[其他]利用钛铁锰合金制备超纯氢的方法和装置

说明书

本发明是一种利用钛铁锰合金制备超纯氢的方法和装置它可以对纯度大于９８％的工业氢进行提纯，制得纯度为９９．９９９９％的超纯氢。本发明使用安装有铜质扇形热交换器并装填钛铁锰储氢合金的储氢合金瓶和专门设计的高压高真空阀门，并在提纯过程中使用了中间放氢和最终三次排杂放氢工艺，以使储氢合金瓶在６０℃的水加热条件下，可以２０～８０升／分的速率连续释放纯度为９９．９９９９％的超纯氢。本发明可用于所有需要超纯氢的工业领域。

本发明是利用钛铁锰合金制备超纯氢的方法和装置，它可以获得纯度为99.9999%的超纯氢。

常用的制备超纯氢的方法有三种：钯-银膜热扩散法。分子筛液氮冷冻法和变压吸附法。其中，钯-银膜热扩散法制得的氢气纯度最高，可达99.9999%，氢气露点为≤-70℃，是目前国内外最常用的制备超纯氢的方法。但是，钯-银膜是贵金属，因而钯-银膜氢净化器的价格昂贵，同时，由于钯-银膜易开裂损坏，导致氢气纯度降低，维修和运行费用高。变压吸附法得到的氢气纯度较低，分子筛液氮冷冻法则要消耗液氮，使用不便。

七十年代以来，开始研制用储氢金属制备超纯氢的技术。国外已有专利和文献报导了这一技术。其中，联邦德国专利（专利号2840265）和日本专利（特开昭55-149104），（特开昭57-156304）报导了获得99.9999%以上的超纯氢。联邦德国专利2840265报导了净化氢气的方法和1.7米³储氢合金瓶的性能，但没有提及装料及充氢工艺。其不足之处是：（1）热交换器为十字形结构，热交换面积小，致使在20升/分放氢速率下（用60℃水加热）只能释放出50%的超纯氢。（2）需用99.9%纯度的氢经液氮冷阱脱水后，再充入储氢合金瓶，成本高。（3）当储氢合金瓶放出10%储氢量的氢气后，氢中水含量才降到0.2PPM。（4）储氢合金瓶容量较小（≤1.7立方米）。日本专利特开昭55-149104采用螺旋管状热交换器，单位重量热交换器的热交换面积小，纯化系统复杂，要经过四级提纯;该专利也没有考虑气相空间中富集水汽的液化，使储氢合金的使用期限缩短，也没报导净化后氢气的露点。日本专利（特开昭57-156304）报导的用储氢材料纯化氢气的方法，其制得的氢纯度也较低。日本的文献National Technical Report Vol.29 No.1 Feb 1983，也报导了1.2立方米的储氢合金瓶，虽称可获得99.9999%的超纯氢，但其露点为-75℃，即氢中水含量为1.19PPM，严格地讲纯度只有99.9995%。

储氢合金具有对氢气选择性吸收的本领，它的吸、放氢过程是一可逆的化学反应过程，其反应式为

M+Ｘ/２H_２MH_Ｘ+Q （1）

式中M为储氢合金，MH_Ｘ为金属氢化物，Q为热量。在较高的氢压和较低的温度下，反应向右进行，生成氢化物，即吸氢过程，为放热反应。当氢压降低或升高温度时，反应向左进行，氢化物分解，为放氢过程，是吸热反应。由于氢气中的杂质气体不被储氢合金吸收，故通过适当的手段就可以获得超纯氢。

本发明提出了一种利用钛铁锰合金制备超纯氢的方法和装置。它包括：安装有扇形热交换器的用以装储氢合金的钢瓶，储氢合金TiFe_0.8-0.9Mn_0.1-0.2的装料工艺，活化工艺、充氢工艺，氢气的排杂提纯工艺、工业氢的初提纯工艺，使用本发明的方法和装置可把纯度大于或等于98%的工业氢气经过初提纯和TiFe_0.8-0.9Mn_0.1-0.2储氢合金瓶最终提纯，制得99.9999%的超纯氢。