前 言
针对氢能相关领域，新宇宙由上世纪80年代开始研发具备高灵敏度的氢气选择性传感器，40多年以来，通过提供优秀的氢气检测解决方案，COSMOS始终为打造“安全安心的氢能社会”而不懈努力！
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氢气的分离与提纯
氢气的纯化
氢气因其清洁无污染、热量高等优点，被誉为21世纪最具发展前景的清洁能源。常温常压下，氢气是一种无色无味、极易燃烧的气体，由于其易爆炸性和高反应性，纯化变得至关重要，特别是在需要极高纯度氢气的半导体工业、精细化工及光电产业中，这些行业需要的氢气纯度通常超过99.99%，远高于一般工业制氢方法所能提供的纯度。因此，氢气纯化技术的开发和应用成为了必需。
在氢气检测专题的上一期内容中，我们介绍了电解水制氢过程中的氢中氧、氧中氢检测，本期让我们继续探讨粗氢分离提纯过程中的氢安全监测。
氢气的纯化流程
氢气纯化器通过物理、化学等多种原理来实现对氢气的纯化。它的工作原理包括分离、过滤、吸附和再生等步骤，通过这些步骤的组合来实现氢气与杂质的分离，从而获得高纯度的气。气纯化器在氢能源产业中起着重要的作用，可以提供高质量的氢气供应，推动氢能源的发展。氢气纯化装置从富氢气体中去除杂质得到5N以上（≥99.999%）纯度的氢气大致可分为三个处理过程。
对粗氢进行预处理，去除对后续分离过程有害的特定污染物，使其转化为易于分离的物质，传统的物理或化学吸收法、化学反应法是实现这一目的的有效方法。
去除主要杂质和次要杂质，得到一个可接受的纯氢水平（5N及以下），常用的分离方法有变压吸附（PSA）分离、低温分离、聚合物膜分离等。
采用低温吸附、钯膜分离等方法进一步提纯氢气到要求的指标（5N以上）。
氢气分离提纯的主要方法
低温分离法
低温分离法是利用原料气中不同组分的相对挥发度的差异来实现氢气的分离和提纯。H2、N2、CH和 Ar的标准沸点分别为252.75℃、195.62℃、161.3℃和185.71℃，故利用冷凝的方法可以从这些混合气体中分离出氢气。另外，由于氢气的相对挥发度比烃类物质高，故低温分离法也能达到氢气与烃类物质分离的目的。低温分离法在气体分离过程中涉及压缩和冷却过程，需要很高的能耗，因此该分离方法适用于大规模气体分离过程，获得的氢气纯度大于95%，相应的氢气回收率可达92%~97%。
低温吸附法
低温吸附法是利用在低温条件下(通常在液氮温度下)，吸附剂对氢气源中一些低沸点气体杂质组分的选择性吸附，实现氢气的分离。当吸附剂吸附饱和后，经升温、降低压力的脱附或解析操作，使吸附剂再生，如活性炭、分子筛吸附剂可实现氢气与低沸点氮、氧等气体的分离。该法对原料气要求高，需精脱CO2、H2S、H2O等杂质，氢含量一般大于95%，因此通常与其它分离法联合使用，用于超高纯氢的制备，得到的氢气纯度可达99.9999%，回收率90%以上。
膜分离技术法
膜分离技术以选择性透过膜为介质，在电位差、压力差、浓度差等推动力下有选择的透过，从而达到分离提纯的目的，包括金属致密透氢膜(如钯膜)、有机中空纤维膜(如聚砜、聚酰亚胺、聚碳酸酯等)等。氢分子在金属钯膜表面解离成氢原子，经过溶解、扩散，在膜的另一侧再结合为氢分子，而其他分子则无法渗透，从而达到分离的目的，钯膜可生产99.9999999%的纯氙气，用于半导体和LED工业对于超高纯度氢的需要。在分离技术中，无机致密透氢膜因其对氢气100%的选择透过性而被认为是最有应用前景的获得高纯氢的方法之一，研究开发高透量、高选择性和长期稳定的膜材料是研究重点。
纯化过程中的氢安全检测
预防氢气泄漏：氢气具有 “爆炸极限范围极宽”（4%-75%体积浓度）的特性，而纯化器是一个压力容器，内部有阀门、管道、接口、焊缝等众多潜在泄漏点。在运行过程中，这些部位可能因疲劳、腐蚀、密封老化等原因发生氢气泄漏，与空气混合后易发生爆炸。因此，在纯化过程中需要对氢气进行泄漏监测。
监测纯化效果：一些纯化工艺（如催化除氧）需要监测进出口气体的组分。报警器可以设置在不同阶段，用于判断纯化器是否正常工作，催化剂是否失效。如果纯化后的气体中仍然检测到超标杂质（反之，在某些环节也可能需要监测氢气纯度），可能意味着纯化效率下降，产品气质量不达标。
保护下游设备：高纯氢常用于精密行业（如电子半导体、燃料电池等）。如果纯化器失效导致杂质气体含量升高，可能会对下游昂贵的产品或设备造成污染和损害，早期报警可以避免更大的经济损失。
固定式气体检测器KD-12S系列
气体热传导式原理可满足在无氧环境下的可燃气体检测需求。
应用领域
半导体与微电子、LED、气体行业、光伏行业、光纤行业、实验室、研究所等。
产品亮点
● 带浓度显示功能，现场可读取浓度
● 使用磁棒操作，维护简易
● 组件式传感器，方便替换
●防爆型外壳设计 Ex d II CT6
● 基板电子部件和焊接实现无铅化
● 采用免螺丝式端子台，接线简单
产品应用实例
氢气纯化器中的泄漏检测
