| 膜分离耦合电化学氢泵提氦工艺设计与优化 |
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| 引用本文： | 程安迪,刘世帅,吴雪梅,姜晓滨,贺高红,王璠,杜国栋,肖武.膜分离耦合电化学氢泵提氦工艺设计与优化[J].清华大学学报(自然科学版),2023(5):704-713. |
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| 作者姓名： | 程安迪 刘世帅 吴雪梅 姜晓滨 贺高红 王璠 杜国栋 肖武 |
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| 作者单位： | 1. 大连理工大学精细化工国家重点实验室膜科学与技术研究开发中心;2. 大连欧科膜技术工程有限公司 |
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| 摘 要： | 深冷精馏的氦气富集工艺存在能耗高、投资大，催化氧化法脱氢会引入新杂质(O2、H2O等)的问题，因此提出基于膜分离耦合电化学氢泵的脱氮单元尾气提氦工艺。二级膜分离富集氦气，电化学氢泵分离氢气/氦气，一步实现高效脱氢提氦和氢气资源化利用。基于课题组自主开发的膜分离和电化学氢泵单元模块，利用Aspen HYSYS对耦合工艺进行了建模及数据分析，并结合灵敏度分析法和响应面法对工艺关键参数进行了优化。最优工艺条件是第1、2级膜面积分别为4 759.5和435.3 m2,第1、2级膜进料绝对压强分别为6 010.3和4 352.5 kPa,第1、2级电化学氢泵的膜电极面积分别为39和17 m2,施加电势均为1 V。该条件下，产品氦气摩尔含量为99.99%,总回收率为95.67%,同时副产燃料电池车用标准的氢气。经济评价结果表明，在考虑氢气副产品附加值的条件下，耦合工艺高纯氦气生产成本为标准状态下125.47元/m3,动态投资回收期为2.09 a,内部收益率为79%,具有显著的经济优势。
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| 关 键 词： | 氦气 膜分离 电化学氢泵 响应面法 Aspen HYSYS |
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