專利名稱：氫供應(yīng)系統(tǒng)及移動(dòng)式制氫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃料電池動(dòng)力汽車(fuel cell powered automobiles)和分布式燃料電池裝置(distributed fuel cell equipment)的氫供應(yīng)系統(tǒng)(hydrogensupply system)及移動(dòng)式制氫系統(tǒng)(mobile hydrogen production system)。
2.背景技術(shù)目前正在積極發(fā)展燃料電池動(dòng)力汽車及分布式燃料電池裝置。例如，固氫燃料動(dòng)力汽車所采用的就是這樣的原理固定的氫供應(yīng)給燃料電池，以獲得電能，電動(dòng)機(jī)利用所獲電能運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣的原理可應(yīng)用到所有運(yùn)載工具，不僅包括四輪汽車，而且還包括摩托車、軌道運(yùn)行的火車等上。通過使用燃料電池來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)單元的系統(tǒng)，可提供高能源效率；而在關(guān)于引起全球環(huán)境問題的CO2和NOX的排放問題上，也可減少CO2的排放，并幾乎完全消除NOX的排放。
作為燃料電池動(dòng)力汽車系統(tǒng)，未轉(zhuǎn)化的原料可供應(yīng)給燃料電池動(dòng)力汽車本身，該原料可在運(yùn)載工具上轉(zhuǎn)化成氫，再被用于燃料電池中。然而，因?yàn)檫@種系統(tǒng)有許多問題有待解決，如需要長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)、需適應(yīng)頻繁的啟動(dòng)/停止次數(shù)并且會(huì)在寒冷地區(qū)凍結(jié)等，所以這一系統(tǒng)的實(shí)際使用被認(rèn)為還需要很多年。因此，有人認(rèn)為固定式高壓氫燃料電池動(dòng)力汽車將被廣泛使用。在廣泛使用這種高壓氫固定型燃料電池動(dòng)力汽車時(shí)，一個(gè)很大的問題是要發(fā)展氫供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施(infrastructure)。換句話說，出現(xiàn)的問題是如何發(fā)展用來(lái)進(jìn)行氫供應(yīng)的大范圍的基礎(chǔ)設(shè)施，而用于自由奔馳的燃料電池動(dòng)力汽車。作為目前通常正在發(fā)展的用于氫供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，可使用下述三種方法的任一種(1)氫在工廠等中大量生產(chǎn)，然后以液態(tài)或高壓氫的形態(tài)用油罐車等運(yùn)輸?shù)綒涔?yīng)站。
(2)氫在工廠等中大量生產(chǎn)并通過管道輸送到氫供應(yīng)站。
(3)通過在氫站使用重整器，通過由水-汽轉(zhuǎn)化城市煤氣或液態(tài)原料(脫硫的粗制石油(desulfurized naphtha)、汽油(gasoline)、煤油(kerosene)、輕質(zhì)油(light oil)、甲醇(methanol)等等)制氫。
第(1)種方法在油罐車運(yùn)輸效率、運(yùn)輸距離限制、運(yùn)輸期間揮發(fā)導(dǎo)致的損失、運(yùn)輸費(fèi)用等方面有缺點(diǎn)。第(2)種方法需要大規(guī)模的設(shè)施如新鋪設(shè)管道和建造供氣的壓縮裝置，從而這一方法實(shí)施的領(lǐng)域受到限制。第(3)種方法比較優(yōu)越，因?yàn)榭杀M量利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施如城市煤氣管網(wǎng)和汽油站，但也有重整器(reformer)昂貴、由于重整器尺寸大而需要相當(dāng)大的安裝空間，以及在運(yùn)行和維護(hù)時(shí)的復(fù)雜性而需要很高的技術(shù)，從而難以保證人員維護(hù)和操作的不利條件。
從上所述的情況，用于供氫的燃料電池動(dòng)力汽車的廣泛使用的先決條件即基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，出現(xiàn)了許多問題，從而認(rèn)為燃料電池動(dòng)力汽車的廣泛使用還要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。
發(fā)明概要鑒于以上所述情形，通過盡量利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，由于認(rèn)識(shí)到在氫站使用器由水-汽轉(zhuǎn)化城市煤氣或液態(tài)原料(脫硫的粗制石油、汽油、煤油、輕質(zhì)油、甲醇等等)而產(chǎn)生氫的制氫方法的優(yōu)越性，通過在氫站使用重整器和通過克服重整器昂貴、安裝空間大、保證人員維護(hù)和操作上的困難等方法的缺陷問題，本發(fā)明提出了能將氫供應(yīng)給燃料電池汽車的氫供應(yīng)系統(tǒng)和分布式燃料電池裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的氫供應(yīng)系統(tǒng)包括氫供應(yīng)站和移動(dòng)制氫系統(tǒng)，并向氫供應(yīng)站供應(yīng)由移動(dòng)制氫系統(tǒng)生產(chǎn)的氫。移動(dòng)制氫系統(tǒng)包括氫單元設(shè)在移動(dòng)物體上的這種系統(tǒng)或制氫單元尾隨移動(dòng)物體等的系統(tǒng)。氫供應(yīng)站可用于燃料電池動(dòng)力汽車或用于分布式燃料電池裝置。
為了使移動(dòng)式制氫系統(tǒng)的大小適于在公路上移動(dòng)，制氫單元的尺寸必須要小。作為用在上述移動(dòng)制氫系統(tǒng)中的重整器，最好使用氫分離型重整器(hydrogen separation type reformer)，如薄膜重整器(membrane reformer)或包含在精制氣分離過程(refined gas separation process)中的氫分離薄膜型的重整器。因?yàn)闅淇蛇x擇地直接取出，而不需要如CO轉(zhuǎn)換器這樣的氫精煉機(jī)、壓力振幅吸收器(PSA)及氫吸收合金，所以這種類型的重整器結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，從而適于移動(dòng)系統(tǒng)。
為盡量利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施制氫，使用多種原料是更有效的。因而，移動(dòng)制氫系統(tǒng)最好配置成使其能通過供應(yīng)兩種或更多燃料原料制氫。即，移動(dòng)制氫系統(tǒng)優(yōu)選是多燃料類型的系統(tǒng)。作為可用作氫原料的燃料，可采用烴系化合物，如城市煤氣、液化石油氣(LPG)、煤油、汽油和輕質(zhì)油，及廣義上包括氧的烴系化合物，例如甲醇、乙醇、二甲醚(DME)。燃料原料的使用應(yīng)取決于經(jīng)濟(jì)、區(qū)域和社會(huì)條件。例如，當(dāng)移動(dòng)制氫系統(tǒng)在多個(gè)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)制氫系統(tǒng)有時(shí)必須根據(jù)各個(gè)區(qū)域的情況供應(yīng)不同的原料制氫。因而，優(yōu)選移動(dòng)制氫系統(tǒng)可通過供應(yīng)兩種或更多種原料制氫。
更明確地，優(yōu)選在薄膜重整器的前面設(shè)置用于除去包含在城市煤氣中的臭味的脫硫裝置(desulfurizer)，或設(shè)置用于將燃料中的烴轉(zhuǎn)換成主要由甲烷組成的烴氣體的預(yù)重整裝置(prereformer)。另外，當(dāng)使用甲醇等時(shí)，優(yōu)選設(shè)置用于氣化的蒸發(fā)器(evaporator)。由于增加了此類裝置，拓展了多燃料類型的功能。通過設(shè)置一些這種裝置，移動(dòng)制氫系統(tǒng)可適應(yīng)兩種或更多種燃料。
移動(dòng)制氫系統(tǒng)最好設(shè)置有原料罐。在使用移動(dòng)制氫系統(tǒng)時(shí)，設(shè)定一個(gè)模型，在其中制氫，而原料在氫供應(yīng)站提供，而氫又被供應(yīng)給氫供應(yīng)站。然而，通過在移動(dòng)制氫系統(tǒng)中設(shè)置原料罐，氫可在運(yùn)行期間在距離氫供應(yīng)站很遠(yuǎn)的地方預(yù)先生產(chǎn)，從而可大大縮短生產(chǎn)時(shí)間。運(yùn)行期間生產(chǎn)的氫存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置(單元)中。作為存儲(chǔ)裝置(storage means)，可采用氫罐和使用氫吸收合金的氫存儲(chǔ)裝置。另外，為了將氫存儲(chǔ)在氫罐中，設(shè)置用于壓縮氫的壓縮單元。
這樣，移動(dòng)制氫系統(tǒng)優(yōu)選配置成有使用燃料電池的驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置，即使在運(yùn)行期間，也能從原料罐供應(yīng)原料生產(chǎn)氫，以利用已生產(chǎn)的氫于運(yùn)行制氫系統(tǒng)本身的形式。
對(duì)于本發(fā)明的氫供應(yīng)系統(tǒng)，在一個(gè)實(shí)施方案中，氫供應(yīng)站設(shè)置在兩個(gè)或更多的地方，移動(dòng)的氫生產(chǎn)系統(tǒng)往返或運(yùn)動(dòng)到氫供應(yīng)站。
移動(dòng)制氫系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)置CO2回收單元(recovery unit)。理由是從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)看，優(yōu)選將CO2回收并重新利用以減少其排放。在這種情況下，在移動(dòng)制氫系統(tǒng)中，優(yōu)選CO2由吸收劑吸收回收，并將用過的吸收劑再生，同樣，CO2在吸收劑再生基地(base)回收。
回收的CO2在工業(yè)上重新使用或被固定，這樣有助于防范全球氣溫變暖，有時(shí)也在排放權(quán)利范圍內(nèi)進(jìn)行處理。另一方面，本發(fā)明涉及移動(dòng)制氫系統(tǒng)，該移動(dòng)制氫系統(tǒng)特征在于附帶制氫單元，包括薄膜重整器、氫壓縮器(hydrogen compressor)、氫罐(hydrogen tank)、鍋爐(boiler)、CO2溶劑罐(CO2solvent tank)和原料罐(material tank)。在本發(fā)明的氫供應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案中，使用了這樣的移動(dòng)制氫系統(tǒng)。


結(jié)合附圖，根據(jù)下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述，將更容易理解前面所述的和其他的發(fā)明目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是本發(fā)明中氫供應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的框圖；圖2是本發(fā)明中使用的氫供應(yīng)站和制氫運(yùn)載工具的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；圖3是本發(fā)明中能夠使用的薄膜重整器的一個(gè)實(shí)施方案的部分透視圖；圖4是用于顯示本發(fā)明中能夠使用的移動(dòng)制氫系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案流程的框圖；圖5是用于顯示本發(fā)明中能夠使用的移動(dòng)制氫系統(tǒng)的另一實(shí)施方案流程的框圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖中所示的實(shí)施方案，描述本發(fā)明的氫供應(yīng)系統(tǒng)。
圖1示意性地示出了本發(fā)明中氫供應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
這種氫供應(yīng)系統(tǒng)包括多個(gè)氫供應(yīng)站100、102、104和106。生產(chǎn)氫的運(yùn)載工具(未示出)沿虛線示出的路線行進(jìn)。
圖1中，示出了四個(gè)制氫站100-106。然而，示出這些只是為了解釋的方便，事實(shí)上可包含比示出的氫站更多的氫站。同樣，氫供應(yīng)站的數(shù)目也可比附圖中示出的數(shù)目少。圖1中示出的實(shí)施方案基于這樣一個(gè)概念，即氫生產(chǎn)運(yùn)載工具周期性地往返。然而，配置可能是移動(dòng)制氫運(yùn)載工具根據(jù)隨時(shí)的需要隨意到站。即，配置可以這樣移動(dòng)制氫運(yùn)載工具一旦收到指示，就到大面積分布的制氫站。
氫供應(yīng)站100-106可利用現(xiàn)有的汽油站(gasoline station)。有可能在煤油或汽油從現(xiàn)有的汽油站供給移動(dòng)制氫運(yùn)載工具的同時(shí)來(lái)制氫和并將其存儲(chǔ)在氫罐中。
氫供應(yīng)站100-106可以是將各種不同的原料供應(yīng)給移動(dòng)制氫運(yùn)載工具。除城市煤氣和煤油外，烴系化合物例如汽油和輕質(zhì)油以及含氧的廣義上的烴系化合物例如甲醇、乙醇、二甲醚(DME)均可采用作為原料。通過如后面描述的使氫生產(chǎn)運(yùn)載工具包括設(shè)置多燃料類型重整器的移動(dòng)制氫系統(tǒng)設(shè)置制氫運(yùn)載工具可使用不同燃料作原料。
另外，圖1所示實(shí)施方案包括CO2溶劑(吸收劑)回收站108和CO2溶劑精煉廠110。CO2溶劑精煉廠110是CO2溶劑再生基地。
接下來(lái)，描述圖1所示實(shí)施方案中如上所述建造的氫供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
制氫運(yùn)載工具運(yùn)于氫供應(yīng)站100-106之間。制氫運(yùn)載工具在每個(gè)氫供應(yīng)站100-106都停，當(dāng)有原料供應(yīng)時(shí)就生產(chǎn)氫。生產(chǎn)的氫存儲(chǔ)在設(shè)置在每個(gè)氫供應(yīng)站100-106的氫罐中。
氫生產(chǎn)運(yùn)載工具通過使用CO2溶劑(如吸收劑胺)吸收在氫生產(chǎn)期間產(chǎn)生的CO2。CO2溶劑由CO2溶劑回收站108回收，并被送到CO2溶劑精煉廠110。CO2溶劑在CO2溶劑精煉廠110中再生，再返回到CO2溶劑回收站108。返回的CO2溶劑由氫生產(chǎn)運(yùn)載工具重新利用。從CO2溶劑獲得的CO2有很高的純度，因而可作為產(chǎn)品出售。
CO2溶劑回收站108和CO2溶劑精煉廠110可鄰近設(shè)置或設(shè)在綜合廠(integrated plant)里。
圖2示出了能使用圖1所示實(shí)施方案的氫生產(chǎn)運(yùn)載工具的實(shí)施方案。氫生產(chǎn)運(yùn)載工具是移動(dòng)氫生產(chǎn)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案。圖2示出了在氫供應(yīng)站，氫生產(chǎn)運(yùn)載工具供應(yīng)氫的狀態(tài)。
氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1在后部貨物座部分設(shè)置氫生產(chǎn)單元2。氫生產(chǎn)單元2建造成薄膜重整器(氫分離型重整器)3、鍋爐20、氫壓縮機(jī)4、氫罐5、CO2溶劑罐6和原料罐7包含在容器8內(nèi)。
通過使用薄膜重整器作為重整器，氫生產(chǎn)單元2可被制造得結(jié)構(gòu)緊湊，因而很容易裝載在運(yùn)載工具等上面。
對(duì)于使結(jié)構(gòu)緊湊的氫生產(chǎn)單元能很容易裝載在運(yùn)載工具等上面的薄膜重整器，本發(fā)明的申請(qǐng)人已經(jīng)提出了各種類型的薄膜重整器(例如，日本專利臨時(shí)公開9-2805(No.2805/1997))。
在氫供應(yīng)站9處還能給氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1供應(yīng)城市煤氣10、電/水11。
通過使用薄膜重整器3，同時(shí)供應(yīng)城市煤氣10和電/水11，如上所述構(gòu)造的氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1生產(chǎn)氫。鍋爐20用來(lái)供應(yīng)在城市煤氣10經(jīng)水蒸汽重整(包括預(yù)重整)時(shí)使用的水蒸汽。生產(chǎn)的氫由氫壓縮單元4壓縮并存儲(chǔ)在氫罐5中，或存儲(chǔ)在氫供應(yīng)站9的氫罐12中。制氫期間產(chǎn)生的CO2由在CO2溶劑罐6中的吸收劑例如胺(CO2溶劑)吸收。
氫供應(yīng)站9通過高壓分配器13將氫供應(yīng)給燃料電池動(dòng)力汽車14。
在此實(shí)施方案中，向氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1供應(yīng)城市煤氣。然而，城市煤氣含有臭味。因此，在進(jìn)入薄膜重整器3之前的階段通過使用脫硫器(未示出)除去這種臭味。
另外，氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)供應(yīng)的原料；例如，設(shè)置預(yù)重整裝置，將原料中的烴一次轉(zhuǎn)換成主要由甲烷組成的烴氣體。
氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1設(shè)置原料罐7，從而當(dāng)?shù)焦?yīng)站9的距離長(zhǎng)時(shí)，氫可在運(yùn)載工具運(yùn)行時(shí)提前生產(chǎn)，由此可大大縮短生產(chǎn)時(shí)間。另外，通過給氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1提供使用燃料電池的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所含的氫可用作運(yùn)載工具1的運(yùn)行能量。在這種情況下，氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1也設(shè)置有罐，用于存儲(chǔ)水蒸汽重整反應(yīng)所必需的水。在運(yùn)行期間生產(chǎn)的氫存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置氫罐5中。作為存儲(chǔ)裝置，可使用氫吸收合金的氫存儲(chǔ)裝置來(lái)代替氫罐5。
考慮到氫按這種方式存儲(chǔ)在氫罐中，所以氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1設(shè)置有懸架(suspension)用于盡可能限制氫生產(chǎn)單元2的振動(dòng)。
盡管在圖2中沒有明確示出，氫供應(yīng)站9設(shè)置有氫滲漏傳感器等，以便采取防范機(jī)制確保氫泄漏時(shí)的安全。
圖3示出了薄膜重整器3的一個(gè)實(shí)施方案。在該薄膜重整器3中，燃料和水蒸汽的混合氣體通過原料供應(yīng)口30引入。引入的混合氣體通過重整催化層31重整，產(chǎn)生含有氫氣的氣體。所產(chǎn)生的氣體中的氫氣穿透氫滲透薄膜元件(薄膜元件)33，從氫出口32流出。另外，沒有穿透氫滲透薄膜元件33的氣體(CO2、CO、H2O、未反應(yīng)的原料)從廢氣出口排放，并在系統(tǒng)內(nèi)部用作燃料。重整催化層31和氫滲透薄膜元件33包含在一個(gè)內(nèi)圓柱體34內(nèi)。
另一方面，薄膜重整器3有設(shè)置在燃燒器耐火瓦35中心的燃燒器36。燃燒器36燃燒從燃料氣體管37引入的燃料氣體以及從空氣吸入管38引入的空氣。從而，水蒸汽重整反應(yīng)所需熱能供給重整催化層31，以保持重整催化層31在預(yù)定的溫度。內(nèi)圓柱體34由外殼39罩住，燃燒廢氣從排氣口40排放。
在此實(shí)施方案中，當(dāng)使用重整催化劑時(shí)，能夠使用任何當(dāng)按照水-蒸汽重整方法由上述原料產(chǎn)生氫時(shí)常規(guī)使用的催化劑。為了適應(yīng)各種原料，例如，鎳基或釕基催化劑適合烴原料如城市煤氣、液化石油氣體(LPG)和汽油，而銅/鋅基或者鉑基催化劑適合含氧的烴原料如甲醇和二甲醚(DME)。氫滲透薄膜元件33由僅允許已生產(chǎn)的氫滲透的金屬薄膜形成。由于氫滲透金屬薄膜僅選擇性地允許氫滲透，所以被分離出的氫的純度可高達(dá)99.999％，因此氫很適合用作燃料電池。
另外，已產(chǎn)生的氫通過氫滲透薄膜元件33立即從反應(yīng)的產(chǎn)物中被選擇性分離，以減小產(chǎn)品中氫的分壓。因此，反應(yīng)朝氫增加的方向繼續(xù)進(jìn)行，結(jié)果在同樣的反應(yīng)溫度下轉(zhuǎn)換比率增大。換句話說，盡管在甲烷水蒸汽重整方法中，反應(yīng)區(qū)的溫度必須在大約800℃左右，而利用本實(shí)施方案的薄膜重整器3中的氫滲透薄膜元件33，同樣數(shù)值的轉(zhuǎn)換比率可在溫度為500-600℃時(shí)達(dá)到。這樣，因?yàn)橥ㄟ^促成氫穿透氫滲透薄膜元件33，可促成化學(xué)反應(yīng)朝氫增加方向繼續(xù)進(jìn)行，所以重整溫度可降低200-300℃。因而，可以節(jié)約大量用于加熱反應(yīng)氣體的熱量，而熱效率顯著提高。另外，由于反應(yīng)溫度降低，大量廉價(jià)的熱阻低的材料可用于本系統(tǒng)，因此系統(tǒng)費(fèi)用可減少。
氫滲透金屬薄膜的厚度為5-50μm，并形成在無(wú)機(jī)的多孔層上，從而可允許氫選擇性滲透。氫滲透金屬薄膜下的無(wú)機(jī)多孔層是支撐氫滲透金屬薄膜的載體，由厚度在0.1mm至1mm范圍內(nèi)的多孔的不銹鋼板、無(wú)紡布、陶瓷、玻璃等形成。此外，在內(nèi)側(cè)，由單層或多層組成的金屬絲網(wǎng)最好設(shè)置成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度元件。優(yōu)選的是氫滲透金屬薄膜是由任何含鈀(Pd)合金、含鎳(Ni)合金或者含釩(V)合金組成的非多孔層組成。作為含鈀合金，可采用鈀-銀合金、鈀-釔(Y)合金、鈀-銀-金合金等。作為含釩合金，可采用釩-鎳合金、釩-鎳-鈷合金等。作為含鎳合金，可采用LaNi5等。另外，用于制造非多孔鈀層的方法也已公開，例如，美國(guó)專利3155467。
如上所述，圖3所示的薄膜重整器3可獲得純度很高的氫，并具有很高的效率，比本發(fā)明中氫供應(yīng)系統(tǒng)使用的重整器更優(yōu)越。而且，由于薄膜重整器3具有很高的效率，所以可以做得結(jié)構(gòu)緊湊，因而很容易安裝在氫生產(chǎn)運(yùn)載工具上。
已經(jīng)闡明了本發(fā)明中使用的用于圖2中氫生產(chǎn)運(yùn)載工具中的移動(dòng)式制氫系統(tǒng)的制氫方案。然而，根據(jù)假定的燃料，即使在多燃料類型情況下，仍可采用多種實(shí)施方案。下面參照附圖4和5，描述本發(fā)明中能使用的移動(dòng)式氫生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)施方案的設(shè)想流程。
圖4示出了專門對(duì)應(yīng)烴燃料例如城市煤氣、汽油和液化石油氣以及含氧的烴燃料如二甲醚和乙醇的流程。
這個(gè)方案包括助推器41、脫硫器42、預(yù)重整器43、鍋爐44、重整器45、熱回收單元46、壓縮機(jī)47和存儲(chǔ)單元48作為主要元件。如果是液體原料，在助推器41和脫硫器42之間設(shè)置蒸發(fā)器。
下面描述在此方案中城市煤氣用作燃料的情況。首先，城市煤氣由助推器41壓縮到約10大氣壓。城市煤氣中包括有S組分的臭味氣體用脫硫器42除去。隨后，將城市煤氣被送到預(yù)重整器43。同時(shí)，給城市煤氣加入用于水蒸汽重整反應(yīng)所必需的水。水通過鍋爐44作為蒸汽供應(yīng)到預(yù)重整器43。在預(yù)重整器43中，城市煤氣和蒸汽在溫度為300-500℃時(shí)相互反應(yīng)，比城市煤氣中包含的乙烷含量高的少量烴轉(zhuǎn)化成甲烷或CO、CO2、H2。經(jīng)過預(yù)重整后，產(chǎn)生的氣體供應(yīng)給重整器45，通過水蒸汽在500-600℃重整反應(yīng)，由城市煤氣中原有的甲烷產(chǎn)生CO、CO2和H2。這些氣體中，通過設(shè)置在重整器45的催化劑層中設(shè)置的氫分離薄膜僅將H2從氣體中分離，并在通過熱回收單元46冷卻后供應(yīng)到壓縮機(jī)47。在這種情況中，重整器45可以是參照?qǐng)D3中描述的薄膜重整器或是設(shè)置在重整器內(nèi)的一個(gè)氫分離薄膜。
通過重整器45從其中部分分離出H2的廢氣可用作重整器45的熱源。通過壓縮機(jī)47壓縮過的H2一次存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元48(氫罐、氫吸收合金等)中。
當(dāng)此方案用于液體燃料如汽油時(shí)，燃料由助推器41加壓，接著通過蒸發(fā)器供應(yīng)到脫硫器42中。這樣，在預(yù)重整器43中，幾乎所有的如汽油的液體組分轉(zhuǎn)換成低分子的烴，例如甲烷。
圖5所示的方案包括助推器51、蒸發(fā)器54、重整器55、熱回收單元56、壓縮器57、存儲(chǔ)單元58作為主要元件。在此方案中，甲醇和二甲醚可假定為主要燃料。這樣一種燃料不包硫含化合物，因而不需要脫硫器。
當(dāng)使用甲醇作燃料時(shí)，首先，水和甲醇提前相互混合，混合物供應(yīng)到蒸發(fā)器54。如上所述，作為重整器55，使用薄膜重整器或由重整器體和氫分離薄膜組成的重整器。
重整器55中，反應(yīng)在200-300℃進(jìn)行。熱回收單元56、壓縮機(jī)57和存儲(chǔ)單元58的構(gòu)造和功能與圖4中解釋的熱回收單元46、壓縮機(jī)47和存儲(chǔ)單元48一樣。
本發(fā)明中的氫供應(yīng)系統(tǒng)不限于以上所述實(shí)施方案，對(duì)這些方案進(jìn)行變化、改進(jìn)和添加對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
圖2中所示的氫生產(chǎn)運(yùn)載工具1可以是拖車類型。在這種情況下，僅氫生產(chǎn)單元需要定期?？吭跉涔?yīng)站。這一系統(tǒng)適合于設(shè)置有能存儲(chǔ)大量氫的設(shè)備的氫供應(yīng)站。
根據(jù)本發(fā)明上面的描述，很明顯的利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，氫供應(yīng)系統(tǒng)被設(shè)置在氫可供應(yīng)到燃料電池動(dòng)力汽車的地方。
2002年8月13日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2002-235498公開的包括說明書、權(quán)利要求、附圖和摘要全部作為本申請(qǐng)的參考文獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.氫供應(yīng)系統(tǒng)，包括氫供應(yīng)站；移動(dòng)式制氫系統(tǒng)；其中氫供應(yīng)系統(tǒng)通過移動(dòng)式制氫系統(tǒng)將生產(chǎn)的氫供應(yīng)到氫供應(yīng)站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中氫供應(yīng)站是用于燃料電池動(dòng)力汽車的氫供應(yīng)站。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中氫供應(yīng)站是用于分布式燃料電池裝置的氫供應(yīng)站。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有薄膜重整器或包括重整器體和使用氫分離薄膜的氫分離單元的重整器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有蒸發(fā)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有脫硫器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有用于將高級(jí)烴分解成低級(jí)烴的預(yù)重整器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中低級(jí)烴是具有低分子重量的烴如甲烷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有用于壓縮氫的壓縮單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)的構(gòu)成為能通過供應(yīng)兩或多種原料產(chǎn)生氫的形式。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有原料罐。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有氫罐。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中氫供應(yīng)站設(shè)置在兩處或多處，移動(dòng)式制氫系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到或往返于氫供應(yīng)站。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有使用燃料電池的驅(qū)動(dòng)裝置，從而即使在運(yùn)行時(shí)，通過從固定的原料罐獲得原料而生產(chǎn)氫，生產(chǎn)的氫用于移動(dòng)式制氫系統(tǒng)本身的運(yùn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)設(shè)置有CO2回收單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中CO2的排放通過在移動(dòng)式制氫系統(tǒng)中利用吸收劑從重整器中吸收CO2被減少，所使用的吸收劑被再生，而CO2也在吸收劑再生基地被回收。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中再生的吸收劑被用來(lái)吸收移動(dòng)式制氫系統(tǒng)中的CO2。
18.一種移動(dòng)式制氫系統(tǒng)，包括裝在系統(tǒng)上的制氫單元，該單元還包括薄膜重整器；氫壓縮機(jī)；氫罐；鍋爐；CO2溶劑罐；及原料罐。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫供應(yīng)系統(tǒng)，其中移動(dòng)式制氫系統(tǒng)是如權(quán)利要求18所述的移動(dòng)式制氫系統(tǒng)。
全文摘要
氫供應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)置使得其包括氫供應(yīng)站和移動(dòng)式氫供應(yīng)系統(tǒng)1，其中所生產(chǎn)的氫通過移動(dòng)式制氫系統(tǒng)供應(yīng)到供應(yīng)站。
文檔編號(hào)F17C11/00GK1501535SQ0316499
公開日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者清水拓, 飯嶋正樹, 平野昌宏, 小林一登, 尾口彰, 黑田健之助, 之助, 宏, 樹, 登 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社