專利名稱：制備氫的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
01本發(fā)明總體上涉及制氬領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置和方法通過選擇吸附
從含有氫和一種或多種雜質(zhì)的中間重整產(chǎn)品中清除雜質(zhì)來制備氫。選擇吸 附可以在壓力擺動吸附單元中進(jìn)行，其中，吸附階段被控制和調(diào)節(jié)成獲得 更高的產(chǎn)品純度。更具體地說，本發(fā)明涉及壓力擺動吸附單元與燃料處理 單元的結(jié)合和操作來制備氫。
背景技術(shù)：
02氫廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)業(yè)中，從航天到食品制造再到油氣制造和提 煉。氫在這些產(chǎn)業(yè)中用作燃燒反應(yīng)的推進(jìn)劑、環(huán)境氣體、栽氣、稀釋氣、 燃燒反應(yīng)的燃料成份、燃料電池的燃料，以及許多化學(xué)反應(yīng)和過程的還原 劑。此外，氫也被看成發(fā)電的代用燃料，因?yàn)?，它是可再生的、充足的?高效的，而且，不像其它代用品，它是零排放的，雖然氫的消耗甚至巨大 潛能很普遍，但是抑制氫消費(fèi)進(jìn)一步增加的缺陷是不能提供氫的產(chǎn)生、貯 存和廣泛分布的J^設(shè)施。
03克服這種困難的一種方法是，通過氫的分布式制備，例如通過使 用燃料處理器，將烴基燃料轉(zhuǎn)化成富氫重整產(chǎn)品。燃料重整過程，例如， 蒸汽重整、部分氧化和自熱重整，可以用于在需要?dú)涞膱龊蠈N基燃料， 例如天然氣、LPG、汽油和柴油，轉(zhuǎn)化成富氫重整產(chǎn)品。然而，除了所需 的氫產(chǎn)物以外，燃料重整裝置通常會產(chǎn)生不需要的雜質(zhì)，從而降低了重整 產(chǎn)品的價值。例如，在常規(guī)的蒸汽重整過程中，烴原料，例如甲烷、天然 氣、丙烷、汽油、石腦油或柴油，進(jìn)4于汽化，與蒸汽混合，并且流過蒸汽 重整催化劑。大部分烴原料都轉(zhuǎn)化成氫的重整混合物和雜質(zhì)，例如一氧化 碳和二氧化碳。為了減少一氧化碳成分，重整產(chǎn)品通常^水煤氣變M 應(yīng)，其中， 一氧化碳與蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫。變換反應(yīng)之后，可以 利用其它的凈化步驟將氫的純度達(dá)到一個可接受的等級。這些凈化步驟可
包括，但不局限于，曱烷化作用、選擇性氧化反應(yīng)、薄膜分離技術(shù)，以及 例如溫度擺動和/或壓力擺動吸附過程中的選擇吸附。圖5是本發(fā)明的方法的框圖。 H20 + CO — H2 + C02 (IV) 通常，進(jìn)行水煤氣變換反應(yīng)的溫度是在150"C到600'C之間變化，這取決于 催化劑。在這種情況下，氣流中的大量一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。在富氫 重整產(chǎn)品用作燃料電池的燃料時， 一氧化碳的濃度需要低到燃料電池催化 劑所容許的級別， 一般低于約50ppm。水煤氣變換^^應(yīng)催化劑的例子，低 溫和高溫催化劑，在燃料重整技術(shù)中是眾所周知的，本文不作詳細(xì)闡述。
29塊F代表冷卻步驟，可以在惰性級或其它方式中進(jìn)行，以將工藝 流的溫度降低到優(yōu)選為在約卯C到約1501C的范圍內(nèi)的溫度。當(dāng)在冷卻步 驟F之后接著選擇或優(yōu)選氧化步驟時，可以將空氣子系統(tǒng)中的空氣加入工 藝流中。
301 塊G代表可選的選擇或優(yōu)選氧化步驟，其中，工藝流中殘留的大 量一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳。盡管氧化反應(yīng)是在沒有具有氧化一氧化碳的 活性的催化劑的情況下進(jìn)行的，但一般會發(fā)生兩種反應(yīng)，也就是， 一氧化 碳的必要氧化反應(yīng)(式V )和氫的不必要氧化反應(yīng)(式VI)。
H2 + V202 — H20 (VI) 盡管這兩個反應(yīng)都放熱并且因?yàn)橐谎趸嫉膬?yōu)選氧化得益于低溫，氧化反 應(yīng)區(qū)可選地包括冷卻元件例如冷卻管是有利的。氧化反應(yīng)溫度優(yōu)選為保持 在約卯1C到約1501C的范圍內(nèi)。因?yàn)楸景l(fā)明的裝置包括凈化單元，例如壓 力擺動吸附單元來將氫和雜質(zhì)分開，所以可以省去使用選擇氧化步驟G。
33此處應(yīng)當(dāng)注意，燃料處理器生成的中間重整產(chǎn)品是富含氫的但不 能包含一種或多種雜質(zhì)，于是，必須受到凈化或提純以清除或減少雜質(zhì)到 一個特別低的級別。取決于所使用的凈化技術(shù)的特點(diǎn)，中間重整產(chǎn)品的壓 力需要在輸送到凈化單元之前得到提高。因此，本發(fā)明的裝置可選地在燃 料處理器的下游設(shè)置壓縮單元以接收中間重整產(chǎn)品流并且生成中間重整產(chǎn) 品壓縮流。在一些實(shí)施例中，例如，當(dāng)凈化單元排出的富氫重整產(chǎn)品在高
壓下需要前往儲存器時，可選地在凈化單元和儲存單元之間設(shè)置第二壓縮 單元以將富氫重整產(chǎn)品的壓力提高到一個合適的級別。 在一些實(shí)施例中，凈化單元包括壓力擺動吸附單元。合適的PSA 單元包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的從工藝流中分出氫的那些，例如在1980年12 月9日發(fā)布的Perry的美國專利4,238,204、 1987年9月1日發(fā)布的Doshi 的美國專利4,690,695、 1993年10月26日發(fā)布的Kai等的美國專利 5,256,174、 1995年7月25日發(fā)布的Anand等的美國專利5,435,836、 1997 年9月23日發(fā)布的Couche的美國專利5,669,960、 1998年5月19日發(fā)布 的Sircar等的美國專利5,753,010和2002年10月29日發(fā)布的Hill的美國 專利6，471，744中描述的，這些描述并入此文作為參考。在一些實(shí)施例中， 凈化單元包括緊湊式PSA。合適的緊湊式PSA包括旋轉(zhuǎn)式PSA，例如在 2000年5月16日發(fā)布的Keefer等的美國專利6,063,161、 2002年6月18 日發(fā)布的Connor等的美國專利6，406，523中描述的，這些描述并入此文作 為參考。具有旋轉(zhuǎn)元件的緊湊式PSA通?？捎眉幽么蟛{比Questair工 程公司的Questair的旋轉(zhuǎn)式PSA，型號H3200用在本發(fā)明的開發(fā)中。 本發(fā)明的裝置可選地包括位于凈化單元下游的產(chǎn)物閥用，于控制 來自凈化單元的富氫重整產(chǎn)品流和/或貧氫重整產(chǎn)品流。在一些實(shí)施例中， 產(chǎn)物閥是可變開度閥?？刂破黜憫?yīng)于中間重整產(chǎn)品計算流來操縱產(chǎn)物閥。 當(dāng)在凈化單元下游設(shè)置產(chǎn)物傳感器來檢測富氫重整產(chǎn)品和/或貧氫重整產(chǎn) 品時，至少部分地響應(yīng)于檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)來操縱產(chǎn)物閥。對流出凈化單 元的富氫重整產(chǎn)品的控制可用于在凈化單元中產(chǎn)生背壓以保持凈化單元內(nèi) 更穩(wěn)定或固定的壓力。而且，這種控制也能對流過凈化單元的重整產(chǎn)品的 流速進(jìn)行控制以保持富氬重整產(chǎn)品的成分。
601 本發(fā)明的裝置可選地包括位于凈化單元下游的儲存單元，以儲存 富氫重整產(chǎn)品。可選地包括壓縮單元以生成富氫重整產(chǎn)品壓縮流，取決于 所選擇的特定儲存單元的壓力規(guī)格進(jìn)行儲存。而且，可以包括能夠向第二 壓縮單元的入口提供補(bǔ)給流體控制流的第二管道。該第二管道優(yōu)選為具有 位于第二壓縮單元和儲存單元之間的入口 、具有用來控制通過管道的補(bǔ)給 流體的閥、并且具有位于凈化單元出口和第二壓縮單元入口之間的出口 。
61! 適用于本發(fā)明裝置的儲存單元可以從現(xiàn)有技術(shù)中已知的儲氫裝 置中選取。優(yōu)選地，儲氫裝置將包括適于以所需形式，包括但不局限于壓 縮氣體狀、液化氣體狀或固態(tài)，容納富氫重整產(chǎn)品的儲存罐。合適的儲存 罐可以是輕便的、模塊化的、裝于滑動底板上或固定在一個位置上的。而 且，選擇的儲存單元優(yōu)選為具有足夠的儲存量，從而在燃料處理器不運(yùn)轉(zhuǎn) 的過程中和/或燃料處理器生成的重整產(chǎn)品的體積需要得到補(bǔ)充以滿足需 求時的峰值階段中，使單元能夠以選定速度將儲存的重整產(chǎn)品輸送到出口 處。 如上所述，燃料處理器的處理模塊用于確定中間重整產(chǎn)品計算 流。中間重整產(chǎn)品計算流包括燃料處理器即將生成的中間重整產(chǎn)品的流速 和成分。而且，可以從輸送給燃料處理器的供給料或選定的富氫重整產(chǎn)品 輸出量來確定中間重整產(chǎn)品計算流。這樣，該方法還包括選擇用于確定中 間重整產(chǎn)品計算流的輸送給燃料處理器的供給料。在其它實(shí)施例中，該方 法還包括選擇用于確定生成所選富氫重整產(chǎn)品輸出量的中間重整產(chǎn)品計算 流的富氫重整產(chǎn)品輸出量。富氫重整產(chǎn)品輸出量的選擇包括成分和/或輸入 流量。
69舉例來說，操作者可以選擇所要生成的富氫重整產(chǎn)品輸出量。控 制器利用所選富氫重整產(chǎn)品輸出量來確定燃料處理器所要生成的中間重整 產(chǎn)品計算流。上文所述的凈化單元處理模塊或經(jīng)驗(yàn)公式可用于確定中間重 整產(chǎn)品計算流?？刂破骼萌剂咸幚砥鞯奶幚砟K和中間重整產(chǎn)品計算流
來設(shè)置和調(diào)整輸送給生成中間重整產(chǎn)品的燃料處理器的供給料。當(dāng)燃料處 理器達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，中間重整產(chǎn)品流導(dǎo)向凈化單元以生成富氫重整產(chǎn)品?？?制器利用中間重整產(chǎn)品計算流和對照表來設(shè)置和調(diào)整凈化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)以生 成具有所需純度和流速的富氫重整產(chǎn)品。在其它實(shí)施例中，操作者選擇一 種供給料或一組供給料輸送給燃料處理器并且控制器從中確定中間重整產(chǎn) 品計算流。然后控制器利用中間重整產(chǎn)品計算流來設(shè)置和調(diào)整輸送給燃料 處理器的其它供給料，設(shè)置和調(diào)整凈化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)以生成具有所需純度的 富氫重整產(chǎn)品。 在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，中間重整產(chǎn)品通過閥組件145導(dǎo)入凈化單元并且 流過一個或多個吸附床150進(jìn)行吸附階段。吸附階段的長短由閥組件145 的結(jié)構(gòu)和馬達(dá)141的速度決定。在吸附階段，中間重整產(chǎn)品流中的雜質(zhì)被 吸附床中的吸附劑吸附并且富氫重整產(chǎn)品流通過管道142導(dǎo)出凈化單元。 此處要注意的是，富氫重整產(chǎn)品的純度取決于幾個因素，包括吸附劑的類 型、吸附床的結(jié)構(gòu)和幾何形狀、中間重整產(chǎn)品的流速以及壓力和溫度^Hf。 對特定吸附床和吸附劑而言，吸附階段的長短將直接影響富氫重整產(chǎn)品的 純度并且可調(diào)節(jié)成操縱富氫重整產(chǎn)品的純度或補(bǔ)償由處理器110生成的中 間重整產(chǎn)品的壓力、流速和/或成分的變化。
78控制器170用來監(jiān)測和控制燃料處理器110和凈化單元140的運(yùn) 轉(zhuǎn)。此外，設(shè)有傳感器(未示出)#測要輸送給燃料處理器110的反應(yīng) 物。由這種傳感器生成的反應(yīng)物數(shù)據(jù)傳送給控制器170，分別用虛線A、 B 和C表示。控制器170包括燃料處理器110的處理模塊。反應(yīng)物數(shù)據(jù)輸入 該處理模塊來確定中間重整產(chǎn)品的計算流，該計算流是燃料處理器110期 望從反應(yīng)物IOI、 103和105產(chǎn)生的。輸入/輸出裝置171用來選擇一種或 多種要輸送給燃料處理器的供給料和/或由裝置100生成的富氫重整產(chǎn)品輸 出量，用于確定中間重整產(chǎn)品的計算流?；谥虚g重整產(chǎn)品的計算流，包 括中間重整產(chǎn)品流的成分、壓力和/或流速數(shù)據(jù)，控制器170確定凈化單元 140的合適的吸附階段。馬達(dá)141的速度設(shè)置和/或調(diào)節(jié)指令傳送給馬達(dá)， 用虛線D表示。通過這種方式，控制器170響應(yīng)于中間重整產(chǎn)品的計算流 操作凈化單元140，并且能夠調(diào)節(jié)吸附階段來補(bǔ)償由燃料處理器110生成 的重整產(chǎn)品的變化，否則會負(fù)面影響富氫重整產(chǎn)品的純度。
[79圖2示出本發(fā)明的實(shí)施例200，其中，裝置由具有氧化器213和
重整器211的燃料處理器210組成。輸送管202輸送燃料201、氧化劑203 和水205，在燃料處理器210中重整。燃料處理器210生成的中間重整產(chǎn) 品通過管道212導(dǎo)向緩沖器220，然后通過管道222導(dǎo)向壓縮單元230。在 導(dǎo)向凈化單元240之前，中間重整產(chǎn)品流在壓縮單元230中被壓縮器235 壓縮。凈化單元240與圖l所示的凈化單元沒有不同，有多個吸附床250、 閥組件245和使閥組件與吸附床之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的變速馬達(dá)241。
[80產(chǎn)物傳感器260位于凈化單元的下游，以檢測富氫重整產(chǎn)品通過 管道242流出凈化單元并且生成檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)。檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)包 括與富氫重整產(chǎn)品相關(guān)的成分信息。檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)傳送給控制器270 以確定富氫重整產(chǎn)品是否在M^界限內(nèi)。而且，檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)可以被 控制器270用來確定燃料處理器210的處理才莫塊的確定中間重整產(chǎn)品計算 流的精確度，而且，在必要時，調(diào)整處理模塊以確定中間重整產(chǎn)品的更精 確的計算流。
811 控制器270監(jiān)測和控制燃料處理器210、緩沖器220、壓縮單元 230和凈化單元240的運(yùn)轉(zhuǎn)。反應(yīng)物數(shù)據(jù)傳送給控制器270，用虛線A，、 B，和C，表示，輸入燃料處理器210的處理模塊以確定中間重整產(chǎn)品的 計算流。來自產(chǎn)物傳感器260的檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)傳送給控制器270，用 虛線E，表示。輸X/輸出裝置271用來選擇一種或多種要輸送給燃料處理 器的供給料和/或由裝置200生成的富氫重整產(chǎn)品輸出量，用于確定中間重 整產(chǎn)品的計算流?；谥虚g重整產(chǎn)品的計算流和檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)，包括 中間重整產(chǎn)品流的成分、壓力和/或流速數(shù)據(jù)，控制器270確定凈化單元240 的合適的吸附階段。馬達(dá)241的速度設(shè)置和/或調(diào)節(jié)指令傳送給馬達(dá)，用虛 線D'表示。
82
圖3示出的實(shí)施例300包括燃料處理器310、壓縮單元330、凈 化單元340、儲罐380和控制器370。如圖所示，輸送管302輸送燃料301、 氧化劑303和水305，在燃料處理器310中重整。燃料處理器310包括氧 化器313,在這里面，燃料和氧化劑進(jìn)行預(yù)熱并且水轉(zhuǎn)化成蒸汽。燃料處 理器還包括重整反應(yīng)器311，在這里面，預(yù)熱過的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成包含氫和 一種或多種雜質(zhì)的中間重整產(chǎn)品。[83此處應(yīng)當(dāng)注意的是，來自燃料處理器310的中間重整產(chǎn)品流的成 分、壓力、和/或流速都可以有變化。為了減少這些變化，設(shè)置具有入口 321 和可變開度閥323的管道320以將中間重整產(chǎn)品的壓縮控制流導(dǎo)向管道 312。在壓縮單元330的上游設(shè)置傳感器325以檢測管道312中的中間重整 產(chǎn)品的壓力和/或流速。來自傳感器325的壓力和/或流速傳感數(shù)據(jù)直接傳送 給可變開度閥323,用虛線I"表示，用于控制閥323的位置。在一個方案 中，傳感數(shù)據(jù)傳送給控制器370用于操作閥323，用虛線H"和G"表示。 通過管道320流向管道312的中間重整產(chǎn)品壓縮流起到衰減輸送給壓縮單 元的中間重整產(chǎn)品的壓力和/或流速變化的作用并且防止在管道312中形成 真空，否則會吸入大氣氣體并且與中間重整產(chǎn)品混合。
84燃料處理器310生成的中間重整產(chǎn)品通過管道312導(dǎo)向壓縮單元 320。壓縮單元接收中間重整產(chǎn)品并且生成中間重整產(chǎn)品壓縮流，通過管道 332導(dǎo)向凈化單元330。凈化單元330具有多個吸附床350、閥組件345和 使吸附床與閥組件之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的變速馬達(dá)341。凈化單元330的運(yùn)轉(zhuǎn)與

圖1和圖2所示的凈化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)相似。產(chǎn)物傳感器360位于凈化單元的 下游以檢測富氫重整產(chǎn)品通過管道342流出凈化單元。檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù) 傳送給控制器370，用虛線B'表示。產(chǎn)物閥365是可變開度閥，設(shè)在管道 342中以控制富氫重整產(chǎn)品流出凈化單元。從凈化單元和產(chǎn)物傳感器360 的下游設(shè)置儲罐380，至少是臨時地，在分配或作進(jìn)一步處理之前接收和 儲存富氫重整產(chǎn)品。
85控制器370監(jiān)測和控制燃料處理器310、壓縮單元330和凈化單 元340的運(yùn)轉(zhuǎn)。反應(yīng)物數(shù)據(jù)傳送給控制器370，用虛線A" 、 B"和C"表 示，輸入燃料處理器310的處理模塊以確定中間重整產(chǎn)品的計算流。輸A/ 輸出裝置371用來選擇一種或多種要輸送給燃料處理器的供給料和/或由裝 置300生成的富氫重整產(chǎn)品輸出量，用于確定中間重整產(chǎn)品的計算流。來 自產(chǎn)物傳感器360的檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)傳送給控制器370，用虛線E"表 示。由傳感器325檢測到的中間重整產(chǎn)品的壓力和/或流速傳送給控制器 370，用虛線H"表示。控制器370響應(yīng)于中間重整產(chǎn)品計算流以及傳感器 325檢測到的中間重整產(chǎn)品的壓力和/或流速，來控制或操縱可變開度閥
323。設(shè)置和/或調(diào)節(jié)閥323的開度的指令傳送給閥，用虛線G"表示?？?制器370響應(yīng)于中間重整產(chǎn)品計算流、傳感器325檢測到的中間重整產(chǎn)品 的壓力和/或流速、和/或來自產(chǎn)物傳感器360的檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)，來確定 凈化單元340的合適的吸附階段。馬達(dá)341的速度設(shè)置和/或調(diào)節(jié)指令傳送 給馬達(dá)，用虛線D"表示。控制器370響應(yīng)于中間重整產(chǎn)品計算流、傳感 器325檢測到的中間重整產(chǎn)品的壓力和/或流速和/或來自產(chǎn)物傳感器360 的檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)，來控制或操縱可變開度閥323。設(shè)置和/或調(diào)節(jié)閥363 的開度的指令傳送給閥，用虛線F"表示。
[86圖4是燃料處理器能生成中間重整產(chǎn)品流的各個工序的示意框 圖。圖4所示的步驟在上文中作了詳細(xì)描述，此處不再重復(fù)。圖5是示出 了從包含氫和雜質(zhì)的中間重整產(chǎn)品流生成富氫重整產(chǎn)品的方法的步驟的框 圖。該方法的步驟在上文中作了詳細(xì)描述，此處不再重復(fù)。
[87上文描述的特定實(shí)施例只是示例性的，得益于本文的啟示，本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以顯而易見地以不同但等效的方式對本發(fā)明進(jìn)行變型和實(shí) 施。而且，并不想對本文示出的結(jié)構(gòu)或設(shè)計的細(xì)節(jié)作任何限制，除下面權(quán) 利要求描述的之外。很明顯，上文描述的特定實(shí)施例的改變或變型及所有 變化都考慮進(jìn)本發(fā)明的范圍和要旨內(nèi)。因此，下面的權(quán)利要求闡述了本文 所要求保護(hù)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.制備氫的裝置包括一燃料處理器，其能夠生成一包含氫和雜質(zhì)的中間重整產(chǎn)品流；一凈化單元，其位于所述燃料處理器的下游，并且能夠從所述中間重整產(chǎn)品流中清除雜質(zhì)，以生成一富氫的重整產(chǎn)品流；一控制器，其能夠由所述燃料處理器的一處理模塊確定一中間重整產(chǎn)品計算流，并且部分地響應(yīng)于所述中間重整產(chǎn)品計算流來操縱所述凈化單元。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述燃料處理器包括一氧 化器和一重整器。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述凈化單元包括多個吸 附床和一閥組件，所述閥組件能夠有選擇地控制所述中間重整產(chǎn)品向所述 多個吸附床中的一個或多個流動。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述多個吸附床包括一從 所述中間重整產(chǎn)品流中有選擇地吸附雜質(zhì)的吸附劑。
5. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所迷凈化單元包括一能在 所述閥組件與所述多個吸附床之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的變速馬達(dá)。
6. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其還包括一產(chǎn)物傳感器，該產(chǎn)物傳感器 位于所述凈化單元下游，用于檢測所述富氫的重整產(chǎn)品和/或一貧氫的重整 產(chǎn)品，以生成檢測到的產(chǎn)物lt據(jù)，并且其中，所述控制器部分地響應(yīng)于所 述檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)來操縱所述凈化單元。
7. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其還包括一產(chǎn)物閥，該產(chǎn)物閥位于所述 凈化單元下游，用于控制所述富氫的重整產(chǎn)品流出所述凈化單元，該產(chǎn)物 閥是一可變開度閥，該可變開度閥部分地響應(yīng)于所述中間重整產(chǎn)品的計算 流被操縱。
8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其還包括， 一位于所述燃料處理器下游 的壓縮單元，該壓縮單元能夠接收所述中間重整產(chǎn)品流，并且生成一壓縮 的中間重整產(chǎn)品流，以輸送給所述凈化單元。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述壓縮單元包括一變速 或定速壓縮器；并且，所述控制器獨(dú)立于所述壓縮器速度地操縱所述凈化 單元。
10. 如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括一管道，所述管道具有一可變 開度閥，該可變開度閥能夠控制一補(bǔ)充流體通過所述管道流向所述壓縮單 元的一入口，并且其中，所述控制器部分地響應(yīng)于所述中間重整產(chǎn)品的計 算流來操縱所述可變開度閥。
11. 如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括一傳感器，其位于所述壓縮單 元上游，能夠檢測所述中間重整產(chǎn)品的壓力和/或流速，并且其中，所述可 變開度閥響應(yīng)于所述檢測到的壓力和/或流速被操縱。
12. 如權(quán)利要求ll所述的裝置，其特征在于，所述控制器部分地響應(yīng) 于所述檢測到的壓力和/或流速來操縱所述凈化單元。
13. 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括一緩沖器，其位于所述燃料處 理器和所述凈化單元中間，以緩沖所述中間重整產(chǎn)品流。
14. 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括一儲罐，其位于所述凈化單元 下游，能夠接收和儲存所述富氫的重整產(chǎn)品。
15. 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括一供給料，其輸送給所述燃料 處理器，所述供給料包括燃料、空氣、水和它們的混合物；和一供給料傳 感器，其用于檢測所述供給料，并且傳送供給料數(shù)據(jù)給所述所述控制器。
16. 制備富氫的重整產(chǎn)品的方法，該方法包括以下步驟 在一燃料處理器中生成一 包含氫和雜質(zhì)的中間重整產(chǎn)品流； 從所述中間重整產(chǎn)品中清除雜質(zhì)，以生成一富氫的重整產(chǎn)品流；由所述燃料處理器的處理模塊確定一 由所述燃料處理器產(chǎn)生的中間重 整產(chǎn)品計算流；部分地響應(yīng)于所述中間重整產(chǎn)品計算流來操縱所述凈化單元。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述凈化單元包括多個 吸附床，所述吸附床包括一吸附劑材料，所述吸附劑材料能夠有選擇地吸 收雜質(zhì)；并且，在吸附階段，通過引導(dǎo)流體穿過所述多個吸附床中的一個 或多個，從中間重整流中清除雜質(zhì)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過響應(yīng)于所述中間重 整產(chǎn)品的計算流調(diào)整所述吸附階段，所述凈化單元響應(yīng)于所述中間重整產(chǎn) 品的計算流受到操縱。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述凈化單元還包括一 閥組件，其能夠有選擇地控制所述中間重整產(chǎn)品向多個吸附床中的一個或 多個流動。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述凈化單元還包括一 變速馬達(dá)，其能在所述閥組件與所述多個吸附床之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)；并且，通 過改變馬達(dá)的速度來調(diào)整所述吸附階段。
21. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括，在一壓縮單元中壓縮所述中 間重整產(chǎn)品，以在從中清除雜質(zhì)之前生成一經(jīng)壓縮的中間重整產(chǎn)品流。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述中間重整產(chǎn)品在由 定速或變速馬達(dá)驅(qū)動的一壓縮器中受到壓縮；并且，獨(dú)立于所述壓縮器的 速度來操縱所述凈化單元。
23. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括，在從所述中間重整產(chǎn)品中清 除雜質(zhì)之前，緩沖所述中間重整產(chǎn)品流。
24. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括，檢測所述富氫的重整產(chǎn)品， 以生成檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)，并且響應(yīng)于所述檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)來操縱所述 凈化單元。
25. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括，響應(yīng)于所述中間重整產(chǎn)品計 算流來控制所述富氫的重整產(chǎn)品流流出所述凈化單元。
26. 如權(quán)利要求24所述的方法，還包括，檢測所述富氫的重整產(chǎn)品， 以生成檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)，并且響應(yīng)于所述檢測到的產(chǎn)物數(shù)據(jù)來控制所述 富氫的重整產(chǎn)品流流出所述凈化單元。
27. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括，選擇富氫重整產(chǎn)品的輸出量， 并且基于所選取的富氫重整產(chǎn)品輸出量確定所述中間重整產(chǎn)品計算流。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，從對照表中確定所述中 間重整產(chǎn)品計算流。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，還包括，響應(yīng)于所述中間重整產(chǎn)品計 算流來控制輸送給所述燃料處理器的供給料。
30.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括，選擇一種或多種供給料輸送 給所述燃料處理器，并且其中，部分地從所選定的供給料中確定所述中間 重整產(chǎn)品計算流。
全文摘要
制備氫的裝置和方法。該裝置包括燃料處理器、凈化單元和系統(tǒng)控制器。控制器確定來自燃料處理器的重整產(chǎn)品計算流并且基于該計算流操縱凈化單元。從燃料處理器的處理模塊和輸送給燃料處理器的已知供給料中獲取計算流。重整產(chǎn)品計算流用于控制重整產(chǎn)品向凈化單元內(nèi)的吸附床的流動，并且能夠用于控制裝置內(nèi)的其它物質(zhì)流。還公開了減少從燃料處理器流向凈化單元的重整產(chǎn)品的壓力和/或流速變化的方法。響應(yīng)于重整產(chǎn)品成分、壓力和/或流速的變化來調(diào)整凈化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)以保持所制氫的純度。
文檔編號B01D53/02GK101102829SQ200580046776
公開日2008年1月9日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者B·巴拉蘇布拉馬尼安, V·R·米爾科維奇, W.·斯潘塞·惠特, 孫宏橋 申請人:德士古發(fā)展公司