[发明专利]一种天然气和氢气的多功能混合加气站和加注方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体加注技术领域，具体来说，是涉及一种天然气和氢气的多功能混合加气站和加注方法。

背景技术

在能源需求日益增加及排放法规日趋严格的当今，汽车能源结构的转型刻不容缓。近年来，通过使用替代燃料来实现汽车行业节能减排的研究越来越多，天然气作为一种替代燃料，具有储量大、辛烷值高、排放低、价格便宜等优点，氢气也有火焰传播速率快，着火范围宽，排气污染较低(即只生成少量的NO_x，不产生碳氢化合物、CO和温室气体CO₂)的优势。但是，天然气存在着火范围窄、火焰传播速度慢、发动机热效率低等缺点。与天然气相比，氢气不易储存，体积热值较低，燃氢发动机还有一些技术问题未得到解决，单纯燃烧氢气的条件尚未成熟。在天然气中掺入氢气综合了氢气和天然气的优点，能够提高燃烧速度，降低循环变动，实现稀燃(发动机在空燃比大于理论空燃比的情况下燃烧)和快速燃烧，有利于提高发动机的性能，经济可行，是目前应对石油危机的有效途径。目前国内关于HCNG的研究并未涉及产业化，基本停留在发动机研究、项目示范阶段，现阶段存在的HCNG加注站非常稀少且存在功能单一，能源效益差的问题。

如在《天然气掺氢的混合工艺研究》(煤气与热力2009年08期，乔伟艳，张宁，解东来)、《HCNG加气站的设计及实现》(中外能源2013年07期，赵文浩，陈刚)、生产、分流/使用和欧洲专利申请EP20070763143(公开号：EP1994266A4)等文献中提到的HCNG站工艺流程采用先增压，后混合，再储存，最后加注的步骤，这种流程需要专用的混气设备进行氢气与天然气的预混合，增加设备投资及占地面积；另外在大多数情况下，由于用于混合生成HCNG的氢气气源及天然气气源压力等级不同，站内为了确保两种气体的混合会在混合前将氢气及天然气调低至同一个压力等级后进行混合，混合后再进行增压，这就造成整个加气站的能效降低；最后，采用预混合工艺，往往需要HCNG混合气的储罐，而HCNG混合气体在长期存放的过程中可能会出现气体分层导致密度不均，加注到HCNG车辆后影响汽车的燃烧和排放特性。本专利对解决以上问题提供了一种新的解决方案的同时使得CNG和H₂两种能源的使用和推广更加方便。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种可用于氢气及天然气的多功能混合加气站系统，可以实现高精度的氢气及天然气实时的可调比例混合加注。

本发明的另一目的是提供一种采用上述加气站系统的加注方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种天然气和氢气的高压多功能加气站系统，包括：天然气供气系统，氢气供气系统、至少一台混气加气机、数据采集与监视控制(SCADA)系统。

所述天然气供气系统包括：至少一辆天然气管束运气车，通过管道连接至所述混气加气机，所述每辆天然气管束运气车的下游管道上设有一天然气卸气柱；至少一组高压天然气储气瓶组，通过管道连接至所述混气加气机；所述天然气管束运气车经对应的天然气卸气柱后通过管道和所述高压天然气储气瓶组连接；至少一台天然气压缩机，连接对应的天然气管束运气车，用于将所述天然气管束运气车中的天然气增压输送至所述混气加气机或所述高压天然气储气瓶组。

所述氢气供气系统包括：至少一辆氢气管束运气车，通过管道连接至所述混气加气机，所述每辆氢气管束运气车的下游管道上设有一氢气卸气柱；至少一组高压氢气储气瓶组，通过管道连接至所述混气加气机；所述氢气管束运气车经过对应的氢气卸气柱后通过管道和所述高压氢气储气瓶组连接；至少一台氢气压缩机，连接对应的氢气管束运气车，用于将所述氢气管束运气车中的氢气增压输送至所述混气加气机或所述高压氢气储气瓶组。

每台所述混气加气机的管路部分包括：至少一路氢气管路、至少一路天然气管路和混合总管，所述每路氢气管路上设有氢气进口、氢气过滤器、氢气控制阀、氢气质量流量计，所述每路天然气管路上设有天然气进口、天然气过滤器、天然气控制阀、天然气质量流量计，所述混合总管下游连接高压软管和加气枪，所述混合总管上设有压力传感器、压力表和拉断阀。

其中，所述SCADA系统包括：数据采集系统、安全监控系统、电气电控系统，实时采集所有数据，自动计算及自动控制。

所述电气电控系统包括：控制系统和人机交换界面，所述氢气质量流量计、氢气控制阀、天然气质量流量计、天然气控制阀、压力传感器的数据传输至所述控制系统，实现实时混合加注全设备一键式操作，并设有停止按键及急停按钮，或通过人机交互界面手动点击选择不同加注模式进行手动加注。