用于获得氢气的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于获得氢气的方法和设备
[0001]本发明按照第一思路涉及一种用于从原料气体中获得高纯度氢气的方法。所述方法用于，在该方法开始时加热或处理由金属或金属合金构成的半透性材料，优选在该方法开始时使电流通过所述半透性材料，用来提高渗透的氢气量。此外，提供一种用于从原料气体中获得高纯度氢气的设备，这种设备包括半透性材料，所述半透性材料在压力容器的内部空间内将压力容器的内部区域与外部区域相分离，并且这种半透性材料对于氢气是渗透性的，其中，这样地设计这种设备，使得尤其通过电能至少分段地在至少选择的时间段内能够加热或处理所述半透性材料。
【背景技术】
[0002]提纯的氢气可以用于不同的技术领域内。因此，能够例如从再生的原料中的热解气中分离出氢气。热解气的其它部分是一氧化碳、二氧化碳和甲烧。
[0003]已知不同的设备和方法用于获得纯的或者至少大部分纯的氢气，其中，能够借助较大的压强和非常低的温度通过冷凝将氢气从其它的气体或混合气体中导出。但这是极其耗费和昂贵的。此外，利用这种设备或方法不能够产生高纯度的氢气，因为还有其它气体或杂质残留在液化的氢气状态中。
[0004]此外，还建议利用半透性材料、如氢气可渗透的半透性隔板分离氢气。
[0005]例如由DE 28 23 521已知利用半透性材料的方法。DE 33 19 305也描述了相应地用于从混合气体中浓缩和分离氢气的方法，其中使用多孔材料。例如玻璃可作为合适的多孔材料。在此，例如在含钯的材料的范围内描述了对材料持续的加热。由DE 600 20 772T2已知一种用于借助由妈钛型(Perovskittyps)的氧化物构成的导电的薄膜将氢气从含氢的混合气体中分离的方法。
[0006]DE 10 2010 049 792描述了一种小型发电站，其中，存在用于从热解气中分离出高纯度氢气的设备，这种设备包括环绕内部空间的壳体，该壳体具有至少一个安置在壳体内的与至少部分填充热解气的区域隔离的半透性隔板。通过这种隔板可从热解气中离析出高纯度的氢气。此外，这篇文献还建议了一种用于离析高纯度氢气的方法，这种方法借助半透性隔板来实现。建议使用铁素体或铁氧体、例如生铁作为用于半透性隔板的合适材料。尤其在此描述，例如存在以铁管形式的半透性隔板，被导电体包围例如用来提供磁场，促进氢气的扩散。此外还优选的是，输入处于超过400°C的加热状态的热解气。
[0007]但是，对隔板持续地加载电流和对热解气持续地加热是费用高的。理论上已知，铁的扩散常数随着温度的升高而成指数地增加，因而在较高的温度情况下可实现氢气的较高的扩散速率。
[0008]本发明所要解决的技术问题是，提供一种方法和设备，它能够成本低廉地例如从热解气或者其它初始气体中分离出氢气。
【发明内容】
[0009]令人惊奇地确定，通过半透性材料能够容易地加强来自初始气体的氢气的扩散，方法是，在至少一个较短的时间段内加热或处理半透性材料，并且在开始扩散后不再需要加热的措施，并且能够至少中断这种措施，但是氢气的扩散通过半透性的材料继续进行。
[0010]在第一发明思路中，本发明涉及一种用于从原料气体中获得高纯度氢气的方法，其中，将原料气体在压强下导入第一压力容器，并且所述第一压力容器至少局部借助半透性材料与第二压力容器相分隔，并且所述第一压力容器相对于所述第二压力容器被完全地封闭，其中，通过所述半透性材料在所述第二压力容器中离析出高纯度的氢气，其特征在于，所述半透性材料是金属或者金属合金，并且至少在方法开始时加热所述半透性材料，并且至少在提高通过这种半透性材料穿透的氢气量后至少中断所述加热。
[0011]在实施方式中，第一压力容器具有内部区域，该内部区域相对于第一压力容器的内部空间完全地被封闭，这种内部区域至少局部地、例如完全地借助半透性材料相对于第一压力容器的内部空间而分隔，并且通过这种半透性材料在内部区域内离析出高纯度的氢气。所述方法的特征在于，所述半透性材料是金属或者金属合金，并且这种半透性材料至少在方法开始时被加热。这种加热在一定时间段内进行，这段时间足够提高通过这种半透性材料穿透的氢气量。
[0012]令人惊喜的是，通过暂时的或者局部的加热或处理半透性材料可提高通过半透性材料的氢气的扩散，并且在终止向加热材料供应能量之后，通过半透性材料的氢气扩散处于升高的量值。由此根据本发明能够实现，经济地进行氢气的离析，即在没有持续地输入能量、持续地加热半透性材料或者原料气体的情况下。
[0013]关于“加热材料”应该这样理解，向半透性材料提供电能和/或热能形式的能量。“加热”或“处理”材料也能够通过不同的措施、优选通过电能实现。“加热”或“处理”导致用于氢气的材料的渗透性的提高。
[0014]“半透性材料”应该这样理解，这种材料适合用于离析氢气，同时其它气体不能够穿过这种材料。
[0015]在优选实施方式中，半透性材料是一种包括铁素体铁和/或生铁和/或纯铁、优选由铁素体铁和/或生铁和/或纯铁构成的材料。在此，优选使用具有铁含量高于99.8%的纯铁。更高的铁含量有利于在保留其它的在初始气体或原料气体中的气体的情况下氢气通过半透性材料的渗透。
[0016]在此可以得出，在铁管的外表面上将分子氢分解为原子氢。这种原子氢将首先被吸附。在此可以得出，将质子与电子分离，并且质子能够相应地通过铁元素扩散，以便随后在铁管的内表面上再次结合成原子氢并且随后结合为分子氢。
[0017]令人惊喜地是，通过短时间地加热或处理半透性材料(例如以管状的形状)、例如通过配置电能可以提高氢气的渗透性并且保持在较高的水平上，而无需进一步地能量输入。因此，能够较大地降低用于调节管的温度的能量耗费，这在获取高纯度氢气的情况下明显地降低了成本。
[0018]在此优选地是，直接地在半透性材料上设置作为交流电的电流，例如直接地在金属管上设置电流。在此，电流密度优选是每平方厘米10安培、例如每平方厘米20安培或者更大。
[0019]表述方式“短时间”应该这样理解，进行加热或者处理的时间段，这段时间提高了半透性材料用于氢气的渗透性。随后，结束或者中断加热或处理。在过程开始时进行短时间的加热或处理，并且在必要时例如在扩散速率降低时可重复加热或处理。
[0020]因此，尤其优选地是，在方法开始时加热半透性材料一段时间，可充足地提高渗透的氢气量。备选地例如借助电流、交流电脉冲式地进行加热。表述方式“脉冲式”可这样理解，在一段时间内设置电流并且在中断之后重新接通电流。设置电流的时间段能够在此被适合地调节。
[0021]至少分段地进行这种加热。这种分段的加热可通过输入热量地加热来进行。但是，借助电能对半透性薄膜实施至少分段的加热。因此优选的是，借助电流、尤其交流电加热半透性材料。在此，优选在纵向方向上设置电流并且不绕着半透性材料缠绕导体。
[0022]能够设置具有50Htz频率的普通交流电，但是备选地还能够使用直流电、例如脉冲式直流电。一旦在半透性材料上设置电流，就可提高通过半透性材料的氢气的渗透。
[0023]在此示出，氢气的渗透性与设置的电流强度成指数关系。优选地是，电流密度至少是每平方厘米10安培，例如至少是每平方厘米20安培。
[0024]与现有技术的措施(必须对半透性材料进行持续地加热或升温，并且还必须加热原料气体到高于400°C的温度)相比能够确定，开始的加热是足够提高氢气通过半透性材料的扩散。随后，扩散速率保留在一个相对较高的水平，而不需进一步输入