本发明专利技术提供一种产氢燃料处理系统及相关方法。该系统包括：产氢区，其经组态以自原料流产生混合气体流；氢分离膜模组，其具有至少一个氢选择性隔膜且经组态以将该混合气体流分离成产物氢气流及副产物流；及氧化剂输送系统，其经组态以在原位将含氧化剂流输送至该氢分离膜模组以增加该氢选择性膜的氢渗透率。该方法包括在产氢方案中操作产氢燃料处理系统，及随后在恢复方案中操作该产氢燃料处理系统，其中含氧化剂流在原位经输送至该氢分离膜模组以将该至少一个氢选择性膜曝露于该含氧化剂流以增加该至少一个氢选择性膜的该氢渗透率。率。率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在原位增加氢分离膜的氢渗透率的系统和方法
[0001]相关申请案
[0002]本申请案主张美国专利申请案第17/079,312号的优先权，其在2020年10月23日提出申请，其全部的揭示以引用的方式并入本文中。
[0003]本专利技术关于用于在原位增加氢分离(separation)膜模组的氢渗透率的系统及方法。
技术介绍
[0004]产氢燃料处理系统为自含碳原料产生产物氢气流的系统。氢气可经储存或用作用于诸如燃料电池堆叠及类似者的各种能量产生装置的燃料。产氢燃料处理系统典型地包括可利用各种反应将含碳原料转换为含有作为多数组分的氢气的混合气体流的产氢区。蒸汽重整器为产氢区的实例，该产氢区利用蒸汽重组催化剂以使诸如烃或醇的含碳原料流与水反应以产生混合气体流。许多产氢燃料处理系统包括经组态以将混合气体流分离为产物氢气流及副产物流的氢分离膜模组。
[0005]氢分离膜模组包括对氢气可渗透但对其他气体不可渗透的一或多个氢选择性膜，使得氢选择性膜可借由选择性地准许氢气借由膜渗透来将混合气体流分离为产物氢气流及副产物流。产氢燃料处理系统产生产物氢气流的效率及速率可至少部分地借由氢分离膜模组的氢渗透率判定。通常，诸如在制造或操作期间将氢分离膜模组曝露于降低氢分离膜模组的氢渗透率的各种使氢渗透率降低的因素。习知地，自产氢燃料处理系统移除或卸载氢分离膜模组，以处理或以其他方式解决渗透率降低因素或替换所述膜。此维护可为劳力密集、昂贵的，且可需要专家进行现场维护或甚至运送至少该氢分离膜模组以用于在专用设施处进行维护。因此，系统及方法需要在原位增加氢分离膜模组的氢渗透率，诸如在氢分离膜模组可操作地安装在产氢燃料处理系统中时。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对用于在产氢燃料处理系统中在原位增加氢分离膜模组的氢渗透率的产氢燃料处理系统及方法。产氢燃料处理系统包括产氢区及氢分离膜模组，该产氢区产生包括作为多数组分的氢气的混合气体流。氢选择性膜模组包括至少一个氢选择性膜且经组态以接收混合气体流的至少一部分且将混合气体流分离为产物氢气流及副产物流。产氢燃料处理系统亦包括氧化剂输送系统，其经组态以在原位将含氧化剂流选择性地输送至氢分离膜模组且将至少一个氢选择性膜的至少一部分选择性地曝露于含氧化剂流以增大至少一个氢选择性膜的氢渗透率。氧化剂输送系统可经组态以将含氧化剂流输送至氢分离膜模组，同时氢分离膜模组可操作地安装在产氢燃料处理系统内。
[0007]方法包括在产氢方案中操作产氢燃料处理系统，且方法进一步包括随后在恢复区中操作氢产生燃料处理系统。产氢方案包括将原料流供应至产氢区，产生含有作为多数组
分的氢气的混合气体流，及将混合气体流分离为产物氢气流及副产物流。恢复方案包括在原位将含氧化剂流输送至氢分离膜模组且将氢分离膜模组的至少一个氢选择性膜的至少一部分选择性地曝露于含氧化剂流以增大至少一个氢选择性膜的氢渗透率。
附图说明
[0008]图1为根据本专利技术的产氢燃料处理系统及产氢及消耗总成的实例的示意性表示。
[0009]图2为说明图1的产氢燃料处理系统的实例的一部分的示意性表示。
[0010]图3为根据本专利技术的示意性地说明用于在产氢燃料处理系统中在原位增加氢分离膜模组的氢渗透率的方法的实例的流程图。
具体实施方式
[0011]图1至3提供根据本专利技术的具有氧化剂输送系统200、产氢及消耗总成12的产氢燃料处理系统10及用于在产氢燃料处理系统中在原位增加氢分离膜模组的氢渗透率的方法500的实例。在图1至3中的每一者中，服务类似或至少实质上类似目的的元件用相同编号标记，且此等元件可不参考图1至3中的每一者在本文中详细论述。类似地，在图1至3中的每一者中可不标记所有元件，但可出于一致性在本文中使用与所述元件相关联的附图标记。本文中参考图1至3中的一或多者论述的元件、组件及/或特征可包括于图1至3中的任一者中及/或与图1至3中的任一者一起使用而不脱离本专利技术的范围。一般而言，很可能包括于一特定具体实例中的元件以实线说明，而视情况选用的元件以虚线说明。然而，以实线显示的元件可能不为必需的，且在一些具体实例中，在不脱离本专利技术的范围的情况下可省略。
[0012]图1说明根据本专利技术的产氢燃料处理系统10的实例。产氢燃料处理系统10亦在本文中可称为燃料处理系统10且可形成产氢及消耗总成12的一部分。产氢及消耗总成12可包括氢消耗总成43，诸如包括一或多个燃料电池堆叠40的燃料电池系统42。产氢燃料处理系统10视情况可与能量消耗装置46通信，以便提供电输出以满足来自能量消耗装置的外加负载。
[0013]如所展示，燃料处理系统10包括产氢区19，其经组态以接收一或多个原料流16且自其产生包括氢气及其他气体的混合气体流20。一或多个馈料流包括至少含碳原料18，且可包括水17及/或氧气15。特定而言，燃料处理系统10可包括原料输送系统22，其经组态以诸如借由利用一或多个泵、压缩机或含碳原料及/或水的加压源将一或多个原料流供应至产氢区19。混合气体流20含有作为多数组分的氢气且含有其他气体，诸如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、未反应含碳原料18及蒸汽。借由「多数组分」，其意谓氢气以比其他气体中的任一者更大的浓度或量存在于混合气体流中。作为实例，混合气体流20可包括至少50重量％、至少60重量％及/或至少70重量％氢气。在本专利技术的范围内，原料流另外或替代地可相对于其组分被提及，诸如包括含碳原料流18、水流17及/或氧气流15。
[0014]燃料处理系统10亦包括氢分离膜模组80，其经组态以接收混合气体流20且将混合气体流20分离为产物氢气流14及副产物流68。产物氢气流14含有比混合气体流更大的氢气浓度且含有比混合气体流更低的其他气体总浓度。产物氢气流14可含有纯的或至少实质上纯的氢气。如本文中所使用，至少实质上纯的氢气可大于90％纯、大于95％纯、大于99％纯、大于99.5％纯及/或大于99.9％纯。相比之下，副产物流68含有比混合气体流更大的其他气
体总浓度。副产物流可含有氢气，但其含有比混合气体流更低的氢气浓度。
[0015]氢分离膜模组80包括至少一个氢选择性膜84，且氢选择性膜84经组态以将氢分离膜模组80隔开为混合气体区88及渗透区86。在氢分离膜模组中，混合气体流20接纳于混合气体区88内，且氢选择性膜84经组态以准许混合气体流20内所含有的氢气扩散通过氢选择性膜84至渗透区86以借此将混合气体流20分离为副产物流68及产物氢气流14。换言之，副产物流68可描述为并不扩散通过氢选择性膜84的混合气体流20的部分，且产物氢气流14可描述为扩散通过氢选择性膜84的混合气体流20的部分。氢分离膜模组80亦在本文中可称为膜模组80及/或分离总成80。
[0016]燃料处理系统10亦包括经组态以在原位将含氧化剂流212选择性地输送至氢分离膜模组80的氧化剂输送系统200。更具体而言，氧化剂输送系统200经组态以将氢选择性膜84的至少一部分选择性地曝露于含氧化剂流212以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种产氢燃料处理系统，该系统包含：产氢区，其经组态以产生包括作为多数组分的氢气的混合气体流；氢分离膜模组，其包括至少一个氢选择性膜且经组态以接收该混合气体流的至少一部分且将该混合气体流分离为产物氢气流及副产物流；及氧化剂输送系统，其经组态以在原位将含氧化剂流选择性地输送至该氢分离膜模组且将该至少一个氢选择性膜的至少一部分选择性地曝露于该含氧化剂流以增大该至少一个氢选择性膜的氢渗透率。2.根据权利要求1所述的系统，其中该至少一个氢选择性膜将该氢分离膜模组隔开成混合气体区及渗透区，其中在该混合气体区内接收该混合气体流，其中该至少一个氢选择性膜经组态以准许该混合气体流内所含有的氢气扩散通过该至少一个氢选择性膜至该渗透区以将该混合气体流分离为该产物氢气流及该副产物流，其中该副产物流为并不扩散通过该至少一个氢选择性膜的该混合气体流的一部分且该产物氢气流为扩散通过该至少一个氢选择性膜的该混合气体流的一部分，且其中该氧化剂输送系统经组态以将该含氧化剂流输送至该氢分离膜模组的该混合气体区。3.根据权利要求2所述的系统，其中该至少一个氢选择性膜包含混合气体面及相对渗透面，其中该混合气体面定位于该氢分离膜模组的该混合气体区中且该渗透面定位于该氢分离膜模组的该渗透区中，且其中该氧化剂输送系统经组态以将该至少一个氢选择性膜的该混合气体面选择性地曝露于该含氧化剂流。4.根据权利要求1所述的系统，其中该氧化剂输送系统包含一或多个氧化剂流入口，该氧化剂输送系统经组态以借由该一或多个氧化剂流入口使该含氧化剂流流动至该氢分离膜模组，其中该一或多个氧化剂流入口包括定位于该产氢区上游的氧化剂流入口。5.根据权利要求1所述的系统，其中该氧化剂输送系统经组态以将该含氧化剂流输送至该氢分离膜模组，同时该氢分离膜模组可操作地安装在该产氢燃料处理系统内。6.根据权利要求1所述的系统，其中该氧化剂输送系统经组态以在氧化剂供应时间的预定持续时间中将该含氧化剂流输送至该氢分离膜模组，且其中氧化剂供应时间的该预定持续时间为至少60分钟及至多2,880分钟中的至少一者。7.根据权利要求1所述的系统，其中该氧化剂输送系统经组态以利用预定含氧化剂流流动速率来输送该含氧化剂流，且其中该含氧化剂流流动速率为至少0.0001标准升每分钟及至多3标准升每分钟中的至少一者。8.根据权利要求1所述的系统，其中该含氧化剂流包括氧气作为氧化剂。9.根据权利要求1所述的系统，其中该产氢燃料处理系统经组态以在产氢方案中及在恢复方案中操作，其中该产氢燃料处理系统经组态以在该产氢方案中产生氢气，且其中该产氢燃料处理系统经组态以在该恢复方案中增大该氢分离膜模组的氢渗透率，且其中该产氢燃料处理系统包含加热总成，当该产氢燃料处理系统在该恢复方案中操作时，该加热总成经组态以将该产氢燃料处理系统的一或多个组件维持在一或...
【专利技术属性】
技术研发人员：查理斯，
申请(专利权)人：青岛阳氢集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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