[发明专利]高压超纯氢制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体的制备方法，特别涉及一种超纯氢的制备工艺。

背景技术

电子特气产品-超纯氢(含氢量≥99.9999％)，是现代电子、光纤、纳米、石化等方面和一些尖端科技上的重要原料。是环境、卫星飞船、海底实验室、潜艇、外太空等大气成分析测定和星球物质即时测量等进行高精密化学分析必须的高纯气源；是半导体集成电路和光导纤维研制生产、集成光学和纳米研究、晶体外延生长等不可缺少的原料；食品、药品、疾病控制上、防化学污染、公案研究破案、运动员兴奋剂检测、贵金属熔炼、火箭燃料分析等方面也离不开超纯氢。随着新兴产业和科技迅速发展，应用范围越来越广，用量逐年增长。

电子特气产品-超纯氢，生产难度大，生产厂家少，生产量小。当前，国内外仅有三种生产方法，各有优缺点，分别为：

(1)扩散膜(或管)分离法

以纯氢为原料，其膜(或管)只允许氢及其同位素通过，从而获得超纯氢。这为典型超纯氢生产法。该法的膜(管)极为昂贵，生产成本极高，生产量极小，只用在100-300超纯氢发生器上，作为分析仪载气或焰气。

国内上海硕光电子科技有限公司75-34UK型派克-波思腾超纯氢发生器，北京科普生分析科技有限公司、北京精华正成科技开发公司、大连物化所、大连凯华新技术工程有限公司和大连科纳科学技术公司及光明化工设计研究院等生产的SPH-300全自动超纯氢发生器，苏州安创仪器有限公司和上海青柏科技有限公司生产的Parker超纯氢发生器，山东聊城科威化工仪器公司生产的BG5型数控钯扩散管，均属极昂贵的钯合金扩散膜(管)、小气量、小型生产方法。

俄罗斯莫斯科Topchie石油化学研究所研究出了廉价的以特种材料制成的气体分离膜生产超纯氢方法。该法的原理同上，但它是降低成本、扩大生产量的新途径、新方法。

(2)储氢合金吸放法

在一定温度、压力下，钛系、锆系、稀土系等金属能大量吸收氢气转化为金属氢化物，单位体积吸储的氢气可为相同温度、压力下气态的1000倍。吸时放热，加热就能够释放获得高压、质好、量大的超纯氢，于工业和科技界使用。

浙江大学首次提出，处国内研究应用的领先地位，其储氢合金法生产13-15pa，产量12，24，48m3/n的超纯氢装置，九十年代起已较多投放市场应用。

但是，该法由于氢化物自身很不稳定，易受有害成分毒害，较长时间、多次反复吸放使用，性能会明显下降。同时，还存在着机械强度问题，目前的储氢合金材料反复吸放，应用次数不多就要更换，而更换一次价格很高，生产成本就高上去了。

我国物理冶金和金属材料学家陈炳兆等人发明了钛铁锰合金制备超纯氢方法和装置，以≥98％工业氢气，通过中间放氢和最终三次排杂放氢法，能快速连续制取30-80升/分超纯氢.

东北大学、四川大学发明LaNi5型吸释氢材料获得超纯氢法。最近又研究成功直接从太阳光和水，透过金属催化剂，直接、便宜、清洁途径获氢后，通过钯银合金制备超纯氢法。另有太阳能光电水解得氢后，通过纳米、镁镍等矿物吸释氢获超纯氢法。然而，他们也都属储氢合金吸放生产超纯氢法。

(3)低温吸附法

以水电解制得氢，先采用催化脱氧吸附干燥除杂工艺制得高纯氢，后加压至高压的高纯氢采用纯化深度深的液氮温度下的低温吸附法，除去微量的氮、氧、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水等杂质，获得bpp级的超纯氢。

(a)八十年代，化工部光明化工设计研究院研制有QCH-24低温吸附法试验装置生产超纯氢。

(b)九十年代，化工部光明化工设计研究院又研制了60m3/h生产量的低温吸附生产超纯氢装置，于无锡新苑科学气体厂使用。

(c)目前，大连圣迈化学有限公司应用大连物化所技术，生产有全自动低温法超纯氢净化设备投放市场。

该法虽能扩大超纯氢生产量，但在实际操作使用中、适应条件上、液氮调节、控制温度等等方面，存在着许多问题，常常影响着装置不能正常生产，产品质量很不稳定。

发明内容

针对国内外现有的三种超纯氢生产方法存在的问题，本发明的发明目的是提供一种以高压高纯氢为原料，筛选使用北京大学化学院研发、对氮氧吸附容量(尤为对氮)均大、同时可除其他微量杂质、不同一般4A，5A，13X等等吸附剂的pu-8新型吸附剂，并采用过量10倍吸咐剂用量、低6倍常用吸附气速、自控在高压下净化杂质等的新工艺及直接灌充洁净超纯氢钢瓶，成功生产超纯氢的新方法。

本发明的技术方案是：一种制造高压超纯氢方法，包括如下步骤：