制备氢的装置和方法制造方法及图纸

制备氢的装置和方法。该装置包括燃料处理器、净化单元和系统控制器。控制器确定来自燃料处理器的重整产品计算流并且基于该计算流操纵净化单元。从燃料处理器的处理模块和输送给燃料处理器的已知供给料中获取计算流。重整产品计算流用于控制重整产品向净化单元内的吸附床的流动，并且能够用于控制装置内的其它物质流。还公开了减少从燃料处理器流向净化单元的重整产品的压力和／或流速变化的方法。响应于重整产品成分、压力和／或流速的变化来调整净化单元的运转以保持所制氢的纯度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
01本专利技术总体上涉及制氩领域。本专利技术的装置和方法通过选择吸附从含有氢和一种或多种杂质的中间重整产品中清除杂质来制备氢。选择吸 附可以在压力摆动吸附单元中进行，其中，吸附阶段被控制和调节成获得 更高的产品纯度。更具体地说，本专利技术涉及压力摆动吸附单元与燃料处理 单元的结合和操作来制备氢。
技术介绍
02氢广泛应用于各种产业中，从航天到食品制造再到油气制造和提 炼。氢在这些产业中用作燃烧反应的推进剂、环境气体、栽气、稀释气、 燃烧反应的燃料成份、燃料电池的燃料，以及许多化学反应和过程的还原 剂。此外，氢也被看成发电的代用燃料，因为，它是可再生的、充足的、 高效的，而且，不像其它代用品，它是零排放的，虽然氢的消耗甚至巨大 潜能很普遍，但是抑制氢消费进一步增加的缺陷是不能提供氢的产生、贮 存和广泛分布的J^设施。03克服这种困难的一种方法是，通过氢的分布式制备，例如通过使 用燃料处理器，将烃基燃料转化成富氢重整产品。燃料重整过程，例如， 蒸汽重整、部分氧化和自热重整，可以用于在需要氢的场合将烃基燃料， 例如天然气、LPG、汽油和柴油，转化成富氢重整产品。然而，除了所需 的氢产物以外，燃料重整装置通常会产生不需要的杂质，从而降低了重整 产品的价值。例如，在常规的蒸汽重整过程中，烃原料，例如甲烷、天然 气、丙烷、汽油、石脑油或柴油，进4于汽化，与蒸汽混合，并且流过蒸汽 重整催化剂。大部分烃原料都转化成氢的重整混合物和杂质，例如一氧化 碳和二氧化碳。为了减少一氧化碳成分，重整产品通常^水煤气变M 应，其中， 一氧化碳与蒸汽反应生成二氧化碳和氢。变换反应之后，可以 利用其它的净化步骤将氢的纯度达到一个可接受的等级。这些净化步骤可包括，但不局限于，曱烷化作用、选择性氧化反应、薄膜分离技术，以及 例如温度摆动和/或压力摆动吸附过程中的选择吸附。图5是本专利技术的方法的框图。 H20 + CO — H2 + C02 (IV) 通常，进行水煤气变换反应的温度是在150"C到600'C之间变化，这取决于 催化剂。在这种情况下，气流中的大量一氧化碳转化成二氧化碳。在富氢 重整产品用作燃料电池的燃料时， 一氧化碳的浓度需要低到燃料电池催化 剂所容许的级别， 一般低于约50ppm。水煤气变换^^应催化剂的例子，低 温和高温催化剂，在燃料重整技术中是众所周知的，本文不作详细阐述。29块F代表冷却步骤，可以在惰性级或其它方式中进行，以将工艺 流的温度降低到优选为在约卯C到约1501C的范围内的温度。当在冷却步 骤F之后接着选择或优选氧化步骤时，可以将空气子系统中的空气加入工 艺流中。301 块G代表可选的选择或优选氧化步骤，其中，工艺流中残留的大 量一氧化碳转化成二氧化碳。尽管氧化反应是在没有具有氧化一氧化碳的 活性的催化剂的情况下进行的，但一般会发生两种反应，也就是， 一氧化 碳的必要氧化反应(式V )和氢的不必要氧化反应(式VI)。 H2 + V202 — H20 (VI) 尽管这两个反应都放热并且因为一氧化碳的优选氧化得益于低温，氧化反 应区可选地包括冷却元件例如冷却管是有利的。氧化反应温度优选为保持 在约卯1C到约1501C的范围内。因为本专利技术的装置包括净化单元，例如压 力摆动吸附单元来将氢和杂质分开，所以可以省去使用选择氧化步骤G。33此处应当注意，燃料处理器生成的中间重整产品是富含氢的但不 能包含一种或多种杂质，于是，必须受到净化或提纯以清除或减少杂质到 一个特别低的级别。取决于所使用的净化技术的特点，中间重整产品的压 力需要在输送到净化单元之前得到提高。因此，本专利技术的装置可选地在燃 料处理器的下游设置压缩单元以接收中间重整产品流并且生成中间重整产 品压缩流。在一些实施例中，例如，当净化单元排出的富氢重整产品在高压下需要前往储存器时，可选地在净化单元和储存单元之间设置第二压缩 单元以将富氢重整产品的压力提高到一个合适的级别。 在一些实施例中，净化单元包括压力摆动吸附单元。合适的PSA 单元包括现有技术中已知的从工艺流中分出氢的那些，例如在1980年12 月9日发布的Perry的美国专利4,238,204、 1987年9月1日发布的Doshi 的美国专利4,690,695、 1993年10月26日发布的Kai等的美国专利 5,256,174、 1995年7月25日发布的Anand等的美国专利5,435,836、 1997 年9月23日发布的Couche的美国专利5,669,960、 1998年5月19日发布 的Sircar等的美国专利5,753,010和2002年10月29日发布的Hill的美国 专利6，471，744中描述的，这些描述并入此文作为参考。在一些实施例中， 净化单元包括紧凑式PSA。合适的紧凑式PSA包括旋转式PSA，例如在 2000年5月16日发布的Keefer等的美国专利6,063,161、 2002年6月18 日发布的Connor等的美国专利6，406，523中描述的，这些描述并入此文作 为参考。具有旋转元件的紧凑式PSA通常可用加拿大伯纳比Questair工 程公司的Questair的旋转式PSA，型号H3200用在本专利技术的开发中。 本专利技术的装置可选地包括位于净化单元下游的产物阀用，于控制 来自净化单元的富氢重整产品流和/或贫氢重整产品流。在一些实施例中， 产物阀是可变开度阀。控制器响应于中间重整产品计算流来操纵产物阀。 当在净化单元下游设置产物传感器来检测富氢重整产品和/或贫氢重整产 品时，至少部分地响应于检测到的产物数据来操纵产物阀。对流出净化单 元的富氢重整产品的控制可用于在净化单元中产生背压以保持净化单元内 更稳定或固定的压力。而且，这种控制也能对流过净化单元的重整产品的 流速进行控制以保持富氩重整产品的成分。601 本专利技术的装置可选地包括位于净化单元下游的储存单元，以储存 富氢重整产品。可选地包括压缩单元以生成富氢重整产品压缩流，取决于 所选择的特定储存单元的压力规格进行储存。而且，可以包括能够向第二 压缩单元的入口提供补给流体控制流的第二管道。该第二管道优选为具有 位于第二压缩单元和储存单元之间的入口 、具有用来控制通过管道的补给 流体的阀、并且具有位于净化单元出口和第二压缩单元入口之间的出口 。61! 适用于本专利技术装置的储存单元可以从现有技术中已知的储氢装 置中选取。优选地，储氢装置将包括适于以所需形式，包括但不局限于压 缩气体状、液化气体状或固态，容纳富氢重整产品的储存罐。合适的储存 罐可以是轻便的、模块化的、装于滑动底板上或固定在一个位置上的。而 且，选择的储存单元优选为具有足够的储存量，从而在燃料处理器不运转 的过程中和/或燃料处理器生成的重整产品的体积需要得到补充以满足需 求时的峰值阶段中，使单元能够以选定速度将储存的重整产品输送到出口 处。 如上所述，燃料处理器的处理模块用于确定中间重整产品计算 流。中间重整产品计算流包括燃料处理器即将生成的中间重整产品的流速 和成分。而且，可以从输送给燃料处理器的供给料或选定的富氢重整产品 输出量来确定中间重整产品计算流。这样，该方法还包括选择用于确定中 间重整产品计算流的输送给燃料处理器的供给料。在其它实施例中，该方 法还包括选本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备氢的装置包括：一燃料处理器，其能够生成一包含氢和杂质的中间重整产品流；一净化单元，其位于所述燃料处理器的下游，并且能够从所述中间重整产品流中清除杂质，以生成一富氢的重整产品流；一控制器，其能够由所述燃料处理器的一处理模块确定一中间重整产品计算流，并且部分地响应于所述中间重整产品计算流来操纵所述净化单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W斯潘塞惠特，孙宏桥，B巴拉苏布拉马尼安，VR米尔科维奇，
申请(专利权)人：德士古发展公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]