鈀擴散氫氣發生器提純方法原理及優缺點介紹（二）

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 等雜質無法穿過並留在薄膜內(nei) 側(ce) 。稍後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。氫離子穿過薄膜後，會(hui) 形成可加壓的雙原子氫分子並傳(chuan) 輸至分析儀(yi) 器（參見圖 3.）。

圖 3. 使用鈀擴散薄膜進行氫氣提純的氫氣發生器原理圖

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(hui) 形成流量或雜質變化，由此產(chan) 生的機械壓力會(hui) 易使鈀電池發生故障。

PEM/PSA

要提純並幹燥氫氣，變壓吸附利用改變穿過兩(liang) 個(ge) 充滿沸石吸附材料並聯柱的氫氣流量的原理工作，其中沸石吸附材料作為(wei) 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，少量幹燥氣體(ti) 向後排出通過 B 柱借助吸附材料淨化保留的水分。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(liang) 個(ge) 柱在氫氣提純和再生之間相互轉換，使係統能夠連續產(chan) 生經過提純的氫氣，其壓力波動和脈動效應可以忽略。每個(ge) 周期完成後，係統會(hui) *再生，因此無需更換材料。

圖 4. 使用變壓吸附進行氫氣提純的氫氣發生器原理圖

可與(yu) PEM 同時使用的 PSA 另一可選幹燥係統為(wei) 矽膠幹燥係統（參見圖 5.）。該係統隻將 PEM 產(chan) 生的氫氣穿過矽膠柱去除水分。該係統價(jia) 格低yu PSA 和鈀幹燥係統，但所產(chan) 生的高純度氫氣含有更多水分和氧氣。該係統維護費用相對較低，隻需定期按需更換消電離器盒和幹燥柱即可。

圖 5. 使用矽膠柱進行氫氣提純的氫氣發生器原理圖。

優(you) 缺點

研究表明鈀提純係統能夠產(chan) 生*幹燥的氫氣1，但使用該係統亦存在諸多優(you) 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，因此必須進行複雜的啟動和關(guan) 機程序以避免脆化並*終對電解槽產(chan) 生損害。鈀電解槽的更換成本較高，並且其壽命相對較短。

另一方麵 PSA 在魯棒性和較低的維護需求方麵比鈀係統更具優(you) 勢。PSA 無需在高溫和高電解電流條件下工作，並且維護成本較低。盡管 PEM/PSA 能夠達到的純度略低於(yu) 鈀係統（質量 6.0 與(yu) 7.0），但 PSA 係統無需停機程序並且係統可在 2 至 3 小時內(nei) 達到較高的純度。

上述 4 種係統都可以產(chan) 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(hui) 在所生產(chan) 氣體(ti) 質量以及生產(chan) 氣體(ti) 所采用的技術上體(ti) 現出來。您對發生器的選擇通常取決(jue) 於(yu) 氫氣的應用以及該應用對氣體(ti) 純度的要求。