氫氣可以從化石燃料和生物質中提取,也可以從水中提取,或者從兩者的混合物中提取。天然氣目前是氫氣生產的主要來源,約占全球每年約7000萬噸專用氫氣產量的四分之三。這約占全球天然氣使用量的6%。由于天然氣在中國占主導地位,其次是煤炭,一小部分是通過使用石油和電力生產的。那么選購氫氣發生器與氫氣鋼瓶時該考慮什么?
在電解氫發生器中分別購買或現場純化的純凈水與電解質(通常為KOH)混合,并通過電解反應H2O –> H2 +?O2轉化為氫和氧。由于產生的氫通常是“濕”的,其中含有水蒸氣,因此可以使用干燥劑或通過金屬膜純化器來純化氫。干燥劑較便宜,但氣體的純度Z高為99.9%,足以供FID使用,但不足以用作載氣或用于化學生產。隨著時間的流逝,干燥劑會耗盡。當它們充滿水蒸氣時,它們需要不斷的監控和更改。電解氫發生器通常還需要添加苛性電解質溶液,因為苛性堿可能會泄漏或通過腐蝕機制逸出。
在基于重整爐的制氫機中,將甲醇-水混合物泵送至約300 psi,并加熱至約350℃。然后將其送至催化劑上,通過CH3OH + H2O –> 3H2 + CO2反應將其轉化為含氫氣體混合物。通過使氫氣穿過反應器(膜反應器)內的膜或使用反應器外部的膜凈化器,從混合氣體中提取純氫。
氫氣廠家表示,兩種系統均提供高純度氣體的連續供氣。無需更換和存放鋼瓶,節省了時間和成本。一個人可以根據需要添加水或甲醇-水,只要實驗室中有電,就會產生氫氣。消除氣缸更換,減少了停機時間,并更大程度地減少了空氣污染的可能性。
由于氫氣發生器通常包含金屬膜,因此可以進一步提高一致的氣體純度。氫氣的純度為99.9999%,并隨時間保持恒定。始終如一的純度為GC系統提供了可靠性。僅在高氫純度不如高氫壓力重要的情況下,才應使用僅具有干燥劑以從氫中除去水蒸氣的電解系統。即使使用新的濾芯,純化的干燥劑氣體也不會超過99.9%,并且隨著干燥劑的磨損,純度會隨著時間而降低。如果純度有問題,請添加膜純化器,或使用甲醇重整器。
單缸非常緊湊;在需要許多氣缸的地方,節省空間有利于使用發電機。 氫氣發生器的尺寸相對較小,可以方便地將其放置在實驗室工作臺上。與多個氣瓶相比,它們消耗了大量寶貴的實驗室和存儲空間。與節省空間有關的是分區。一旦有了許多氣瓶,就開始遇到分區問題,即您的實驗室離公交車站,教堂和兒童有多近。分區可以將距離限制為500英尺或1/10英里。
氫氣生產廠家表示,短期節省成本有利于鋼瓶;長期和大產出有利于發電機。氣瓶中的氫氣相當昂貴,包括氣瓶租賃費用時,氫氣價格也更高。氫氣每瓶低價低純度氣體的成本約為70美元,而高純度氣體的成本為200美元。每個鋼瓶包含135 scf的氣體。如果您每天使用1/10氣瓶,您會發現每年在氫氣上的花費約為7,300美元,另外1000美元用于氣瓶的租賃和交付。這大約是一臺可比的氫氣發生器加上水或甲醇和電力運行的成本。如果您使用更少的氫氣,則可以節省用氣瓶的錢;如果您使用更多的氫氣,則可以用發電機節省很多。
與鋼瓶相比,大多數氫氣發生器都有輸送壓力的限制。氣瓶在200 psi或更高的壓力下供應氫氣沒有問題。相比之下,發生器只限于60-150 psig范圍。即使對于需要更高壓力氣體的GC,或者當發生器須遠離儀器時,此壓力限制也不太可能成為問題,但是在購買發生器時,您須意識到這一問題。使用苛性堿的電解系統可提供Z高的壓力,但由于運行中的高溫和苛性堿會滴落,它們往往是昂貴且不安全的。燃料電池發電機和重整器可提供較低壓力的氣體(通常Z大90 psi),但更安全。通常,發電機應放置在靠近儀表的位置,以更大程度地減少供應管線的壓降。
需要維護才能獲得更佳性能。電解氫發生器通常需要添加苛性電解質溶液。干燥劑凈化后的氣體將需要監控和更換干燥劑盒,以去除氫氣中的殘留水分。鈀膜凈化器系統和重整器系統每隔幾年需要更換熱電偶和加熱器。了解所需的操作和維護程序是做出明智決定的重要部分。
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