本(ben)發明涉及制氫(qing)系統。

背景技術：

1、建筑(zhu)物(wu)和其(qi)他設施的(de)(de)供(gong)(gong)(gong)電(dian)和供(gong)(gong)(gong)暖主要是由(you)石油和天然氣形(xing)式的(de)(de)烴提供(gong)(gong)(gong)的(de)(de)，但由(you)于用(yong)于此(ci)目的(de)(de)的(de)(de)烴的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)正(zheng)在逐步減(jian)少(shao)，因此(ci)正(zheng)在尋找這種方法(fa)的(de)(de)替代。電(dian)力供(gong)(gong)(gong)應逐漸增加地(di)由(you)可(ke)再生(sheng)能(neng)源提供(gong)(gong)(gong)，但這并不總(zong)是最有效的(de)(de)方法(fa)--出于控制和管理(li)成本(ben)，本(ben)地(di)發(fa)電(dian)往往是可(ke)取的(de)(de)。氫作為燃(ran)料日益地(di)有吸引力，因為它可(ke)以非常有效地(di)釋(shi)放能(neng)量(liang)，而且沒(mei)有有害(hai)的(de)(de)廢品產(chan)物(wu)。用(yong)于建筑(zhu)物(wu)的(de)(de)氫鍋爐目前已(yi)投(tou)入生(sheng)產(chan)。電(dian)也能(neng)夠(gou)由(you)氫產(chan)生(sheng)，例如使(shi)(shi)用(yong)固體氧化物(wu)燃(ran)料電(dian)池(chi)。

2、從烴中(zhong)(zhong)(zhong)獲取(qu)氫(qing)的(de)(de)(de)工藝已經開(kai)發出(chu)來，但迄今為(wei)止，這種工藝通(tong)常是在大型反應器中(zhong)(zhong)(zhong)進行的(de)(de)(de)，其(qi)(qi)不適合在大多數建(jian)筑(zhu)(zhu)環(huan)境中(zhong)(zhong)(zhong)使(shi)用(yong)。期望(wang)的(de)(de)(de)是能(neng)夠(gou)以(yi)不依賴于場外制氫(qing)和氫(qing)輸送的(de)(de)(de)方式為(wei)環(huan)境提供氫(qing)。尤(you)其(qi)(qi)期望(wang)的(de)(de)(de)是，這種方式能(neng)夠(gou)使(shi)制氫(qing)系(xi)統(tong)以(yi)盡可能(neng)多的(de)(de)(de)方式在建(jian)筑(zhu)(zhu)環(huan)境和以(yi)前可能(neng)沒(mei)有考慮(lv)過使(shi)用(yong)其(qi)(qi)的(de)(de)(de)其(qi)(qi)他環(huan)境中(zhong)(zhong)(zhong)使(shi)用(yong)。

技術實現思路

1、在第一(yi)方面，本發明提(ti)供(gong)(gong)了一(yi)種(zhong)制氫(qing)系統，包括：烴(jing)熱(re)解反應(ying)器(qi)(qi)，該(gai)烴(jing)熱(re)解反應(ying)器(qi)(qi)具有烴(jing)輸(shu)入(ru)、電(dian)(dian)輸(shu)入(ru)和至少(shao)一(yi)個(ge)氫(qing)輸(shu)出；氫(qing)燃料(liao)發電(dian)(dian)機，以及從(cong)至少(shao)一(yi)個(ge)氫(qing)輸(shu)出中(zhong)的(de)一(yi)個(ge)向氫(qing)燃料(liao)發電(dian)(dian)機提(ti)供(gong)(gong)部(bu)分氫(qing)的(de)裝置，其中(zhong)氫(qing)燃料(liao)發電(dian)(dian)機用于產生電(dian)(dian)輸(shu)出；以及將氫(qing)燃料(liao)發電(dian)(dian)機的(de)電(dian)(dian)輸(shu)出提(ti)供(gong)(gong)給烴(jing)熱(re)解反應(ying)器(qi)(qi)的(de)電(dian)(dian)輸(shu)入(ru)的(de)裝置。

2、使(shi)用(yong)(yong)這種(zhong)手段(duan)，制(zhi)氫系統在使(shi)用(yong)(yong)中(zhong)能(neng)(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)地自我維持(chi)，只在啟動(dong)時(shi)需要電(dian)力。使(shi)用(yong)(yong)這種(zhong)手段(duan)，如果有(you)更多(duo)的(de)(de)氫通(tong)過(guo)氫燃(ran)(ran)料(liao)發電(dian)機(ji)，還可(ke)以產生多(duo)余的(de)(de)電(dian)力用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)其他用(yong)(yong)途。這兩個特點對于(yu)(yu)(yu)提供在特定(ding)環境(jing)中(zhong)使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)制(zhi)氫系統可(ke)能(neng)(neng)特別有(you)用(yong)(yong)--例如，用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)運行基于(yu)(yu)(yu)氫的(de)(de)加熱系統，或在存在烴氣體但可(ke)能(neng)(neng)沒有(you)穩定(ding)電(dian)力供應的(de)(de)場所(例如，在可(ke)利用(yong)(yong)火炬氣的(de)(de)油田(tian)中(zhong))。在實(shi)施方式中(zhong)，氫燃(ran)(ran)料(liao)發電(dian)機(ji)可(ke)以是燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)池，例如固體氧化物燃(ran)(ran)料(liao)電(dian)池。在其他實(shi)施方式中(zhong)，氫燃(ran)(ran)料(liao)發電(dian)機(ji)可(ke)以包括(kuo)氫燃(ran)(ran)料(liao)發動(dong)機(ji)或氫燃(ran)(ran)料(liao)燃(ran)(ran)氣輪機(ji)。

3、在實施方式中(zhong)，烴熱(re)解反(fan)應器可以有第(di)一高純度(du)氫輸(shu)出和(he)第(di)二低純度(du)氫輸(shu)出。這(zhe)些輸(shu)出可由氫純化(hua)(hua)階(jie)段(duan)提(ti)供(gong)，以提(ti)供(gong)第(di)一氫輸(shu)出和(he)第(di)二氫輸(shu)出。這(zhe)種氫純化(hua)(hua)階(jie)段(duan)可以包括變壓吸附(fu)階(jie)段(duan)。

4、取決于(yu)優選的設計(ji)選擇(ze)，制氫(qing)(qing)系統(tong)還可以包括熱交(jiao)換器--由制氫(qing)(qing)系統(tong)輸出的氫(qing)(qing)可以在通過熱交(jiao)換器之前或之后通過氫(qing)(qing)純化階(jie)段。

5、使用(yong)這種手段(duan)，第(di)二氫(qing)(qing)(qing)輸出的一(yi)部(bu)分可以被(bei)作(zuo)為燃料提供給氫(qing)(qing)(qing)燃料發(fa)電(dian)機。第(di)二氫(qing)(qing)(qing)輸出的另一(yi)部(bu)分可以被(bei)作(zuo)為吹掃(sao)氣體提供給氫(qing)(qing)(qing)熱(re)解(jie)反應器(qi)。

6、在一個(ge)實施方式中(zhong)，第(di)一氫輸出(chu)可以(yi)基(ji)本(ben)上為7n純度(du)(nines?purity)，第(di)二氫輸出(chu)基(ji)本(ben)上為1.5n純度(du)(nines?purity)。如果使用(yong)氫純化階段，則可以(yi)配置為根據每個(ge)氫料流的使用(yong)要求來提供(gong)高純度(du)和低純度(du)氫。

7、烴(jing)熱解反應器可以包括等(deng)離子(zi)體(ti)炬。在實施方式中，它還可以在等(deng)離子(zi)體(ti)炬之后包括液態金屬系統，用于烴(jing)的(de)熱解和反應產物的(de)分(fen)離。

8、烴輸入可以是甲(jia)烷(wan)輸入。

9、在第二方面(mian)，本(ben)發(fa)(fa)(fa)明(ming)提(ti)供(gong)了一種操作制氫系統的(de)方法，包括：使(shi)用(yong)烴輸入和電(dian)(dian)(dian)(dian)輸入激(ji)活烴熱解反應(ying)器；從(cong)(cong)制氫系統提(ti)供(gong)至少一個氫輸出，并且從(cong)(cong)至少一個氫輸出中的(de)一個向氫燃料發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機提(ti)供(gong)氫；在氫燃料發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機中產生電(dian)(dian)(dian)(dian)力，以及從(cong)(cong)氫燃料發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機向氫熱解反應(ying)器的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)輸入提(ti)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)力。

10、提(ti)供至(zhi)少一種氫(qing)輸(shu)出可(ke)以(yi)包括(kuo)提(ti)供第(di)(di)一高(gao)純度氫(qing)輸(shu)出和第(di)(di)二低純度氫(qing)輸(shu)出。第(di)(di)一氫(qing)輸(shu)出和第(di)(di)二氫(qing)輸(shu)出可(ke)以(yi)由氫(qing)純化(hua)階段提(ti)供，氫(qing)純化(hua)階段可(ke)以(yi)是(shi)變壓吸附階段。

11、第二氫(qing)輸出(chu)的一(yi)部分(fen)可(ke)以(yi)被作為燃(ran)料提(ti)供給(gei)氫(qing)燃(ran)料發(fa)電機(ji)，而第二氫(qing)輸出(chu)的另一(yi)部分(fen)可(ke)以(yi)被作為吹(chui)掃氣體(ti)提(ti)供給(gei)氫(qing)熱(re)解反應器。

12、烴熱解(jie)反應器可(ke)以(yi)包括等(deng)離子(zi)體炬，并且(qie)從氫(qing)燃料(liao)發(fa)電機提供電力可(ke)以(yi)包括向等(deng)離子(zi)體炬供電。

13、烴(jing)輸入(ru)可以(yi)是甲烷輸入(ru)。

技術特征：

1.一(yi)種制氫系統，包括：

2.根據權利(li)要求1所(suo)述(shu)的制氫(qing)系統(tong)，其中，氫(qing)燃料(liao)發電(dian)機包括(kuo)發動(dong)機、燃氣輪機和(he)燃料(liao)電(dian)池(chi)中的一種(zhong)。

3.根(gen)據權利要求(qiu)2所(suo)述(shu)的制氫(qing)系統，其中，所(suo)述(shu)氫(qing)燃料(liao)發電(dian)機包(bao)括固體氧化物燃料(liao)電(dian)池(chi)。

4.根據前述任一權利要求所述的制(zhi)氫(qing)系統，其(qi)中，所述烴熱解(jie)反(fan)應(ying)器具有第一高純度氫(qing)輸出和(he)第二低純度氫(qing)輸出。

5.根據(ju)權利要求4所述的制氫(qing)系(xi)統，其中，所述氫(qing)熱解反應器(qi)包括氫(qing)純化階段，以提供所述第一(yi)氫(qing)輸(shu)出(chu)和所述第二氫(qing)輸(shu)出(chu)。

6.根據權利要求5所述(shu)的制氫系統，其中，所述(shu)氫純化階段包(bao)括變壓吸(xi)附階段。

7.根據權利要(yao)求5或6所(suo)述(shu)(shu)的(de)制氫系統(tong)，其中(zhong)，所(suo)述(shu)(shu)制氫系統(tong)進一步包括熱交換器，其中(zhong)，由(you)所(suo)述(shu)(shu)制氫系統(tong)的(de)氫輸出在通(tong)過所(suo)述(shu)(shu)熱交換器之前通(tong)過所(suo)述(shu)(shu)氫純化階(jie)段。

8.根據權(quan)利要求5或6所(suo)述(shu)(shu)的(de)(de)制(zhi)氫(qing)(qing)系(xi)統，其(qi)中，所(suo)述(shu)(shu)制(zhi)氫(qing)(qing)系(xi)統進一步包括熱(re)交(jiao)換器，其(qi)中，由所(suo)述(shu)(shu)制(zhi)氫(qing)(qing)系(xi)統的(de)(de)氫(qing)(qing)輸出在通過(guo)所(suo)述(shu)(shu)熱(re)交(jiao)換器之后通過(guo)所(suo)述(shu)(shu)氫(qing)(qing)純化階(jie)段(duan)。

9.根據權利(li)要(yao)求4至(zhi)8中(zhong)任一項所(suo)(suo)述(shu)的制氫系統，其(qi)中(zhong)，所(suo)(suo)述(shu)第二(er)氫輸(shu)出的一部(bu)分被作為燃(ran)料提供給所(suo)(suo)述(shu)氫燃(ran)料發電機。

10.根據權利要(yao)求4至9中(zhong)(zhong)任(ren)一項(xiang)所述的制氫(qing)(qing)系統，其(qi)中(zhong)(zhong)，所述第二(er)氫(qing)(qing)輸出(chu)的一部分被作為吹掃(sao)氣體提供給(gei)所述氫(qing)(qing)熱解反應(ying)器(qi)。

11.根據權利要(yao)求4至10中(zhong)任一項所述(shu)的制氫系統，其中(zhong)，所述(shu)第一氫輸出基本(ben)上為7n純(chun)度，并(bing)且(qie)所述(shu)第二氫輸出基本(ben)上為1.5n純(chun)度。

12.根據前(qian)述任(ren)一權(quan)利要求所述的(de)制(zhi)氫系統，其中烴熱解(jie)反應器(qi)包(bao)括等離子體炬。

13.根據權(quan)利要求12所(suo)述的制氫系統(tong)，其中，所(suo)述烴熱解反應器在等離子體炬(ju)之后包括液(ye)態金屬系統(tong)，用于(yu)烴的熱解和反應產物的分離。

14.根據權利要(yao)求12所述(shu)的制氫系統(tong)(tong)，其中，所述(shu)烴熱解反應器在等離子(zi)體(ti)炬(ju)之后包(bao)括吹掃氣(qi)體(ti)和分離系統(tong)(tong)，用于反應產物的分離。

15.根(gen)據(ju)前述(shu)(shu)任(ren)一權利要求所(suo)述(shu)(shu)的制氫(qing)系統，其中，所(suo)述(shu)(shu)烴輸入(ru)是甲烷輸入(ru)。

16.根(gen)據前述(shu)任一權利要求(qiu)所述(shu)的制氫系(xi)統，其中，所述(shu)烴輸入(ru)適于接收火炬氣。

17.一(yi)種操作制氫系(xi)統(tong)的方法，包括(kuo)

18.根據權利要求17所(suo)述的方(fang)法(fa)，其(qi)中，所(suo)述提(ti)供(gong)(gong)至少一個氫輸出包括：提(ti)供(gong)(gong)第(di)(di)一高純度(du)(du)氫輸出和第(di)(di)二低純度(du)(du)氫輸出。

19.根據權利(li)要求18所(suo)述(shu)的方法(fa)，其中，所(suo)述(shu)第(di)一(yi)氫輸(shu)(shu)出和所(suo)述(shu)第(di)二(er)氫輸(shu)(shu)出由氫純化(hua)階段提供。

20.根(gen)據(ju)權利要求(qiu)19所述(shu)的(de)方法，其中，所述(shu)氫純化階段是變壓(ya)吸(xi)附(fu)階段。

21.根(gen)據權利要求18至(zhi)20中(zhong)任一項所(suo)述的(de)(de)方法，進一步包括：將(jiang)所(suo)述第二(er)氫(qing)輸出(chu)的(de)(de)一部分作(zuo)為燃料提供給所(suo)述氫(qing)燃料發(fa)電機。

22.根據權利要求18至(zhi)21中(zhong)任一所(suo)(suo)述(shu)的(de)方法(fa)，其中(zhong)，所(suo)(suo)述(shu)第(di)二氫輸出(chu)的(de)一部分被作為吹掃氣體提供給(gei)所(suo)(suo)述(shu)氫熱解反應器(qi)。

23.根據權(quan)利要求17至22中(zhong)任一(yi)項所述的方(fang)法(fa)，其中(zhong)，所述烴熱解反(fan)應(ying)器包(bao)括等(deng)離子(zi)體炬，并且其中(zhong)，從所述氫(qing)燃料發電機提供電力包(bao)括向等(deng)離子(zi)體炬供電。

24.根據權利要求(qiu)17至23中任一項所述的方法，其中，所述烴輸(shu)入是甲烷輸(shu)入。

25.根(gen)據(ju)權利(li)要求17至24中任一項所(suo)述的方法(fa)，其中，所(suo)述烴輸入適于接收火(huo)炬(ju)氣。

技術總結
制氫系統包括氫熱解反應器，該氫熱解反應器具有烴輸入、電輸入和至少一個氫輸出。制氫系統還包括氫燃料發電機。提供了將部分氫從至少一個氫輸出中的一個輸送到氫燃料發電機的裝置。氫燃料發電機然后產生電輸出，該電輸出被輸送到烴熱解反應器的電輸入。此外，還描述了操作制氫系統的相關方法。

技術研發人員：J·H·A·維坎普
受保護的技術使用者：西洛克斯發展有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/29