一种燃料电池车的氢气品质保障系统技术方案

本发明专利技术提供了一种燃料电池车的氢气品质保障系统，用于氢气纯化。包括两个吸附器、一个消除氢气反应器、若干条管路，管路上设有多个阀门及压力表；吸附器内均装有对CO、CO

Hydrogen quality assurance system of fuel cell vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池车的氢气品质保障系统
本专利技术燃料电池车氢气品质保障系统属于燃料电池领域，涉及氢气除杂纯化分离技术和消除氢气反应器处理技术，尤其涉及变压吸附装置与消除氢气反应器装置。
技术介绍
据不完全统计，2018年中国汽车的碳排放量将接近20亿吨，如何降低碳排放量已成为目前人们日益关注的焦点。作为传统汽车的替代，氢气燃料电池车能够真正实现零碳排放的目标，是解决汽车尾气碳排放问题的最有效途径。因此，氢气的生产技术和提纯技术是实现氢气燃料电池车应用的基础。目前工业生产氢气的方法已日趋成熟，主要的煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢和工业副产气制氢等技术已陆续投产，但制得的氢气因其纯度不达标而无法用于氢气燃料电池。为进一步提纯氢气，变压吸附法、低温分离法、金属膜扩散法和金属氢化物分离法被深入研究。目前采用的吸附循环，得到的高纯氢(99.99％)收率很低、工艺复杂、投资和能耗都较高，无法达到经济实用的要求；即使在低成本条件下生产出适合氢气燃料电池使用的氢气，在储存、运输、加氢等环节，氢气也容易被环境中的气体污染。因此，需要一种设备简单、效率更高、投资能耗更低的方法保证氢气的纯度。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种燃料电池车的氢气品质保障系统，主要包括两个吸附器(体积为0.1L～10L)、一个消除氢气反应器、若干条管线、多个阀门、控制仪表、分析仪表及控制装置；本装置通过两个吸附器连续交替变压吸附，从原料气中将氢气和其他杂质分离并将氢气用于燃料电池，杂质气处理排空，从而节约氢气提纯成本，简化提纯技术，得到符合燃料电池车使用的氢气。本专利技术提供的技术方案是：一种燃料电池车的氢气品质保障系统，主要包括两个吸附器TA和TB(体积为0.1L～10L)、一个消除氢气反应器R1、若干条管路、管路上设有多个阀门及压力表；其中：1)两个同样的吸附器，内装对CO、CO2和H2S等杂质气体吸附量大且分离效率高的吸附剂；所述吸附剂对CO、CO2和H2S等杂质气体吸附力比对氢气吸附力更大，包括但不限于活性炭、丝光沸石、A型/X型/Y型分子筛、ZSM-5和HZSM-5沸石类吸附剂。2)若干条管线，分别为原料气进气管路F-in、吸附尾气管路F-out、空气进气管路A-in、燃烧尾气放空管路A-out、冲洗气管路H-b和电池供氢管路H-out；3)多个阀门、仪表设置及控制过程。以两个吸附器TA和TB(体积为0.1L～10L)为中心，吸附器底端通过自动阀门连接原料气进气管路F-in和吸附尾气管路F-out，吸附器顶端连接冲洗气管路H-b和电池供氢管路H-out。原料气进气管路F-in前端连接原料气来源，吸附尾气管路F-out连接消除氢气反应器R1处理尾气，冲洗气管路H-b连接两个吸附器用于交替冲洗吸附装置，电池供氢管路H-out末端进入本装置之外的氢气燃料电池。消除氢气反应器R1连接空气进气管路A-in，顶端连接燃烧尾气放空管路A-out。原料气进气管路F-in上设有压力表PG1和自动阀V-1、V-2。原料气(原料气为从氢气储罐或加氢装置出来的氢气以及含有CO、CO2和H2S等杂质气体的混合物，其中氢气的含量占总体积的99％～99.999％，压力为20MPa～30MPa)经过压力表PG1和自动阀V-1、V-2，分别进入吸附器TA、吸附器TB。压力表PG1测量并显示原料气进气压力；自动阀V-1、V-2根据时序步骤进行开关、控制系统中原料气的流向；吸附尾气管路F-out上设有自动阀V-3、V-4、压力表PG3和调节阀V-10；由吸附器TA、TB出来的气体，经过自动阀V-3、V-4、压力表PG3和调节阀V-10进入消除氢气反应器R1；自动阀V-3、V-4根据时序步骤开关、控制系统气体流向；压力表PG3测量并显示吸附尾气压力；调节阀V-10可根据设定的开度进行调节，来控制吸附尾气管路F-out的流量和系统压力。冲洗气管路H-b上设有自动阀V-6和手动阀V-5；冲洗气管路H-b连接吸附器TA和吸附器TB顶端，冲洗气经过自动阀V-6和手动阀V-5由吸附器TA进入吸附器TB或由吸附器TB进入吸附器TA，自动阀V-6根据时序步骤开关、控制系统气体流向。本专利技术中冲洗气管路H-b上分别设置自动阀和手动阀，其作用是：自动阀V-6按照时序开关，手动阀V-5用于停车检修使用。电池供氢管路H-out上设有自动阀门V-7、V-8、氢气纯度分析系统AIC、压力表PG2和调节阀V-9；由吸附器TA和吸附器TB顶端出来的高纯度氢气，经过自动阀V-7和V-8、氢气纯度分析系统AIC、压力表PG2和调节阀V-9进入氢气燃料电池；自动阀V-7和V-8根据时序步骤进行开关、控制系统中高纯氢气的流向；氢气纯度分析系统AIC实时测量并记录原料气中的氢气纯度以及多种杂质的含量；压力表PG2测量并显示空气的压力；调节阀V-9可根据设定的开度进行调节，来控制电池供氢管路H-out的流量和系统压力；吸附器无需进行压力平衡，而是直接将吸附器内的部分高纯氢气用于燃料电池供氢系统。本装置具有自动控制功能，可以在设定好的时序、流量下自动运行。上述变压吸附分离氢气与杂质气的装置在工作时，通过在两个吸附器(TA和TB)内重复进行变压吸附循环，从氢气与杂质气的混合气中将氢气提纯分离；两个吸附器内均装有能选择性吸附CO、CO2和H2S等杂质气体的吸附剂；所述吸附剂对CO、CO2和H2S等杂质气体的吸附力比对氢气的吸附力更大，包括但不仅限于于活性炭、丝光沸石、A型/X型/Y型分子筛、ZSM-5和HZSM-5沸石类吸附剂；一个工作周期内，每个吸附器均经历如下过程(以下描述以吸附器TA为例)：吸附(A)：打开自动阀V1，原料气从吸附器TA(体积为0.1L～10L)底部进入吸附器，在压力为20MPa～30MPa的条件下，原料气中的CO、CO2和H2S等杂质气体被专用吸附剂吸附，吸附时间为4h～8h，而高纯氢气与其他极微量的气体等未被吸附的组分作为产品气从吸附器TA顶端排出，通过自动阀V7和调节阀V9去燃料电池。部分高纯氢气通过手动阀V5和自动阀V6用于吹扫吸附器TB，吹扫时间为T1的一部分，具体时间根据吸附器TA和TB的体积(体积为0.1L～10L)确定。放气(D)：关闭自动阀V1，高纯氢气通过自动阀V7和调节阀V9去燃料电池。当降至一定压力后，关闭自动阀V7。排空(E)：打开自动阀V3和调节阀V10，吸附器TA(体积为0.1L～10L)的剩余气体进入消氢反应器R1。冲洗(P)：打开手动阀V5和自动阀V6，吸附器TB(体积为0.1L～10L)中的部分高纯氢气用于吹扫吸附器TA，吹扫气体和TA中的杂质气体通过自动阀V3和调节阀V10进入消除氢气反应器R1。充压(I)：打开自动阀V1，原料气进入吸附器TA，压力升至20MPa～30MPa。吸附器TB同样经过上述吸附和脱附的过程。两个吸附器相互配合，整个吸附循环分为若干步骤，循环切换时间为4h～8h。本专利技术同时提供了一种如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池车的氢气品质保障系统，其特征是：包括两个吸附器T

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池车的氢气品质保障系统，其特征是：包括两个吸附器TA和TB、一个消除氢气反应器R1、若干条管路，管路上设有多个阀门及压力表；吸附器TA和TB内均装有对CO、CO2和H2S杂质气体大量吸附且分离效率高的吸附剂；管路包括原料气进气管路F-in、吸附尾气管路F-out、空气进气管路A-in、燃烧尾气放空管路A-out、冲洗气管路H-b和电池供氢管路H-out；两个吸附器底端通过自动阀连接原料气进气管路F-in和两路吸附尾气管路F-out的前端，两个吸附器顶端通过自动阀连接电池供氢管路H-out的前端和冲洗气管路H-b两端，电池供氢管路H-out的末端接入本装置的后续装置；消除氢气反应器R1的末端连接吸附尾气管路F-out的末端和空气进气管路A-in的末端，消除氢气反应器R1的前端连接燃烧尾气放空管路A-out的末端。


2.如权利要求1所述燃料电池车的氢气品质保障系统，其特征是，所述原料气进气管路F-in通过自动阀V-1和V-2分别连接吸附器TA和TB的底端；原料气进气管路F-in上设有压力表PG1，用于测量并显示进气压力；所述的自动阀V-1、V-2用于时序进行开关以达到控制系统气体流向的目的。


3.如权利要求1所述燃料电池车的氢气品质保障系统，其特征是，所述吸附尾气管路F-out上设有自动阀V-3、V-4和调节阀V-10，其中自动阀V-3、V-4一端分别与自动阀V-1、V-2连接，另一端通过调节阀V-10连接消除氢气反应器R1的末端；吸附尾气管路F-out上还设有压力表PG3，用于测量并显示进入消除氢气反应器R1的气体压力；所述的自动阀V-3、V-4用于时序进行开关以达到控制系统气体流向的目的。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李世刚，刘哲男，马凤坤，
申请(专利权)人：北京佳安氢源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11