[发明专利]电化学纯化堆、电化学纯化装置及含杂质气体的纯化方法

说明书

本发明提供一种电化学纯化堆、电化学纯化装置及含杂质气体的纯化方法。电化学纯化堆包括：至少一个阳极极板；至少一个阴极极板；至少一个阳极电极；至少一个阴极电极；至少一个位于所述阳极电极和所述阴极电极之间的膜；至少一个位于所述阳极极板和所述阳极电极之间的阳极气体扩散层；以及至少一个位于所述阴极极板和所述阴极电极之间的阴极气体扩散层；其中，在所述阳极极板上设置有进气口和出气口，在所述阴极极板上设置有出气口。本发明所提供的电化学纯化堆由于其独特的结构设计，而具有成本低、氢气纯度高、易于操作、纯化快速的优点。

技术领域

本发明涉及氢气提纯技术领域，具体涉及一种电化学纯化堆、一种电化学纯化装置及一种含杂质气体的纯化方法。

背景技术

氢燃料电池是一种将氢气化学能转化为电能的电池，具有高效、清洁的优点，同时具有广泛的应用前景。氢燃料电池所用氢气来源广泛，例如，可以来源于：煤气化制氢、工业副产氢、甲醇重整、天然气重整、电解水制氢以及生物质制氢等等。但是，由于氢燃料电池尤其是车用氢燃料电池对氢气品质要求严格，因此，对于所有制备方式制得的氢气都需要经过不同方式的提纯，达到燃料电池使用标准(如氮气小于300ppm、CO小于0.2ppm及CO₂小于2ppm等)。

目前，工业上常用变压吸附的方式提纯氢气，该技术是采用物理吸附-脱附的方式进行氢气提纯，其缺点是对于氮气、氦气、甲烷等非极性气体含量高的氢气气源，回收率较低；同时，该技术占地面积大。另外，在规模小的氢气提纯方面常用金属钯膜纯化技术，但该技术分离耗能高、透氢量低等缺点。

因此，有必要开发一种新型的高效氢气纯化技术。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种电化学纯化堆，该电化学纯化堆由于其独特的结构设计，而具有成本低、氢气纯度高、易于操作、纯化快速的优点。

本发明的目的之二在于提供一种与目的之一相对应的电化学纯化装置。

本发明的目的之三在于提供一种与上述目的相对应的含杂质气体的纯化方法。

为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：

一种电化学纯化堆，包括：

至少一个阳极极板；

至少一个阴极极板；

至少一个阳极电极；

至少一个阴极电极；

至少一个位于所述阳极电极和所述阴极电极之间的膜；

至少一个位于所述阳极极板和所述阳极电极之间的阳极气体扩散层；以及

至少一个位于所述阴极极板和所述阴极电极之间的阴极气体扩散层；

其中，在所述阳极极板上设置有进气口和出气口，在所述阴极极板上设置有出气口。

本申请的发明人在研究中发现，通过采用上述电化学纯化堆，可以使氢气在阳极转化为质子和电子，质子可以穿透所述膜到达阴极，并与通过外电路到达阴极的电子相结合，生成氢气。在此过程中，杂质气体无法穿过膜到达阴极。由此，可以实现对含有杂质的氢气的提纯。

根据本发明，本发明可以采取电化学电池的传统的设置方式，即，每组阳极极板和阴极极板相向设置，每组阳极电极和阴极电极相向设置于阳极极板和阴极极板之间，且阳极电极设置在靠近阳极极板的一端，阴极电极设置在靠近阴极极板的一端。

根据本发明，电化学纯化堆中可以包括一个或多个上述组件(即阳极极板、阴极极板等)。当某一组件的数量为多个时，可以按照本领域常规的设置方法进行设置。

根据本发明，所述阳极极板的材质可以是石墨、不锈钢和钛板。