[发明专利]一种高纯燃料氢气制备和输送系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种高纯燃料氢气制备、输送的方法和系统。含氢尾气依次通过气相净化装置、变压吸附装置、管道输送装置和膜分离装置组成的制备及输送系统，含氢尾气从气相净化装置的一端进入，经气相净化装置除杂后进入变压吸附装置，通过变压吸附装置提纯后进入管道输送装置再送至用户端，管道输送装置的出口与膜分离装置相连，利用膜分离装置进行再次纯化后，燃料氢气输出。该系统能够显著提高功能膜的使用寿命，解决氢气运输和存储问题，并提高经济效益。

技术领域

本发明属于高纯氢气制备和输送技术领域，特别涉及到一种高纯燃料氢气制备、输送系统及其控制方法，其中氢气来源于化工厂副产的含氢尾气。

背景技术

汽车是造成能源消耗污染的主要原因之一，因此各国的汽车公司都在致力于改善汽车排量和燃料使用的问题。就目前的发展状况来看，质子交换膜燃料电池技术能够有效地达到汽车公司所追求的效果，是业界内公认的电力车未来发展的趋势，并且有望成为内燃机和蒸汽燃气机之后的第三代全新动力系统。近年来，全球多家汽车生产企业推出了氢燃料电池汽车。

氢气作为燃料电池的必要燃料，其制备技术和存储运输等技术决定了氢燃料电池能否方便、快捷、低成本地获得，进而实现量产的目标。现阶段主要的制氢技术和运氢方式为：氯碱副产氢+气氢拖车运输。氯碱副产气为氢源，传统的分离工艺是采用变压吸附装置或膜分离装置中的一种对副产气进行分离，以获得高纯氢气。然而该工艺中由于并未对副产气进行预处理，特别是进一步降低碳氧化物的含量，导致出现二氧化碳腐蚀，降低了分离膜的使用寿命，并且只采用变压吸附装置，存在氢气纯度越高，所需的设备越多的缺点，而只采用膜分离装置，也存在分离效率低的缺点。同时气氢拖车运输存在着运输成本高、危险性高等缺点。而高纯氢气直接采用管道运输时，容易产生氢脆而发生安全事故，同时运输过程中微量杂质的溶入，也会降低氢气产品的纯度，影响燃料电池的使用。为了克服上述的问题，稳定获取高质量的燃料氢气，需要基于制备成本和运输成本的最佳经济性考量，开发设计出具有较优的经济性和安全性的生产和输送组合方法。

因此，为实现上述目标，进一步降低气源中杂质的含量，增加功能膜的使用寿命，并且解决运输中的安全性和易被污染等问题，实现持续供应高纯度的燃料氢气，本发明提出了一种高纯燃料氢气制备、输送的方法和系统。通过设计气相净化装置对氢源进行预处理，并且将变压吸附装置、管道输送装置和膜分离装置进行合理的工艺设计组合，以解决管道运输中出现的氢脆和污染等问题，最终稳定获得高纯燃料氢气。

发明内容

本发明的目的是提供了一种高纯燃料氢气制备、输送的方法和系统，以含氢尾气为原料，解决了功能膜使用寿命短、设备氢脆、燃料氢易被污染的问题，实现持续供应高纯的燃料氢气。

一种高纯燃料氢气制备和输送系统，该系统包含气相净化装置、变压吸附装置、管道输送装饰和膜分离装置；气相净化装置的出口与变压吸附装置相连，变压吸附装置的出口与管道输送装置相连，管道输送装置的出口与膜分离装置相连；

含氢尾气从气相净化装置的一端进入，经气相净化装置除杂后进入变压吸附装置，通过变压吸附装置提纯后进入管道输送装置再送至用户端，管道输送装置的出口与膜分离装置相连，利用膜装置进行再次纯化后，燃料氢气产品输出。

更进一步地，所述气相净化装置包括前缓冲罐、压缩机、后缓冲罐、冻干机、前置精密过滤器、气相净化吸附柱、后置精密过滤器。

更进一步地，吸附剂的材料为胍基类离子液体、腈胺类离子液体、季鏻类离子液体中的一种或者混合使用，例如：1,1,3,3-四甲基胍-5-氰基四唑子液体，甲氧基三乙氧基乙基吡啶三氰胺子液体，三乙基一甲基季磷咪唑子液体等。

更进一步地，操作压力为-0.05～5.0MPa，温度为0～50℃。

更进一步地，功能膜为负载金属钯的交联中空纤维阴离子交换膜。

更进一步地，冻干机的操作压力为0.1～1.5MPa，温度为0～20℃。