氢气纯度检测

关于氢气生成技术的技术考量为气相色谱和气相色谱/质谱应用提供载气的氢气发生器利用多项技术提供高纯度氢气。本文将探讨各种氢气提纯方法。前 3 种方法结合使用 PEM（质子交换膜）和多种提纯技术，第 4 种方法使用综合钯电解槽。PEM/钯扩散钯薄膜氢气提纯器利用压力驱动跨钯薄膜扩散原理工作。只有氢气能够扩散穿过钯扩散器。钯扩散器款式多样，包括管、螺旋管或薄膜箔阵列。钯扩散器由钯银合金材料制成，该材料在加热到标称 300oC 以上时具有只允许单原子氢穿过其晶格的独特属性。与钯薄膜表面接触的氢分子离解为单原子氢并穿过薄膜。在钯薄膜的另一侧，单原子氢重新组合为双原子氢。 PEM/钯扩散过程特点与优势 超高纯度氢气，几乎无水分或氧气携带。纯度超过 99.99999%。 无需例行维护。 提纯器中钯扩散器的预计正常使用寿命约为 5 年，取决于具体应用以及使用情况（来源： http://pureguard.net/cm/Library/FAQs.html）问题 使用钯银合金时，意外断电会对扩散器造成无法逆转的损害。 钯银合金会吸收氢气，导致体积增加或变形变脆。 如果扩散器因孔洞而破裂，对此进行维修无经济优势。 在氢气存在时保证钯薄膜不冷却对于延长使用寿命至关重要。即使提纯器短时间内在最佳工作温度范围外运行，也会使其耐用性下降。 氢气进入扩散器“提纯”侧后，需定期清理电解槽“未提纯”侧遗留氢气（仍包含氧气和水分等杂质）。这样可以确保有充足数量的氢分子可进行跨钯薄膜传递，以便维持扩散器效率。这一过程非常复杂，如果系统设计不佳，会使扩散器输出压力/流量产生脉冲效应。 反应在超高温度下进行，该过程中出现任何火源都非常危险，由此会引发安全顾虑。用于驱动加热器盒的电流在此温度下非常危险，如果发生任何问题都有可能产生明显电弧。 需要更换提纯器中的钯薄膜，更换间隔约为 5 年。 推荐使用备用电解槽消除停机时间。 碳排放量更大，因为需要用电将钯合金加热至工作温度。 钯电解槽/提纯器综合系统采用金属钯阳极，由于水无法有效传导电流，因此添加强水溶性电解质，通常使用 20% 的氢氧化钠 (NaOH)。钯管束作为阴极，只有氢及其同位素能够穿过阴极，生成超高纯度氢气。钯电解槽/提纯器综合系统特点与优势超高纯度氢气，几乎无水分和氧气携带问题 每 12 个月必须更换电解槽中的电解质溶液。使用的电解质为 NaOH（氢氧化钠），氢氧化钠为腐蚀性物质，必须小心处理。更换过程至少需要 8 个小时的冷却时间和 4 个小时的启动时间。必须事先排空所有之前使用的电解质溶液。 含硫化合物和不饱和碳氢化合物会降低渗透性。 氢氧化钠会腐蚀设备，久而久之会造成损害。 使用质量较差的电解质会损害电解槽的电化学装置。 存在电解质泄漏风险，会灼伤皮肤。 PEM/吸附剂变压吸附变压吸附技术利用改变通过两个充满吸附材料（珠状）柱的流量的原理工作，其中的吸附材料作为分子筛。氢通过一个柱时，少量干燥气体沿另一柱传递。无吸附能力时，吸附材料会强制再生。该动作会在柱中完全再生吸附材料，因此无需更换材料。少量产品氢气冲走废物后，容器为下一生产周期准备就绪。生产的氢气干燥程度极高，水分含量仅为 1ppm。 PEM/吸附 PSA 过程特点与优势 稳定性高，可再生技术。 无高压或与之关联的高电流。 连续氢气流，无压力波动或脉冲效应。 维护要求限于消电离器盒的更换。无需更换干燥剂或危险的腐蚀剂。 启动和停机程序简短方便。 操作简便，运行可靠。 与其他氢气提纯方法相比，能耗较低，因此运行成本更低。 行业研究表明使用钯技术能够生产最干燥的氢气，但根据 Agilent 技术公司的纯度建议，PSA 足以满足气相色谱/质谱的要求。问题电解槽更换成本更高。用于再生分子筛的氢气会排入空气。也可选择市场中将此部分氢气通过催化剂以消除向空气排放氢气的氢气发生器。 PEM/硅胶干燥系统使用硅胶干燥柱是另一常用提纯方法并且因其简便易行而被广泛采用。使用 PEM 技术产生的氢气会流过不锈钢干燥盒去除水分。干燥柱通常由硅胶珠组成，硅胶珠在氢气中作为干燥剂，可产生满足行业纯度要求的高纯度氢气。 PEM/硅胶干燥过程特点与优势干燥器（硅胶）和消离子器盒更换简便。满足气相色谱纯度的一般要求。与其他提纯方法相比，性价比高。问题通常会存在一些水分或氧气携带。干燥剂（硅胶）需要连续监控并定期更换，具体取决于系统使用情况。使用频繁时，干燥盒可能需要每周更换。

还有不到1个月，北京冬奥会就要开幕了。1月6日，国内首座站内氢气检测实验室——中国石化西湾子氢气检测实验室今日在河北崇礼正式投运。该实验室能完成燃料电池氢气的13项典型指标检测，将为保障冬奥会氢能质量安全可靠提供有力技术支撑，助力“绿色冬奥”。据了解，车用氢燃料电池对氢气质量要求很高，氢气的质量直接关乎车辆的使用性能和寿命。于2019年7月实施的国家标准GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池车用燃料氢气》要求氢气纯度为99.97% ，且对氢气中的一氧化碳、甲醛等13项杂质含量都有严格的规定和限制，如下表所示：中国石化西湾子氢气检测实验室于2021年9月立项，2021年12月完成验收，占地面积约40平方米，拥有气相色谱仪、光腔衰荡仪等专业检测仪器5台，从站内加氢枪取样到完成典型指标检测，整个过程仅需2小时。目前该实验室已具备燃料氢气中杂质分子的鉴别和检测能力。建设过程中，中国石化集团公司及所属石油化工科学研究院开发出适用于高纯氢气中微量杂质的检测方法，形成了完整的覆盖国家标准严格规定的13项杂质分析方法。中国石化河北崇礼西湾子加氢站是中国石化4座服务冬奥加氢站之一，距离冬奥会张家口赛区仅15公里，是进入赛区的重要交通枢纽。该站日供氢能力1000公斤，设有加氢机两台，可同时满足35兆帕、70兆帕氢燃料电池汽车加注需求。冬奥会期间，该站将为35兆帕氢能公交、70兆帕氢能中巴车等冬奥用车提供服务，同时还可服务物流卡车、氢能清扫车等多种氢能车辆。作为北京冬奥会的官方合作伙伴，中国石化致力于提供洁净能源，助力“绿色冬奥”。2020年3月，建成投产燕山石化北京冬奥会氢气新能源保供项目，已向北京及周边市场供应高纯氢超260吨；2021年9月，投营4座服务冬奥加氢站。2020年11月，推出“爱跑”系列全新一代环保高标准汽油；2021年10月，在冬奥会北京赛区布局30座油品保供站、29座LNG加气站，在河北赛区布局19座油品保供站，保障冬奥会期间油气供应。2021年12月，提前两个月在北京全面供应品质更高的京6B汽柴油，助力首都的天更蓝、水更清，用“洁净能源，为冬奥加油”。此外，中国石化还为北京冬奥会和冬残奥会火炬“飞扬”披上碳纤维“外衣”，冬奥火炬筒身是由中国石化上海石化研发的“黑科技”新材料碳纤维复合材料制成，具有“轻、固、美”的特点，能够实现在高于800摄氏度的氢气燃烧环境中正常使用，助力“绿色冬奥”；冬奥会安保民警防寒衣装的保暖“内芯”70%是采用中国石化仪征化纤研发生产的新材料制成，为冬奥加油“保暖”。

众所周知，气相色谱仪使用时需要载气、燃气、助燃气、尾吹气四路气源，具体如下图所示：01载气：主要是氢气、氮气和氦气，其中氮气应用最广；02燃气：氢气，用于FID、NPD、FPD检测器点火，单台用量50mL/min左右，纯度要求≥99.999%；03助燃气：零级空气，用于FID、NPD、FPD检测器点火；04尾吹气：氮气吹扫，一般是从载气分流过来，用于消除进样残留带来的污染。气相色谱仪面临诸多问题 气相色谱仪燃气的传统供气方式以氢气钢瓶为主，具有高压易发生危险、更换导致实验室停机、使用时容易发生泄露等诸多问题，针对这些问题，INNOTEG高纯氢气发生器HP-HG 250统统可以解决！ INNOTEG高纯氢气发生器HP-HG 250英诺德HP-HG 250高纯氢气发生器采用质子交换膜（PEM）技术，电解去离子水制成纯度99.9996%的高纯氢气，彻底告别高压钢瓶，安全、可靠且方便。HP-HG250高纯氢气发生器无需定期更换任何干燥剂，真正做到免维护。 应用于GC-FID、GC-FPD、GC-NPD燃气等。流量250mL/min纯度≥99.9996%1台可至少满足3~4台气相色谱仪用气要求！氢气发生器优势01电解池采用100%镀钛外壳，高度防腐、寿命可达8-10年；02干燥部件免维护，即无需更换干燥筒，超级省钱；03在线显示运行时间、压力、流量、水位、水质状态，包括水质监测和电导率监控；04精准的氢气检漏系统，分别装有内部泄露检测及报警、外部泄露检测及报警，实时监测，并能自动停止产气确保安全；05模块化水位监测系统，实时监测水箱水位，同时具备水位下线报警功能；06内置过压保护、高温保护等过载保护程序，多重安全监控为您的实验室用气保驾护航！