对于小规模的制氢过程，与传统的氢气提纯工艺相比，钯膜分离是一个很好的选择。一般情况下认为氢在钯膜中的传递服从所谓的“溶解—扩散”机理，即符合Sieverts’Law的描述。很多学者引入了氢气透过效率来表征钯膜组件的实际氢气透过量,该效率定义为实测氢气透过量与Sieverts’Law计算所得的氢气透过量的比值。通过以多孔烧结金属为支撑体的钯银合金膜组件在高压容器中的实验考察了膜组件透氢量及透氢效率与操作条件的关系，研究表明，钯膜组件的透氢量随温度、高压容器内压力的增加而增加，而钯膜组件透氢效率随温度的增加、高压容器内压力的减小而增加。基于最小二乘法，建立钯膜组件透氢效率与操作条件温度及压差(PH0.5PL0.5)的拟合公式。薄的钯膜因其成本低、产氢量大等优点而备受青睐，但薄的钯膜在制备及应用过程中易产生缺陷。本论文研究了利用金属扩散的方法对具有缺陷的钯膜进行修复的方法。修复的步骤包括：1）清洁膜表面（特别是缺陷周边）；2）覆盖钯膜补丁于膜缺陷处；3）用法兰将钯膜补丁压紧在膜表面；4）在氢气环境下高温高压加热至少12h。通过此方法成功地修补了两组具有缺陷的钯膜组件，修复后其完整性良好。同时，对修补后的钯膜组件透过氢气性能进行了进一步的研究。在钯膜分离器中，膜两侧氢气的流速及压力会沿着气体流动方向不断变化。此时，Sieverts’ Law便不能直接用于膜分离器的设计。考虑到膜分离器中气体的流动模型、流动方向及吹扫气的存在，列举了7种膜组件高、低压侧气体的流动模型。从理论上分析了膜分离器的氢气产量与膜总的透氢能力的关系，提出了膜分离器的设计方法及步骤。通过典型设计案例的分析，发现钯膜的高压侧与低压侧气体的流动为平推流时有利于膜分离器透过氢气，钯膜高低压侧气体逆向流动有利于膜分离器分离氢气。提出了经济氢气透过量及经济钯膜透氢能力的新概念。基于钯膜分离器的设计理论，结合乙醇重整制氢过程，设计了一种新型模块式的钯膜分离器。这种分离器包含了边界膜组件、边界合成气通道、中间膜组件、法兰及电热器等附件，可以根据所需求的产氢规模，通过改变中间膜组件数量达到放大规模的需求。生产加工了一个产氢量为2Nm3h-1的膜分离器，其设计温度是620℃，设计压力为10atm。