[发明专利]制氢装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求题为“制氢装置”的美国专利申请序列号61/600096的优先权，该申请通过引用并入本文。

背景技术

制氢装置是将一种或多种原料反转为包含氢气作为主要组分的产品流的装置。所述原料可包含含碳原料，并且在某些实施方式中还可包含水。原料可从原料递送系统递送至制氢装置的产氢区，通常原料在压力和升高温度下递送。产氢区通常与诸如加热装置或冷却装置的温度调节装置相连，所述温度调节装置消耗一个或多个燃料流将产氢区保持在合适温度范围以有效生产氢气。制氢装置可经由任何合适机制制氢，诸如蒸汽重整、自热重整、热解和/或催化部分氧化。

然而，所制得或生产的氢气可能具有杂质。该气体可称为含有氢气和其它气体的混合气流。在使用所述混合气流之前，其必需被纯化以便诸如去除至少一部分其它气体。因此，制氢装置必需包含提高混合气流的氢纯度的氢纯化设备。氢纯化设备可包含至少一个氢-选择性膜以将混合气流分离为产品流和副产品流。产品流含有来自混合气流的较高浓度的氢气和/或较低浓度的一种或多种其它气体。使用一个或多个氢-选择性膜的氢纯化是压力驱动的分离方法，其中所述一个或多个氢-选择性膜被包含在压力容器中。混合气流接触膜的混合气体表面，并且由渗透通过膜的混合气流的至少一部分形成产品流。压力容器通常被密封以防止气体通过所限定的入口和出口或者输入导管和输出导管进入或离开该压力容器。

产品流可用于多种用途。一种这样的用途是能源生产，诸如在电化学燃料电池。电化学燃料电池是将燃料和氧化剂反转为电、反应产品和热的设备。例如，燃料电池可将氢和氧反转为水和电。在那些燃料电池中，氢是燃料，氧是氧化剂，水是反应产品。燃料电池堆包括多个燃料电池，并且可与制氢装置一起使用以提供能源生产装置。

制氢装置、氢处理装置和/或那些装置的部件的实例在美国专利5,861,137、6,319,306、6,494,937、6,562,111、7,063,047、7,306,868、7,470,293、7,601,302、7,632,322；美国专利申请公开号2006/0090397、2006/0272212、2007/0266631、2007/0274904、2008/0085434、2008/0138678、2008/0230039、2010/0064887；和美国专利申请序列号13/178,098中描述。上述专利和专利申请公开的全部公开内容通过引用在此并入本文用于所有目的。

发明内容

一些实施方式可提供制氢装置。在一些实施方式中，制氢装置可包括构造为接收进料流并从该进料流制备产品氢流的燃料加工装置。制氢装置还可包括构造为将进料流输送至燃料加工装置的进料装置。进料装置可包括构造为容纳该进料流的原料的进料槽和流体连通进料槽与燃料加工装置的进料导管。进料装置还可包括构造为将进料流以多个流速经进料导管输送至燃料加工装置的泵。制氢装置还可包括控制系统。该控制系统可包括构造为检测泵下游处进料导管中的压力的进料传感器。控制系统还可包括构造为根据进料导管中的检测压力从所述多个流速选择流速并在该选定流速下操作该泵的泵扩展器。

在一些实施方式中，制氢装置可包括构造为接收进料流并从该进料流制备产品氢流的燃料加工装置。制氢装置还可包括构造为收纳至少一个加压气体容器的加压气体装置，所述加压气体构造为清洗燃料加工装置。制氢装置还可包括构造为流体连通加压气体装置与燃料加工装置的清洗导管。制氢装置还可包括清洗阀装置，其构造为当燃料加工装置的电源被中断时使至少一个加压气体自加压气体装置流动通过清洗导管。

在一些实施方式中，制氢装置可包括构造为接收进料流并且在多种模式中可操作的燃料加工装置，所述多种模式包括燃料加工装置自进料流制备产品氢流的运行模式以及燃料加工装置不从进料流制备产品氢流的待机模式。制氢装置还可包括构造为容纳产品氢流的缓冲槽以及流体连通燃料加工装置与缓冲槽的产品导管。制氢装置还可包括构造为检测缓冲槽中的压力的槽传感器和构造为至少部分根据缓冲槽中的压力在运行模式与待机模式之间操作燃料加工装置的控制装置。