高純度氫氣發生器

高純度氫氣發生器技術參數：

高純度氫氣發生器鈀擴散膜
鈀擴散膜通過壓力驅動 H+ 離子穿過鈀薄膜。鈀/銀合金薄膜可在溫度超過 300 可在溫時選擇性擴散使氫離子穿過薄膜，同時使 H2O、CO2 或 CO 等雜質無法穿過并留在薄膜內側。稍后可將這些雜質排至空氣中。鈀擴散器款式多樣，包括管陣列、螺旋管或薄膜箔。氫離子穿過薄膜后，會形成可加壓的雙原子氫分子并傳輸至分析儀器（參見圖 3.）。
但是，盡管能夠提供高純度氫氣，鈀電解槽壽命相對較短（3 至 5 年），供水或斷電期間薄膜中存在溶解氫氣所導致脆化會形成流量或雜質變化，由此產生的機械壓力會易使鈀電池發生故障。
要提純并干燥氫氣，變壓吸附利用改變穿過兩個充滿沸石吸附材料并聯柱的氫氣流量的原理工作，其中沸石吸附材料作為分子篩（參見圖 4.），允許較小的氫分子通過，同時保留較大的水分子。氫氣在通過 A 柱時提純，少量干燥氣體向后排出通過 B 柱借助吸附材料凈化保留的水分。A 柱達到佳吸附時，過程反轉，此時 B 柱接替 A 柱進行氫氣提純，A 柱進行再生。兩個柱在氫氣提純和再生之間相互轉換，使系統能夠連續產生經過提純的氫氣，其壓力波動和脈動效應可以忽略。每個周期完成后，系統會再生，因此無需更換材料。
可與 PEM 同時使用的 PSA 另一可選干燥系統為硅膠干燥系統（參見圖 5.）。該系統只將 PEM 產生的氫氣穿過硅膠柱去除水分。該系統 PSA 和鈀干燥系統，但所產生的高純度氫氣含有更多水分和氧氣。該系統維護費用相對較低，只需定期按需更換消電離器盒和干燥柱即可。
優缺點
研究表明鈀提純系統能夠產生干燥的氫氣1，但使用該系統亦存在諸多優缺點。利用對 H+ 的選擇透過性，低溫條件下薄膜中存在 H2 時發生斷電易使鈀脆化。鈀電解槽在高溫條件下工作，因此進行復雜的啟動和關機程序以避免脆化并終對電解槽產生損害。鈀電解槽的更換成本較高，并且其壽命相對較短。
另一方面 PSA 在魯棒性和較低的維護需求方面比鈀系統更具優勢。PSA 無需在高溫和高電解電流條件下工作，并且維護成本較低。盡管 PEM/PSA 能夠達到的純度略低于鈀系統（質量 6.0 與 7.0），但 PSA 系統無需停機程序并且系統可在 2 至 3 小時內達到較高的純度。
上述 4 種系統都可以產生高純度氫氣，消除工作環境中存放氫氣瓶的需要。發生器的成本通常會在所生產氣體質量以及生產氣體所采用的技術上體現出來。您對發生器的選擇通常取決于氫氣的應用以及該應用對氣體純度的要求

氫氣在實驗室中用途廣泛，常用作GC的載氣或燃燒氣。相較于高壓氣瓶，氫氣發生器更加安全和經濟，但如何才能選擇到合適的氫氣發生器呢？
在本文中，我們將重點介紹需要考慮的因素。如果想采購一臺氫氣發生器提供載氣，需要確認您的方法是否可以使用氫氣。
1.純度
純度是一個重要的考量因素。如果您要用氫氣作為載氣，很可能需要一個高純的氫氣發生器。但如果是氫火焰離子化檢測器（FID）需要氫氣作為燃燒氣，則并不需要純度高的氫氣。去離子水經質子交換膜技術電解產生氫氣，再經干燥劑過濾干燥，專為檢測器提供穩定可靠的氫氣。去離子水經質子交換膜技術電解產生氫氣，再經PSA干燥器過濾干燥，其產氣純度高達99.9999%。
2.流量
若使用氫氣作載氣，另一個影響發生器型號選擇的因素是流量。為了確定發生器的流量，需要知道您的儀器總氫氣用量。一旦確定了每部分的大流量需求，就可以通過相加來確定總流量，然后將總和乘以1.25和1.5便得到一個大概的流量范圍。例如，如果您的儀器需要氫氣總流量加起來達到100mL/min，其用氣量估算范圍在125mL/min到150mL/min，我們建議使用大輸出量為200mL/min的Peak氫氣發生器。
3.壓力
對于壓力，您會發現對于大多數GC，一般要求壓力低于100psi，但如果您的儀器離發生器較遠，則需要重新考慮壓力要求，以避免管道較長產生壓降。
4.維護
您可能想問氫發生器的維護是否很繁瑣。與鋼瓶或杜瓦罐需要定期進行安全檢查不同，氫氣發生器的維護簡單方便，且可以在實驗室內進行。您所需要做的只是大約每周補充一次去離子水，以及每年進行預防性維護，更換去離子柱以保護PEM電解池。
氫氣發生器現場制氫是更為安全、經濟的氫氣解決方案。GC上采用氫氣發生器也越來越普及。隨著氦氣的短缺，以前使用氦氣作GC-MS載氣的實驗室，現在趨向于選擇氫氣發生器作為可行的替代品。氫氣發生器意味著實驗室可以通過即產即用的方式獲取可靠的氫氣，不依賴第三方供氣，消除因氣體供應不足而停機的風險，從而有效降低整體成本。

人類社會的高速發展,使得對能源的需求量不斷增長,人類所使用的一次能源從化石燃料等能源向太陽能、風能等可再生能源轉化已是大勢所趨。然而,這些可再生能源通常缺少轉化、儲存和恢復的途徑,而作為二次能源的氫能,恰恰為一次能源、化學能和電能之間的轉化和存儲提供了高效的途徑。
隨著近年對氫能的研究,氫能的存儲和迅速釋放也成為了一個明星課題。作為化學儲氫的一種方式,(Na BH4)以其高氫儲量、氫氣釋放便捷和相對穩定的化學性質,受到了廣泛關注。本文以Na BH4水解為理論基礎,制備了Na BH4水解所需催化劑,設計了氫氣發生及凈化系統并對其制氫的效率與純度進行了考察,終將其應用于集成的燃料電池系統中,實現了50-80W級燃料電池應用性設計。
本文從NaBH4水解原理出發,制備了用于Na BH4堿性溶液水解的催化劑,催化劑通過浸漬還原的方法制備,以非晶態Co-B-P為有效催化成分,以泡沫鎳為搭載基體。本文還對不同負載量的Co-B-P/泡沫鎳催化劑的反應催化效率進行了初步測試,在對15wt%Na BH4溶液催化時,負載率43%的催化劑高催化速度可達每平方厘米240ml/min(反應溫度75℃)。此后,本文對氫氣發生和凈化系統進行了結構設計和性能考察。
結構上,氫氣發生器為內外腔可氣液分離式結構,凈化裝置為回流管-散熱片-回流管-吸收劑四級結構。性能上,氫氣發生器可裝載上述負載率43%的催化劑66cm2,對流速不超過6ml/min的15wt%Na BH4溶液催化轉化率在85%以上,持續供氫速率1800ml/min,且反復使用40次負載率仍在35%以上;凈化裝置的散熱裝置可以對超過90%的含堿蒸氣冷凝,并依靠氫氣壓力周期性回流,吸收劑消耗量高5g/小時,氫氣中堿性雜質去除,純凈氫氣可以供燃料電池系統長時間使用。
后,本文對小型化燃料電池系統結構于控制進行設計,并將上述氫氣發生器應用其中,進行了綜合性能測試。燃料電池適工作壓強為50-70k Pa,長時間按工作溫度不超過50℃。燃料電池系統凈重2.2kg,高輸出功率為82W,對應輸出電壓12V,能量密度高可達353Wh/kg,并在9小時的連續工作中性能無明顯衰退,完成了50W以上的燃料電池系統集成,具有實際應用價值。