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实验分析钯银合金膜分离氢气(三)

时间:2020-1-23 分享到:

图6反映了膜厚对氢气渗透速率的影响。用五种不同厚度的膜进行比较:(1)钯/银(23)合金膜,厚25微米。(2)钯/银(23)合金膜,厚50微米(外购商品);(3)钯/银(25)合金膜,厚1000微米;(4)钯/银(23)-多孔氧化铝陶瓷复合膜,合金层厚5.8微米;(5)钯/银(23)-多孔玻璃管复合膜,合金层厚6微米(用外购多孔玻璃管自制钯/银合金薄层。文中有关数据系作者实验所得)。由图6,在相同的操作条件下,氢气渗透速率随膜厚增大而降低。在膜上下游压差为340KPa和200度时,厚50微米和100微米的合金膜的氢渗透速率分别为1.77×10负5次方和0.862×10负5次方三立方米/(平分米·秒);当压差340KPa和400度时。厚25微米和l00微米的合金膜的氢渗透速率分别为8.24×1O负3次方和2.23×10负5次方/(平方米·秒)。可见,对于钯/银(23)合金膜,氢气渗透速率随膜厚减小而增加的倍数约为膜厚减小的倍数。在压差200KPa和200度时,厚50微米的钯/银(23)合金膜与钯/银(23)-多孔氧化铝陶瓷复合膜(合金层厚5.8微米)的氢渗透速率分别为1.40×l0负3次方和6.95×l0负3次方立方米/(米·秒),在压差340KPa和400度时,厚100微米的钯/银(25)合金膜与钯/银(23)多孔玻璃复合膜(合金层厚6微米)的氢渗透速率分别为2.23×10负3次方和11.2×10负3次方/(米·秒)。显然,钯/银(23)-多孔无机复合膜氢气渗透速率随合金层厚减小而增大的程度比钯/银(23)合金膜小,这主要是由多孔膜内存在渗透阻力所至。

实验分析钯银合金膜分离氢气(三)
Rune Bredesen等用钯/银(23)陶瓷板复合膜进行氢气分离研究时,发现当膜上游进料流量很小或为零时。膜表面存在气体滞流层而大大降低氢气的渗透能力。这边用钯/银(23)合金膜重演了这一实验。并无上述现象发生,进口氢气流量与氢气渗透流量无关,见图7。

实验分析钯银合金膜分离氢气(三)

当膜反复使用且表面受杂质污染时(称中毒),会出现异常的渗透行为。如图8,从140度开始。氢气渗透速率开始随温度的升高而降低。此时,若将膜再活化和清洗后使用,可恢复其渗透能力,得到较高的氢渗透速率(见图4)。

实验分析钯银合金膜分离氢气(三)

实验分析钯银合金膜分离氢气(三)

钯/银(23)合金晶格只允许氢气分子溶解并扩散通过而截留氮分子,因而分离氢/氮混和气体可得高纯氢气分离在图l实验装置中进行。采用膜上下游气体逆流流动形式,分离结果如表2。

实验分析钯银合金膜分离氢气(三)

由图7知。进气流量与氢气渗透速率无关,因此,不同的进气流量将影响膜上游出口气的组成。100度时,选定混和气进气流量为3.5×l0负4次方立方米/分钟,膜上游混和气中氢含量由60%降至34.2%,渗透气为10O%纯氢。由于混和气组成等因素的影响,实测混和气的氢渗透系数小于纯氢测得的氢渗透系数。当混和气进气流量和膜面积不变时,欲降低膜上游出口气中氢气的残余量(即提高氢气渗透流量),应在高温高压下操作。

这边研究了诸多种因素对氢渗透的影响,根据实验结果,提出了一些比较新的观点。比如,低温、低压(小于等于200度,小于500KPa)下,存在若干温度区域,它们具有不同的表观渗透活化能l膜预处理和再活化的重要性说明了高温操作(3O0-350度)能使钯/银(23)合金膜具有更稳定的渗透能力}当进料氢气流量变化时,氢气渗透速率维持一常数;找出了氢渗透速率随钯/银(23)合金膜厚变化的定量关系及其与氢渗透速率随钯/银(23)一多孔无机复合膜的合金层厚变化关系之间的差别。上述研究结果对钯/银合金膜分离器,钯/银合金膜反应器及钯/银多孔无机复台膜反应器的研究和设计都有重要参考价值。

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