采用厚为50微米的钯/银(23)合金膜进行了氢气渗透系数的测定和氢/氮混和气分离的研究,得出温度、压力、膜厚、进料气流量、膜的预处理和再活化及膜表面中毒等因素对氢气渗透的影响。分离氢/氮混和气可获得高纯氢气。
贵金属钯膜具有很高的氢气渗透选择性,但其致命弱点是:在低温下(小于300度),随着膜中溶解的氢气量增加,生成β相与α相共存。β相使金属晶格膨胀面扭曲变形,缩短寿命。钯-银合金膜比钯膜具有更高的氢气渗透系数并可在低温下避免β相生成,因而机械性能稳定,不仅已用来制备纯氢(分离甲烷蒸汽转化反应的产物)和从工业废气中回收纯氢。而且目前更多地用作膜反应器进行催化反应研究。不同银含量的钯-银合金膜所对应的氢渗透速率。指出当温度、压力、膜厚相同时,最佳银含量23%-25%范围内所对应的氢渗透速率近拟相等且为最大。低或高于此银含量范围时,渗透系数减小。氢气渗透系数随膜厚减小而增大,但膜太薄机械强度差。适宜工业生产的膜厚一般为50-100微米,本文采用厚为50微米的钯-银(23%)合金膜。较全面地研究了温度、压力、膜厚、进料气流量、膜的预处理和再活化及膜表面污染(即中毒)对氢气渗透的影响。
一、实验
实验用钯/银(23)合金膜。厚50微米,直径90厘米。装入膜分离器后,有效面积26.41平分厘米。操作温度:25-200度;操作压力:膜上游0.10133-5×0.10l33KPa,膜下游0.10133KPa。采用平板式膜分离器。合金膜将分离器分为上下两室,被测气体从上室进入,经渗透膜后由下室流出。为维持足够的上下游压差。以防止渗透气返回上室,膜下游始终维持0.10133KPa合金膜由多孔铜渣块支撑。器体由黄铜加工制成。测定气体:纯氢和氢/氮:混和气。实验装置如下。
分三种情况测定纯氢的渗透系数:
1、膜未经预处理;
2、膜经过预处理;
3、膜使用后的再活化。
膜的预处理是将膜于真空、500度下或常压、400度下恒温加热2小时。膜的再活化是把使用过的膜置于烘炉内于400度恒温加热1-15小时,加热时问长短根据膜使用的时间或膜表面受污染的程度而定。所选定的温度(400度)高于氧化银的稳定温度而低于氧化钯的分解温度。预处理和再活化后。用细金刚砂纸轻擦膜表面,然后放在丙酮溶剂中清洗。采用油浴加热获得所需温度。为了防止油气对膜的污染,膜分离器必须绝对密封无漏。