合金，致密钯基金属膜层6的厚度为10μm～30μm，实际使用时，通过控制致密钯基金属膜层6的材质，使复合钯膜管能够应用于高纯氢纯化；通过控制致密钯基金属膜层6的厚度，满足了复合钯膜管进行较长时间氢纯化的要求，避免了致密钯基金属膜层6厚度过小导致的复合钯膜管的致密性降低，难以满足高纯氢纯化的不足，避免了致密钯基金属膜层6厚度过大导致的成本过高，透氢速率降低的不足。

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 (7)

1.一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，该竹节状复合钯膜管由多个单节膜管组焊而成，所述单节膜管由复合膜管(2)和焊接在复合膜管(2)两端的致密管(1)组成，所述复合膜管(2)由内到外依次为金属多孔基体管(3)、包覆在所述金属多孔基体管(3)上的金属多孔膜层(4)、包覆在所述金属多孔膜层(4)上的陶瓷阻挡层(5)和包覆在所述陶瓷阻挡层(5)上的致密钯基金属膜层(6)，所述致密管(1)与复合膜管(2)的外径和内径均相同，所述致密管(1)与金属多孔基体管(3)的材质相同。

2.根据权利要求1所述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述竹节状复合钯膜管的长度达1000mm以上，所述复合膜管(2)的长度为100mm～300mm，所述致密管(1)的长度为10mm～20mm。

3.根据权利要求1所述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述金属多孔基体管(3)的外径为4mm～20mm，厚度为1mm，所述金属多孔基体管(3)为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为3μm～10μm。

4.根据权利要求3所述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述金属多孔基体管(3)的外径为6mm或10mm。

5.根据权利要求3所述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述金属多孔膜层(4)的厚度为20μm～50μm，所述金属多孔膜层(4)为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为0.3μm～1.2μm。

6.根据权利要求5所述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述陶瓷阻挡层(5)的厚度为5μm～20μm，所述陶瓷阻挡层(5)为多孔结构，多孔结构中的平均孔径为0.05μm～0.15μm。

7.根据权利要求6所述的一种氢纯化用竹节状复合钯膜管，其特征在于，所述致密钯基金属膜层(6)的厚度为10μm～30μm。

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