鈀(ba)擴(kuo)散(san)氫(qing)氣發生(sheng)器提純方(fang)法原理(li)及優(you)缺點(dian)介紹(shao)（二）

鈀(ba)擴(kuo)散(san)膜(mo)通(tong)過(guo)壓力驅(qu)動(dong) H+ 離子(zi)穿(chuan)過(guo)鈀(ba)薄(bo)膜(mo)。鈀(ba)/銀(yin)合金(jin)薄(bo)膜(mo)可在溫度超過(guo) 300 可(ke)在溫時(shi)選(xuan)擇(ze)性(xing)擴(kuo)散(san)使(shi)氫(qing)離(li)子(zi)穿(chuan)過(guo)薄(bo)膜，同(tong)時(shi)使(shi) H2O、CO2 或(huo) CO 等雜質(zhi)無法(fa)穿過(guo)並(bing)留在薄膜(mo)內側(ce)。稍(shao)後(hou)可(ke)將(jiang)這(zhe)些(xie)雜質(zhi)排(pai)至空氣中。鈀(ba)擴(kuo)散(san)器(qi)款式多(duo)樣，包括(kuo)管陣(zhen)列(lie)、螺旋管(guan)或(huo)薄膜箔。氫(qing)離(li)子(zi)穿(chuan)過(guo)薄(bo)膜後，會(hui)形(xing)成可加壓的雙(shuang)原子(zi)氫(qing)分子(zi)並(bing)傳輸(shu)至分析(xi)儀(yi)器（參(can)見圖 3.）。

圖(tu) 3. 使(shi)用(yong)鈀(ba)擴(kuo)散(san)薄(bo)膜進行氫(qing)氣(qi)提純(chun)的(de)氫氣(qi)發(fa)生(sheng)器原理(li)圖(tu)

但(dan)是，盡管能夠提供(gong)高純(chun)度氫氣，鈀(ba)電(dian)解槽壽(shou)命(ming)相(xiang)對(dui)較(jiao)短(duan)（3 至 5 年(nian)），供水或斷電(dian)期間薄膜(mo)中存(cun)在溶解氫氣所(suo)導(dao)致脆(cui)化會(hui)形(xing)成流量或雜質(zhi)變(bian)化，由(you)此(ci)產生(sheng)的機械(xie)壓力會易使(shi)鈀(ba)電(dian)池發生(sheng)故障。

PEM/PSA

要(yao)提(ti)純並(bing)幹燥氫氣，變(bian)壓吸(xi)附利(li)用改(gai)變(bian)穿過(guo)兩(liang)個充(chong)滿沸石(shi)吸(xi)附材(cai)料(liao)並(bing)聯柱(zhu)的氫氣(qi)流(liu)量的原理(li)工(gong)作，其中(zhong)沸石(shi)吸(xi)附材(cai)料(liao)作為(wei)分子(zi)篩(shai)（參(can)見圖 4.），允(yun)許(xu)較(jiao)小(xiao)的(de)氫(qing)分子(zi)通(tong)過(guo)，同(tong)時(shi)保(bao)留較(jiao)大的(de)水分子(zi)。氫(qing)氣(qi)在通(tong)過(guo) A 柱(zhu)時(shi)提(ti)純(chun)，少量幹燥氣體向(xiang)後(hou)排(pai)出通(tong)過(guo) B 柱(zhu)借助吸(xi)附材(cai)料(liao)凈化保(bao)留的水分。A 柱(zhu)達(da)到*佳吸(xi)附時(shi)，過(guo)程(cheng)反(fan)轉(zhuan)，此(ci)時(shi) B 柱(zhu)接(jie)替(ti) A 柱(zhu)進(jin)行氫(qing)氣(qi)提純，A 柱(zhu)進(jin)行再生(sheng)。兩個柱在氫氣(qi)提純(chun)和再生(sheng)之間相互轉換(huan)，使(shi)系統能夠連續(xu)產生(sheng)經過(guo)提(ti)純的氫(qing)氣(qi)，其壓力波(bo)動(dong)和脈(mai)動(dong)效應(ying)可以(yi)忽略(lve)。每個周(zhou)期完成後，系統會*再生(sheng)，因此(ci)無需(xu)更換(huan)材(cai)料(liao)。

圖(tu) 4. 使(shi)用(yong)變(bian)壓吸(xi)附進(jin)行氫(qing)氣提純的(de)氫(qing)氣發(fa)生(sheng)器原理(li)圖(tu)

可(ke)與 PEM 同(tong)時(shi)使(shi)用(yong)的(de) PSA 另(ling)壹可(ke)選(xuan)幹燥系統為(wei)矽膠幹燥系統（參見圖 5.）。該(gai)系統只(zhi)將(jiang) PEM 產生(sheng)的氫氣穿(chuan)過(guo)矽膠柱(zhu)去(qu)除(chu)水分。該(gai)系統價(jia)格(ge)低yu PSA 和鈀(ba)幹燥系統，但所(suo)產生(sheng)的高純(chun)度氫氣含(han)有更多(duo)水分和氧(yang)氣(qi)。該(gai)系統維護(hu)費用(yong)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)，只(zhi)需(xu)定期按需(xu)更換(huan)消(xiao)電(dian)離器盒和幹燥柱即(ji)可(ke)。

圖(tu) 5. 使(shi)用(yong)矽膠柱(zhu)進(jin)行氫(qing)氣(qi)提純的氫(qing)氣(qi)發生(sheng)器原理(li)圖(tu)。

優(you)缺點(dian)

研(yan)究表明鈀(ba)提(ti)純(chun)系統能夠產生(sheng)*幹燥的氫氣1，但使(shi)用(yong)該(gai)系統亦存(cun)在諸(zhu)多(duo)優(you)缺點(dian)。利用(yong)對 H+ 的(de)選擇透(tou)過(guo)性(xing)，低溫條(tiao)件下(xia)薄膜(mo)中存(cun)在 H2 時(shi)發(fa)生(sheng)斷電(dian)易使(shi)鈀(ba)脆(cui)化。鈀(ba)電(dian)解槽在高溫條(tiao)件下(xia)工作，因此(ci)必(bi)須進(jin)行(xing)復雜的啟(qi)動(dong)和關(guan)機程(cheng)序(xu)以(yi)避(bi)免脆(cui)化並(bing)*終對電(dian)解槽產生(sheng)損害。鈀(ba)電(dian)解槽的更換(huan)成本較(jiao)高，並(bing)且(qie)其壽(shou)命(ming)相(xiang)對(dui)較(jiao)短(duan)。

另(ling)壹方(fang)面(mian) PSA 在魯棒(bang)性(xing)和較(jiao)低(di)的(de)維(wei)護(hu)需求(qiu)方(fang)面比鈀(ba)系統更具優(you)勢(shi)。PSA 無需(xu)在高溫和高電(dian)解電(dian)流條(tiao)件下(xia)工作，並(bing)且(qie)維護成本較(jiao)低(di)。盡(jin)管(guan) PEM/PSA 能(neng)夠達(da)到的純度略低於(yu)鈀(ba)系統（質(zhi)量 6.0 與 7.0），但(dan) PSA 系統無需(xu)停機程(cheng)序(xu)並(bing)且(qie)系統可在 2 至 3 小時(shi)內(nei)達(da)到較(jiao)高的(de)純(chun)度。

上(shang)述 4 種系統都可(ke)以(yi)產生(sheng)高純(chun)度氫氣，消(xiao)除(chu)工(gong)作環(huan)境(jing)中(zhong)存(cun)放(fang)氫(qing)氣(qi)瓶(ping)的需(xu)要(yao)。發(fa)生(sheng)器的成本通(tong)常會在所生(sheng)產氣體質(zhi)量以(yi)及生(sheng)產氣體所(suo)采(cai)用(yong)的(de)技術(shu)上(shang)體現出來(lai)。您(nin)對發(fa)生(sheng)器的選擇(ze)通(tong)常取(qu)決(jue)於(yu)氫氣(qi)的(de)應(ying)用(yong)以(yi)及該應用對(dui)氣體純(chun)度的要求(qiu)。