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 等雜質無法穿過并留在薄膜內側。稍后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。氫離子穿過薄膜后，會形成可加壓的雙原子氫分子并傳輸至分析儀器（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形成流量或雜質變化，由此產生的機械壓力會易使鈀電池發生故障。

PEM/PSA

要提純并干燥氫氣，變壓吸附利用改變穿過兩個充滿沸石吸附材料并聯柱的氫氣流量的原理工作，其中沸石吸附材料作為分子篩（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，少量干燥氣體向后排出通過 B 柱借助吸附材料凈化保留的水分。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。兩個柱在氫氣提純和再生之間相互轉換，使系統能夠連續產生經過提純的氫氣，其壓力波動和脈動效應可以忽略。每個周期完成后，系統會*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 PEM 同時使用的 PSA 另一可選干燥系統為硅膠干燥系統（參見圖 5.）。該系統只將 PEM 產生的氫氣穿過硅膠柱去除水分。該系統價格低yu PSA 和鈀干燥系統，但所產生的高純度氫氣含有更多水分和氧氣。該系統維護費用相對較低，只需定期按需更換消電離器盒和干燥柱即可。

圖 5. 使用硅膠柱進行氫氣提純的氫氣發生器原理圖。

優缺點

研究表明鈀提純系統能夠產生*干燥的氫氣1，但使用該系統亦存在諸多優缺點。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，因此必須進行復雜的啟動和關機程序以避免脆化并*終對電解槽產生損害。鈀電解槽的更換成本較高，并且其壽命相對較短。

另一方面 PSA 在魯棒性和較低的維護需求方面比鈀系統更具優勢。PSA 無需在高溫和高電解電流條件下工作，并且維護成本較低。盡管 PEM/PSA 能夠達到的純度略低于鈀系統（質量 6.0 與 7.0），但 PSA 系統無需停機程序并且系統可在 2 至 3 小時內達到較高的純度。

上述 4 種系統都可以產生高純度氫氣，消除工作環境中存放氫氣瓶的需要。發生器的成本通常會在所生產氣體質量以及生產氣體所采用的技術上體現出來。您對發生器的選擇通常取決于氫氣的應用以及該應用對氣體純度的要求。