Мембранное устройство для выделения водорода
Мембранное устройство для выделения водорода относится к устройствам для разделения газовых смесей на две фракции методами фильтрации через мембрану и может быть использовано при получении водорода. Устройство состоит из корпуса, патрубка ввода водородсодержащей смеси, направляющего устройства, стакана из пористого материала, палладиевой мембраны, патрубка выхода газа и патрубка выхода водорода. Отличительной особенность конструкции полезной модели является то, что для создания избыточного давления над мембраной используется вихревой эффект, а мембрана выполнена в виде тонного слоя палладии нанесенного на стакан из термостойкого пористого материала.
Мембранное устройство для выделения водорода относится к устройствам для разделения многокомпонентных газовых смесей за счет избирательной проницаемости мембран. Устройство может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности и энергетике.
Задачей полезной модели является создание устройства, способного отделять водород от других газов без использования дорогостоящих химических процессов (абсорбция, адсорбция, десорбция) и компрессорных и вакуумных машин.
Известно мембранное устройство [RU 2005105093 А, МПК7 В01D 69/12, В01D 61/00, В01D 53/22], включающее селективно проницаемую мембрану, выполненную в виде слоя элементов, например гранул, выполненных из материала с заданной избирательной проницаемостью, адсорбирующего сопутствующий и пропускающего целевой продукт. Недостатком устройства является то, что для создания движущей силы процесса необходимо дополнительное оборудование для транспортировки и сжатия газа.
Существует так же устройство [RU 78690 U1 МПК7 В01D 61/00], включающее в себя корпус, технологические штуцера для ввода исходной газовой смеси, вывода водорода и остаточного газа и палладиевой мембраны. Недостатком данного устройства является то, что при такой конструкции палладиевая мембрана должна иметь существенную толщину для обеспечения механической прочности. Однако увеличение толщины мембраны приведет к падению скорости процесса разделения.
Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1, патрубка ввода водородсодержащей смеси 2, направляющего устройства 3, стакана из пористого материала 4, палладиевой мембраны 5, патрубка выхода газа 6 и патрубка выхода водорода 7.
Поток водородсодержащего газа подается в аппарат через патрубок 2, расположенный тангенциально к корпусу, приобретает поступательно-вращательное движение и проходит над поверхностью мембраны 5. Отличие вихревого течения газов в том, что на периферии аппарата создается избыточное давление (которое тем выше, чем выше степень крутки потока), а в центре - разряжение. Таким образом, за счет вихревого течения газа, создается существенная движущая сила процесса разделения. Конструктивная особенность аппарата в том, что мембрана выполнена в виде тонкого слоя палладия нанесенного на стакан и пористого термостойкого материала. Преимущество палладия в том, что через его кристаллическую решетку диффундируют только атомы водорода, а конструкция, состоящая из тонкого слоя палладия и основы из пористого материала, обеспечит механическую прочность мембраны при высокой пропускной способности. Так же для поддержания крутки потока внутренняя поверхность стакана выполнена спиральной с определенным шагом. Шаг спирали совпадает с шагом шнекового направляющего устройства 3. Такое сочетание позволяет увеличить длину пути газа над поверхностью мембраны, увеличить рабочую площадь мембраны, время пребывания газа в аппарате, способствует созданию избыточного давления над мембраной. Все это, в конечном счете, приведет к увеличению эффективность процесса мембранного отделения водорода от других газов.
1. Мембранное устройство для выделения водорода, состоящее из корпуса, направляющего устройства, технологических патрубков для ввода водородсодержащей газовой смеси, вывода водорода и остаточного газа, селективно проницаемой мембраны, отличающееся тем, что патрубок ввода водородсодержащей газовой смеси расположен тангенциально к корпусу аппарата, мембрана выполнена в виде тонкого слоя палладия, нанесенного на основу из пористого термостойкого материала.
2. Мембранное устройство для выделения водорода по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность мембраны выполнена спиральной таким образом, чтобы шаг спирали на поверхности мембраны совпадал с шагом шнекового направляющего устройства.
