一种内热式钯膜净化器的制作方法

本发明属于氢气净化，具体涉及一种内热式钯膜净化器。

背景技术：

1、近些年随着氢氧燃料电池，光电子，半导体以及核能工业的快速发展，钯及钯合金膜由于具有独特的氢渗透选择性，良好的热稳定性和催化性能，在氢气(及同位素)分离纯化装置，脱氢、加氢等反应装置方面得到了广泛的应用研究。

2、钯膜净化器通常由钯膜组件，扩散室外壳，接口管，辅助加热器等部件构成。其中钯膜组件是净化器的核心部件，其工作时，需在300-500℃和较高的压力差条件下进行。在钯膜的成分、膜厚、工作条件一定的情况下，净化器结构形式及结构参数设计对氢的纯化和分离性能有很大影响。现有钯膜净化器的核心组件是将多根钯膜管一端集束焊接在金属法兰上提高透氢面积，因此焊点多，可靠性较差；此外该种结构的净化器工作时需外置加热装置对钯膜组件进行加热，因此，整个净化器装置体积较大，并且温度分布均匀性稍差，热利用率不高。

3、因此，需要一种内热式钯膜净化器。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种内热式钯膜净化器。该内热式钯膜净化器通过设置预热室对原料气体提前进行预热，使原料气进入扩散室后，可以迅速到达纯化反应温度，利于加快纯氢的扩散渗透，提高渗氢效率，预热室中的原料气预热盘管，其作用是增加了原料气在预热室中的停留时间，使原料气预热更加充分，同时原料气预热盘管形式体积较小，结构紧凑，有利于整个净化器的结构布局；通过设置扩散室，并在其中设置加热管并螺旋式缠绕有钯合金管，结构较为紧凑，焊接点少，减少整个纯化器的体积，可提高工艺的可靠性和使用寿命，进行高纯氢的纯化分离。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种内热式钯膜净化器，其特征在于，该钯膜净化器包括外壳体，所述外壳体中设置有内壳体，所述外壳体与内壳体之间填充有保温层，所述内壳体包括扩散室和预热室，所述钯膜净化器还包括一端插入扩散室的加热管，所述加热管内置有电加热元件，所述加热管插入扩散室一端外部螺旋式缠绕有钯合金管，所述扩散室与插入加热管相对一端为端面法兰，所述端面法兰上设有伸出外壳体的纯氢接口和尾气接口，所述纯氢接口连通扩散室和外壳体外部，所述尾气接口与钯合金管一端连接，所述钯合金管另一端连接有处于预热室的原料气预热盘管，所述预热盘管另一端伸出外壳体并设置有原料氢接口，所述钯膜净化器还包括一端伸入扩散室的测温套管。

3、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管为自支撑的致密管。

4、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管的材质为钯或钯合金管，所述钯合金至少包含ag，cu、y、au、ru和ce中的一种元素。

5、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管采用整根钯合金管绕制，或采用多根钯合金管对焊后绕制而成，对焊的螺旋状钯合金管的焊点数量少于10个。

6、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管的直径为1mm～6mm，壁厚为0.04mm～0.1mm。

7、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管螺旋式缠绕在加热管上，其中螺旋圈的直径为50mm～100mm，螺旋圈匝数为20匝～100匝，螺距为1mm～10mm。

8、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管采用钎焊方式一端与尾气接口连接，另一端与原料气预热盘管连接。

9、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述内壳体、加热管、测温套管、预热室和端面法兰的材质均为不锈钢或耐热钢。

10、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述内壳体与加热管、测温套管、预热室和端面法兰之间采用氩弧焊进行密封连接。

11、上述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述纯氢接口、尾气接口、原料氢接口的直径为4mm～25mm。

12、本发明与现有技术相比具有以下优点：

13、1、本发明通过设置预热室对原料气体提前进行预热，使原料气进入扩散室后，迅速到达纯化反应温度，利于加快纯氢的扩散渗透，提高渗氢效率，预热室中的原料气预热盘管，增加了原料气在预热室中的停留时间，使原料气预热更加充分，同时原料气预热盘管形式体积较小，结构紧凑，有利于整个净化器的结构布局；通过设置扩散室，并在其中设置加热管并螺旋式缠绕有钯合金管，结构较为紧凑，焊接点少，减少整个纯化器的体积，可提高工艺的可靠性和使用寿命，完成高纯氢的纯化分离。

14、2、本发明为了提高钯合金管渗氢纯度，要求合金管致密无缺陷，因此整根钯合金管进行绕制，但长尺寸，无缺陷的钯合金管加工十分困难，另外，为了实现纯化器的大的气体处理量要求，工业上常采用焊接方法将多根钯合金管串联起来再进行螺旋管的绕制，但拼焊部位的强度较低，可靠性相对较差，因此，为了保证整个螺旋状钯管的工作可靠性，限制焊点的数量不多于10个。

15、3、本发明钯合金管螺旋式缠绕在加热管上是保证管内的气体可以得到充分的加热，为了减少整个纯化器的体积，控制螺旋圈的直径越小越好，但这增加了螺旋圈的绕制难度，较小直径的螺旋管很容易导致钯合金管折裂或者折瘪，螺旋圈的直径大小要与钯合金管的直径相匹配的，通常钯合金管直径越小，螺旋圈的直径越小，根据前述钯合金管的直径，确定了螺旋圈的直径范围，螺旋圈的匝数是根据纯化器的处理量来定的，处理量大，匝数多；螺距是根据加热管的长度来定的，需保证整个螺旋状钯管均匀的绕制在加热管上。

16、4、本发明提供了一种布局紧凑、装置体积小、钯膜组件焊点少，具有工艺可靠和使用寿命长，装置加热温度均匀，热损失小，氢气的纯化分离效率高，适用于连续操作的内热式高纯氢气净化器。

17、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种内热式钯膜净化器，其特征在于，该钯膜净化器包括外壳体(1)，所述外壳体(1)中设置有内壳体(2)，所述外壳体(1)与内壳体(2)之间填充有保温层(3)，所述内壳体(2)包括扩散室(4)和预热室(5)，所述钯膜净化器还包括一端插入扩散室(4)的加热管(6)，所述加热管(6)内置有电加热元件(7)，所述加热管(6)插入扩散室(4)一端外部螺旋式缠绕有钯合金管(8)，所述扩散室(4)与插入加热管(6)相对一端为端面法兰(9)，所述端面法兰(9)上设有伸出外壳体(1)的纯氢接口(10)和尾气接口(11)，所述纯氢接口(10)连通扩散室(4)和外壳体(1)外部，所述尾气接口(11)与钯合金管(8)一端连接，所述钯合金管(8)另一端连接有处于预热室(5)的原料气预热盘管(12)，所述预热盘管另一端伸出外壳体(1)并设置有原料氢接口(13)，所述钯膜净化器还包括一端伸入扩散室(4)的测温套管(14)。

2.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管(8)为自支撑的致密管。

3.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管(8)的材质为钯或钯合金管，所述钯合金至少包含ag，cu、y、au、ru和ce中的一种元素。

4.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管(8)采用整根钯合金管(8)绕制，或采用多根钯合金管(8)对焊后绕制而成，对焊的螺旋状钯合金管(8)的焊点数量少于10个。

5.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管(8)的直径为1mm～6mm，壁厚为0.04mm～0.1mm。

6.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管(8)螺旋式缠绕在加热管(6)上，其中螺旋圈的直径为50mm～100mm，螺旋圈匝数为20匝～100匝，螺距为1mm～10mm。

7.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述钯合金管(8)采用钎焊方式一端与尾气接口(11)连接，另一端与原料气预热盘管(12)连接。

8.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述内壳体(2)、加热管(6)、测温套管(14)、预热室(5)和端面法兰(9)的材质均为不锈钢或耐热钢。

9.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述内壳体(2)与加热管(6)、测温套管(14)、预热室(5)和端面法兰(9)之间采用氩弧焊进行密封连接。

10.根据权利要求1所述的一种内热式钯膜净化器，其特征在于，所述纯氢接口(10)、尾气接口(11)、原料氢接口(13)的直径为4mm～25mm。

技术总结
本发明公开了一种内热式钯膜净化器，包括外壳体和内壳体，外壳体与内壳体之间填充有保温层，内壳体包括扩散室和预热室，钯膜净化器还包括一端插入扩散室的加热管，加热管内置有电加热元件，加热管外部螺旋式缠绕有钯合金管，扩散室一端为端面法兰，端面法兰上设有纯氢接口和尾气接口，纯氢接口连通扩散室和外壳体外部，尾气接口与钯合金管一端连接，钯合金管另一端连接有原料气预热盘管，预热盘管另一端伸出外壳体并设置有原料氢接口，钯膜净化器还包括测温套管。本发明公开的氢气净化器布局紧凑，装置体积小，钯膜组件焊点少，具有工艺可靠和使用寿命长，并且装置加热温度均匀，热损失小，氢气的纯化分离效率高，单位体积气体处理量大。

技术研发人员：贾志华,姜婷,王轶,郑晶,操齐高,孟晗琪
受保护的技术使用者：西北有色金属研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29