[发明专利]用于燃料电池供氢的一步变压吸附纯化氢的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压吸附提纯氢的装置，特别是一种用于燃料电池供氢的一步变压吸附纯化氢的装置，属于能源和气体分离技术领域。

背景技术

燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的装置，具有发电效率高、环保等优点，是新能源研究开发的主要方向之一。其燃料为纯氢或富氢气体，氧化剂则采用氧气或空气，由于氢能不是一次能源，体积能量密度较低，运输和存储都有很大的困难，其获得需要一定的工艺过程，因而必须通过其它方式来制取氢气，对于燃料电池来说，研究现场制氢尤为重要。目前，使用较多的制氢方法为重整转化法制氢，其中蒸汽重整制取的氢气浓度最高，经过蒸汽重整以及变换反应后，其组成为60％-70％H₂、CO₂、CH₄、CO以及其它组分，而由于磷酸型燃料电池和质子交换膜燃料电池的铂电极对CO的吸附作用大于对H₂的吸附作用，造成CO吸附在电极上而H₂不能发生电化学反应，毒化电极，因此需要进一步将CO的浓度脱除至10×10^-6以下，从而不影响电池的使用寿命。

目前，常用的CO脱除方法有：

(1)CO甲烷化技术：使CO与H₂发生反应生成CH₄，该方法最大的特点是不必引入其它的气体进入选择性氧化体系中，直接与H₂发生反应即可除去CO，但反应1molCO需要消耗3mol的H₂，并且由于富氢气体中含有的CO₂也会与H₂发生反应，从而导致大量的H₂被消耗掉。

(2)选择性氧化：使用高选择性的催化剂，使CO优先被吸附氧化，达到对CO深度脱除的目的，反应中CO的氧化和H₂的氧化是竞争反应，因此研究的重点在于开发高选择性的催化剂，然而CO发生氧化反应需要引入空气，由于N₂的进入降低了H₂的浓度，影响电池的效率。

(3)膜分离：利用金属钯(Pd)及其合金可以选择性地让H₂分子通过，阻断其它一切气体通过，该法可以获得较高浓度的H₂，但存在的问题是Pd膜成本较高，并且在一定的温度下会发生相转变，引起晶格的变化，导致膜变脆变裂，另外，由于CO在膜上的化学吸附会使H₂的渗透性能发生下降，影响H₂的收率。

(4)变压吸附(PSA)法：利用混合气体中某一组分在吸附剂上的平衡吸附量在不同压力下的差异进行加压吸附和减压脱附，达到气体分离的目的，其优点是原料适用范围广；能一次性去除氢气中多种杂质成分，工艺流程简单；处理范围大，启动方便；能耗小、操作费用低；设备稳定性好、自动化程度高、安全可靠；吸附剂寿命长，并且对环境无污染。

已有技术中，专利申请号为00131994.9，名称为用于生产氢的变压吸附方法的发明专利采用的装置中，设置了吹扫罐和平衡罐用于吸附塔的吹扫和加压，装置比较复杂，成本较高。

发明内容

为了克服已有技术的不足和缺陷，本发明提供了一种用于燃料电池供氢的一步变压吸附纯化氢的装置，采用变压吸附技术，吸附塔中按照从下到上的顺序依次装填Al₂O₃、活性炭、分子筛三种选择性吸附剂，一步实现H₂的提浓，在脱除CO的同时，能够同时脱除CH₄、CO₂、H₂O等杂质，采用两塔处理气体，同时进行加压吸附和减压脱附，即其中一塔在进行加压吸附的过程时，另一塔进行减压脱附，使产品气体源源不断输出，可连续生产H₂供燃料电池使用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括第一吸附塔，第二吸附塔，第一三通接头，第二三通接头，第三三通接头，第四三通接头，第一压力表，第二压力表，第一换向阀，第二换向阀，第三换向阀，第四换向阀，第五换向阀，第六换向阀，原料气罐，真空泵，氢收集罐。