Получение особо чистого водорода

[AnRust]

 

Добрый день, друзья!

Хочу спросить совета, у знающих людей.
Сейчас модернизирую установку для газовой спектроскопии, в новых тех. режимах необходим особо чистый водород 99,999... 99,9999%. Ранее он вообще не требовался и наша лаборатория не приспособлена для установки водородного баллона. Также ОСЧ водород не очень дешев, и несколько баллонов стоят как фактически малопроизводительный водородный генератор.

Если все пройдет удачно с первой установкой, то далее потребуется дооснастить еще несколько аналогичных.

К сожалению у нашего института сейчас вряд ли найдутся средства для закупки, поэтому есть мысль попробовать собрать такой генератор самим.

Изучив аналогичное устройство для хроматографии https://www.youtube.com/watch?v=qje-yh2mjAw , которое по утверждение производителя выдает именно 99,9999%, подумал, что на первый взгляд непреодолимых сложностей не должно быть, поскольку нам не нужна высокая производительность, по сути ну хоть какая-нибудь, главное что бы чисто получалось)

 

Т.е. из деионизированной воды электролизом получаем водород (изолированно от кислорода, который выступает как «толкатель» воды для циркуляции). Далее этот водород поступает на простейший(по крайней мере в этой конструкции) влагоотделитель/сепаратор, далее идет через некую ячейку «каталитический реактор для дожига кислорода», наверное что то на основе какого-нибудь благородного металла, читал в статьях что можно и графитовый/угольный катализатор использовать — очень чистый уголь у нас есть. Потом из этого катализатора поступает на блок из засыпных фильтров, содержимое фильтров (цеолит) задерживает уже остаточную воду и примеси. После некоторого времени работы цеолит высыпают и прокаливают под вакуумом, очищая его, далее снова засыпают в фильтр.

 

Как сказали одни мои коллеги, таким простым способом хорошо очистить электролизный водород нельзя… все эти производители мелких H-генераторов безбожно врут)) Не знаю правы ли они…  КЦА как метод для очистки пока точно не потянем, может потом когда получим какие-то результаты более простым способом.

 

Прошу помощи форумчан, занимался ли кто-нибудь получением чистого водорода, по сути интересует три основных вопроса

1. конструкция(или можно где-нибудь приобрести) пусть малопроизводительного водородного электролизера, но который способен давать изначально более чистый водород

2. каталитический реактор — можно ли собрать без редких металлов, на угле/графите — есть ли у кого-нибудь так же примеры конструкции. 

3. Поставим допустим не два, как в примере, а пусть больше цеолитовых фильтров, хватит ли именно этого дешевого материала, для хорошей очистки

 

 

Огромная благодарность всем откликнувшимся!

 

[St2Ra3nn8ik]

Мне известен один способ (только без БМ тут не обойтись): пропускать водород через нагретую палладиевую мембрану (обычно в виде трубки) - водород легко пропускается палладием, а другие газы нет; заодно со стороны входа на нём остатки кислорода дожжет, при этом воду не пропустит на выход. На выходе очень чистый водород.

Изменено 25 Сентября, 2021 в 19:40 пользователем St2Ra3nn8ik

[Arkadiy]

уголь -точно нельзя -в вашем чистом водороде будет примесь углекислого и угарного газов

[Вадим Вергун]

Наблюдал такого рода установку по получению высокочистого водорода.

Водород брался из баллона даже не ОСЧ. Шел в колонку с оксидом фосфора, трубку каталитического доокисления кислорода, батарею цеолитов. А дальше попеременно  работали две колонки  заполненные палладием на оксиде алюминия. При одной температуре коллонка заполняется водородам и продувается, при другой водород выходит. Диаметр не большой, где-то 2-3мм, длинна метров 5. Со слов человека который на этой установке работал стабильно N6 на выходе, но если настроить циклы сорбции-десорбции с большими потерями можно и N7 получить.

[Максим0]

Сделайте змеевик из тонкостенной никелевой трубки и подогревая оную пропускайте по ней ваш водород. Сквозь трубку просочится ОСЧ водород.

Вот только тонколистовой никель легко проедается насквозь медными припоями если они не содержат никеля.

[AnRust]

26.09.2021 в 13:43, Вадим Вергун сказал:

Наблюдал такого рода установку по получению высокочистого водорода.

Водород брался из баллона даже не ОСЧ. Шел в колонку с оксидом фосфора, трубку каталитического доокисления кислорода, батарею цеолитов. А дальше попеременно  работали две колонки  заполненные палладием на оксиде алюминия. При одной температуре коллонка заполняется водородам и продувается, при другой водород выходит. Диаметр не большой, где-то 2-3мм, длинна метров 5. Со слов человека который на этой установке работал стабильно N6 на выходе, но если настроить циклы сорбции-десорбции с большими потерями можно и N7 получить.

Спасибо за развернутый ответ!

можете поподробнее рассказать про "...Шел в колонку с оксидом фосфора, трубку каталитического доокисления кислорода..."

Насколько я понял эти две трубки с палладием тоже самое что и классический КЦА. Цикл - одна трубка заполняется очищаемым газом, он через нее просачивается (становясь чистым), идет к потребителю, а часть газа идет на "чистую сторону" второй трубки, обратно просачиваясь на ее "грязную сторону", к которой подключается допустим вакуум,  чистый газ выдавливает/десорбирует со стенок и из объема всю "грязь".  Далее обе трубки закрываются теперь очищаемый газ подается на "грязную сторону" уже второй трубки, очищается, поступает потребителю и "регенерирует" первую трубку. Я правильно вас понял?

[AnRust]

26.09.2021 в 17:25, Максим0 сказал:

Сделайте змеевик из тонкостенной никелевой трубки и подогревая оную пропускайте по ней ваш водород. Сквозь трубку просочится ОСЧ водород.

Вот только тонколистовой никель легко проедается насквозь медными припоями если они не содержат никеля.

 

а какая толщина должна быть? сотня микрон? наверное еще меньше....  где такие можно достать. Есть ли какая-нибудь статейка почитать об подобном способе очищения? большое спасибо за участие!

[Максим0]

26 минут назад, AnRust сказал:

 

а какая толщина должна быть? сотня микрон? наверное еще меньше....  где такие можно достать. Есть ли какая-нибудь статейка почитать об подобном способе очищения? большое спасибо за участие!

У совсем тонкостенных трубок плохое качество металла, а ей всё-таки в согнутом состоянии наводораживаться, греться и держать давление предстоит. Потом состав металла имеет значение, чем чище никель, тем лучше. Поэтому я бы выбрал трубку диаметром 2,6 мм со стенкой 0,12 мм из НП0Эви, и плотно засыпав мелким песочком по всей длине согнул в плотный змеевик на оправке диаметром 2 см в два слоя. Если навьёте третий слой, получите головняк с вытряхиванием песка из среднего слоя. До какой температуры греть... понятия не имею, но я бы выбрал в диапазоне 350-700^оС - от температуры начала снижения прочности до температуры половины прочности. В реальности прочность будет ещё ниже из-за наводораживания. Водород по трубке продавливать надо будет под давлением, в идеале близким к баллонному, поэтому в целях безопасности (на случай разрыва змеевика) я бы впаял на пути водорода медную пластинку с отверстием в десятые доли мм.

Где почитать - не посоветую, знаю что никелевые змеевики применяют в лабораторных целях, а в промышленных трубчатые аппараты и платиновых металлов, выше изложил свои соображения, с никелевой трубкой работал, но никогда водород и газы под давлением по ней не пускал.

[vmk]

25.09.2021 в 20:51, St2Ra3nn8ik сказал:

Мне известен один способ (только без БМ тут не обойтись): пропускать водород через нагретую палладиевую мембрану (обычно в виде трубки) - водород легко пропускается палладием, а другие газы нет; заодно со стороны входа на нём остатки кислорода дожжет, при этом воду не пропустит на выход. На выходе очень чистый водород.

Издавна ядерщики для получения нейтронов использовали ядерную реакцию D-D. Сначала с помощью электролиза тяжелой воды наполняли предварительно откачанный на вакуум небольшой стеклянный баллончик. Затем этот газ подавался в ионный источник ускорителя с помощью прецизионного дозатора, основанного на свойстве пропускания водорода стенками нагретой палладиевой трубки.  В ионном источнике генерируются ионы разного состава и массы. После их ускорения в электрическом поле (более 100 киловольт) с помощью магнитного сепаратора отбираются однократно заряженные ионы D+, которые бомбардируют мишень, содержащую атомы тяжелого водорода. В результате ядерной реакции D-D происходит интенсивная генерация нейтронов.