[发明专利]一种高效加氢方法和系统

说明书

本发明公开了一种高效加氢方法和系统，所述高效加氢系统包括供氢单元、氢气压缩单元、加氢单元和至少两组并联设置的储氢单元，供氢单元与氢气压缩单元相连，氢气压缩单元通过储氢支路分别与各组储氢单元相连，各组储氢单元又分别通过与储氢支路相连的输氢支路与加氢单元相连。所述高效加氢方法利用上述的高效加氢系统向终端用户加注氢气。本发明能够在某一组储氢单元向终端用户供氢的同时，不影响压缩设备向其他组储氢单元补充氢气，有利于提高压缩设备的利用率；在加氢站运行过程中，各组储氢单元的储氢瓶氢气压力始终保持较高的压力范围并能够以较高的氢气压力实现对终端用户的高效加氢，同时使得储氢瓶组中各储氢瓶使用率保持相对一致。

技术领域

本发明涉及氢能技术领域，更具体地讲，涉及一种高效加氢方法和系统。

背景技术

氢能源作为一种高效、清洁、可持续发展的“无碳”能源已得到世界各国的普遍关注，以氢燃料电池汽车为主的交通领域是氢能利用的重要方向之一。现阶段制约氢能在交通领域利用发展的瓶颈主要是加氢站的建设，加氢基础设施不足，成为当前我国氢能产业发展面临的最大阻碍。

加氢站氢的来源分为外供氢和站内制氢两类。目前，加氢站的氢气加注压力有35MPa、70MPa两种。

常规加氢站的工艺系统流程基本如图1、图2所示：

如图1所示，经站内制氢提纯设备1＇产出的氢气暂存于缓冲罐2＇中，经氢气压缩设备3＇(压缩机或泵)增压后(如增压至45或87.5MPa)，经阀门7＇、8＇、9＇分别储存于储氢瓶组4＇中。储氢瓶组4＇由多个储氢瓶组成，并被人为划分为高、中、低压三种等级储氢瓶(其额定储氢压力一致)。

如图2所示，经氢气长管拖车11＇运输而来的氢气，由氢气卸料装置12＇卸料之后，经氢气压缩设备3＇(压缩机或泵)增压后(如增压至45或87.5MPa)，经阀门7＇、8＇、9＇分别储存于储氢瓶组4＇中。储氢瓶组4＇由多个储氢瓶组成，并被人为划分为高、中、低压三种等级储氢瓶(其额定储氢压力一致)。

在通过加氢机5＇向终端用户6＇加注氢气时，氢气压缩设备3＇停运，首先由低压储氢瓶经阀门9＇、10＇及加氢机5＇向终端用户6＇加氢，待二者压力平衡后，若终端用户6＇氢气压力达不到要求(如35或70MPa)，则继续切换至中压储氢瓶经阀门8＇、10＇及加氢机5＇向终端用户6＇加氢并至压力平衡，最后切换至高压储氢瓶经阀门7＇、10＇及加氢机5＇向终端用户6＇加氢至压力平衡，最终使终端用户6＇的氢气充装压力达到要求值(如35或70MPa)。

随着储氢瓶组4＇中氢气的消耗，其压力不断下降。当高压储氢瓶中的氢气压力低于某一最低压力要求时，停止储氢瓶组4＇向加氢机5＇的供气。因向加氢机5＇供氢时，氢气是依次由低、中、高压储氢瓶而来，当高压储氢瓶压力低于最低要求值时，低、中压储氢瓶中压力也均已低于该最低要求值。因此，储氢瓶组4＇中的所有储氢瓶均需补充氢气。

此时启动压缩设备3＇，抽取上游站内制氢设备出口缓冲罐或外供氢长管拖车内的氢气，经增压后依次充装至储氢瓶组4＇的各储氢瓶中，直至储氢瓶4＇的各储氢瓶压力恢复至要求值(如45或87.5MPa)。

由上述过程可知，常规加氢站氢气加注工艺系统存在以下问题：

(1)储氢瓶组4＇的各储氢瓶额定工作压力均相同，但因被人为划分为高、中、低压三种等级，且依次按照低、中、高压储氢瓶的顺序经加氢机5＇向终端用户6＇多级供氢，各储氢瓶使用程度不同(低压储氢瓶中压降最大，中压储氢瓶中压降次之，高压储氢瓶中压降最小)。正因各储氢瓶使用程度不同，在常规加氢站储氢瓶组设计时，常将高、中、低压储氢瓶按不同的数量考虑(如高：中：低＝2:3:4)；

(2)因依次按照低、中、高压储氢瓶的顺序经加氢机5＇向终端用户6＇供氢，供氢压力由小到大，加氢速度慢、效率低；