氢气分离的主要方法
氢气分离的主要方法
在氢气的分离纯化过程中，氢源中的杂质组分和含量不尽相同，采用不同的分离方法得到的分离效率及效果也不同。
常见的分离法有:低温分离法(也称深冷法)、选择吸附法、金属氢化物净化法和膜分离法。
1. 低温分离法(也称深冷法)
深冷法是利用在低温条件下，原料气组分的相对挥发度差(沸点差)，部分气体冷凝，从而达到分离的目的。氢气的标准沸点为 -252.77℃，而氮、氢、甲烷的沸点 (-195. 62℃、-185. 71 ℃、-161. 3℃)与氢的沸点相差较远，因此采用冷凝的方法可将氢气从这些混合气体中分离出来;此外，氢气的相对挥发度比烃类物质高，因此深冷法也可实现氢气与烃类物质的分离。
深冷法的特点是适用于氢含量很低的原料气，氢含量为20%以上;得到的氢气纯度高，可以达到95%以上，氢回收率高，达92%-97%;但由于分离过程中压缩和冷却能耗很高，其分离适用于大规模气体分离过程。
深冷法可对氨厂驰放气、炼油厂废气中的氢气进行纯化分离。
低温分离法的关键设备
1）冷箱
冷箱在低温领域是十分关键的设备，如空分等低温分离工艺都需要依靠冷箱来实现。冷箱的保冷性能对整套工艺的能耗水平、产品产量质量都有很大的影响。对于一般深冷的工作状况，珠光砂保冷就可达到使用要求。由于氢液化需要达到20K的低温，采用珠光砂已不能满足要求，行业经验采用真空+多层缠绕绝热方式进行保冷箱
2）膨胀机
膨胀机是用来使气体膨胀输出外功以产生冷量的机器，其工作原理是将压缩气体的位能转变为机械功。根据气体膨胀输出外功的不同分为容积式和透平式。透平膨胀机具有速度高、流量大、体积小、冷损小、结构简单调节性能好、工作可靠、能长期连续平稳运转的优点。但膨胀比不能太大。
1.2 选择吸附法
选择吸附法是利用吸附剂只吸附特定气体，从而实现气体的分离。它包括:低温吸附法、变压吸附法和低温吸收法。
(1)低温吸附法 低温吸附法是利用在低温条件下(通常在液氮温度 下)，由于吸附剂本身化学结构的极性、化学键能等物理化学性质，吸附剂对氢气源中一些低沸点气体杂质组分的选择性吸附，实现氢气的分离。当吸附剂吸附饱和后，经升温、降低压力的脱附或解析操作，使吸附剂再生，如活性炭、分子筛吸附剂可实现氢气与低沸点氮（爱空分圈编辑）、氧,氢气等气体的分离。该法对原料气要求高，需精脱CO2,H2S,H20等杂质，氢含量一般大于95%，因此 通常与其它分离法联合使用，用于超高纯氢的制备，得到的氢气纯度可达99.9999%，回收率90%以上。该法设备投资大，能耗较高，操作较复杂，适用于大规模生产。
(2)变压吸附法(PSA) 变压吸附法是利用在恒温下，吸附剂的吸附容量随其分压的增大而增多，当减压或抽空时则解吸，吸附剂再生。选用难以吸附氢的吸附剂在常温下吸附氢源中的杂质，以实现氢与杂质的分离。一般选用的吸附剂有:活性氧化铝、硅胶、分子 筛、活性炭等。
该法对原料气中杂质的要求不苛刻，一般不需要进行预处理;原料气中氢含量一般为50%-90%，且当氢含量比较低时， 变压吸附法具有更突出的优越性;同时，变压吸附法可分离出高纯度的氢气，纯度可达99%一99.99%。该法装置和工艺简单、设备能耗低、投资较少，适合于中小各种规模生产，但氢的 回收率较低，只有600%-80%。目前，该法已用于水煤气，半水煤气，焦炉尾气分离氢，得到的氢气纯度为99.9999%, 日本公司采用PSA法，从焦炉气(CO气态)中分离出纯度为 99.9999%的超高纯氢等，研究了采用该法从重整 废气中回收氢气，可得到的氢气纯度达99.999%，并且氢的回收率达75%-85 %。此外，该法也应用于石油炼厂尾气的氢回收。
(3)低温吸收法 低温吸收法是利用吸收过程中杂质溶解于液体吸附剂，解吸过程，被溶解的气体从溶液中释放出来从而实现分离。常用的吸附溶剂有:丙烷、甲烷、丙烯和乙烯等。例如液体甲烷在低温下吸附一氧化碳;氯化苯对CH4, Ar和N都存在吸附作用，是一种理想的氢回收溶剂。此方法要求原料气中氢含量大于95%，可得到99.99%以上的高纯氢，回收率高达95%，若要达到更高的氢纯度要求，则要采用低温吸附法以补足。此方法适合于工业化生产，但设备 投资大、能耗高、成本高、操作较复杂。
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