制氢装置和氢纯化设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了制氢装置、氢纯化设备及其组件。在一些实施方式中，所述设备可包括带有具有第一和第二膜支撑板的膜支撑结构的渗透框架，所述第一和第二膜支撑板不含穿孔，并且包含多个构造为提供用于至少一部分渗透物流的流道的微槽。在一些实施方式中，所述装置可包括流体连通缓冲罐与重整产物导管的回流导管、构造为控制回流导管中流动的回流阀装置以及构造为至少部分基于所检测到的缓冲罐中压力在运行模式和待机模式之间操作燃料处理装置并构造为当燃料处理装置处于待机模式时指示回流阀装置允许产品氢物流从缓冲罐流向重整产物导管的控制装置。

Hydrogen production plant and hydrogen purification equipment

The invention discloses a hydrogen production device, a hydrogen purification equipment and a component thereof. In some embodiments, the apparatus may include a frame with a permeable membrane supporting structure has a first and a second film of the supporting plate, the first and the second film support plate without perforation, and comprises a plurality of structure is provided for at least part of the micro channel logistics channel penetration. In some embodiments, the device may include a return conduit in fluid communication with the buffer tank structure, reforming product for the control of the backflow valve catheter device flows in the conduit and the pressure of the buffer tank structure is at least in part based on the detected between the operation mode and standby mode operation of the fuel processing device and configured when control device for fuel processing device is in the standby mode when the indicating device allows the return valve products logistics hydrogen from the buffer tank flow reformate conduit.

【技术实现步骤摘要】
制氢装置和氢纯化设备本申请是申请日为2014年3月3日，申请号为201480015413.5，专利技术名称为“制氢装置和氢纯化设备”的中国专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2013年3月14日提交的名为“制氢装置和氢纯化设备”的美国专利申请序列号13/829,766的优先权。上述申请的全部公开内容在此通过引用并入用于所有目的。
本专利技术涉及一种制氢装置和氢纯化设备。
技术介绍
制氢装置是将一种或多种原料转化为包含氢气作为主要组分的产品物流的装置。所述原料可包括含碳原料，并且在一些实施方式中还可包括水。将原料从原料递送系统递送到制氢装置的产氢区中，且原料通常在压力和升高温度下递送。所述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关联，后者消耗一种或多种燃料物流以将产氢区保持在有效产生氢气的合适温度范围内。所述制氢装置可经由合适的机制(诸如蒸汽重整、自热重整、热解和/或催化部分氧化)生成氢气。然而，所生成或产生的氢气可能具有杂质。该气体可被称为包含氢气和其它气体的混合气体物流。在使用该混合气体物流之前，其必须被纯化，诸如去除至少一部分其它气体。因此，制氢装置可包括用于提高混合气体物流的氢纯度的氢纯化设备。氢纯化设备可包括至少一个将混合气体物流分离为产品物流和副产品物流的氢选择性膜。所述产品物流含有较高浓度的氢气和/或较低浓度的来自混合气体物流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型分离方法，其中一个或多个氢选择性膜被收纳在压力容器中。混合气体物流与膜的混合气体表面接触，且产品物流由渗透通过该膜的混合气体物流的至少一部分形成。压力容器通常被密封以防止气体除了通过所限定的输入口和输出口部分或导管之外进入或离开该压力容器。产品物流可用于多种应用中。一种这样的应用是能源生产，诸如在电化学燃料电池中。电化学燃料电池是将燃料和氧化剂转化为电力、反应产物和热的设备。例如，燃料电池可将氢和氧转化为水和电力。在那些燃料电池中，氢是燃料，氧是氧化剂，水是反应产物。燃料电池堆包含多个燃料电池，并且可与制氢装置一起使用以提供能源生产装置。制氢装置和/或那些装置的组件的例子在以下文献中描述：美国专利号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2013/0011301。上述专利和专利申请公开的全部公开内容在此通过引用并入用于所有目的。
技术实现思路
一些实施方式可提供氢纯化设备。在一些实施方式中，所述氢纯化设备可包括第一和第二端框架(endframes)。所述第一和第二端框架可包括构造为接收包含氢气和其它气体的混合气体物流的输入口以及构造为接收与混合气体物流相比包含较高浓度的氢气和较低浓度的其它气体中的至少一种的渗透物流的输出口。所述第一和第二端框架可额外包含构造为接收包含至少大部分其它气体的副产品物流的副产品口。所述氢纯化设备可额外包含至少一个布置在第一和第二端框架之间并固定于其上的氢选择性膜。所述至少一个氢选择性膜可具有进料侧和渗透侧，至少一部分渗透物流由从进料侧穿过到渗透侧的混合气体物流的一部分形成，而留在进料侧的混合气体物流的其余部分形成副产品物流的至少一部分。所述氢纯化设备可还包括布置在第一和第二端框架与至少一个氢选择性膜之间并固定在第一和第二端框架上的多个框架。所述多个框架可包括布置在至少一个氢选择性膜与第二端框架之间的至少一个渗透框架。所述至少一个渗透框架可包括外周壳体(peripheryshell)和形成于该外周壳体上并构造为接收至少一部分来自所述至少一个氢选择性膜的渗透物流的输出导管。所述至少一个渗透框架可额外包含被所述外周壳体所围绕的开放区和跨越至少大部分所述开放区并构造为支撑至少一个氢选择性膜的的至少一个膜支撑结构。所述至少一个膜支撑结构可包括第一和第二膜支撑板。所述第一和第二膜支撑板中的每个都不含穿孔。所述第一和第二膜支撑板中的每个均可包括具有多个构造为提供用于所述至少一部分渗透物流的流道的微槽(microgrooves)的第一面和与该第一面相对的第二面。所述第一和第二膜支撑板可在所述至少一个膜支撑结构中堆叠为使得第一膜支撑板的第二面面对第二膜支撑板的第二面。一些实施方式可提供制氢装置。在一些实施方式中，所述制氢装置可包括燃料处理装置，其构造为接收进料物流并且可以多种模式运行。所述多种模式可包括：其中所述燃料处理装置从进料物流产生产品氢物流的运行模式，以及其中所述燃料处理装置不从进料物流产生产品氢物流的待机模式。所述燃料处理装置可包括：包含重整催化剂并且构造为接收进料物流和产生重整产物物流的产氢区，以及构造为接收重整产物物流并从该重整产物物流产生至少一部分产品氢物流和副产品物流的一个或多个氢选择性膜。所述燃料处理装置还可包括流体连通产氢区与一个或多个氢选择性膜的重整产物导管。所述制氢装置可额外包含：构造为包含产品氢物流的缓冲罐，以及流体连通燃料处理装置和缓冲罐的产品导管。所述制氢装置还可包括：流体连通缓冲罐和重整产物导管的回流导管，以及构造为检测缓冲罐中压力的罐传感器装置。所述制氢装置可额外包含：构造为至少部分根据所检测到的缓冲罐中的压力在运行模式和待机模式之间运行燃料处理装置的控制装置，以及构造为控制回流导管中的流动的回流阀装置，所述控制装置构造为当燃料处理装置处于待机模式时指导回流阀装置允许产品氢物流从缓冲罐流向重整产物导管。附图说明图1是制氢装置的例子的示意图。图2是制氢装置的另一个例子的示意图。图3是图1的制氢装置的氢纯化设备的示意图。图4是图3的氢纯化装置的例子的分解等轴视图。图5是图4的氢纯化设备的渗透框架和微孔筛网结构的例子的顶视图。图6是图4的氢纯化设备的部分剖视图，显示了进料框架的外周壳体、氢选择性膜、微孔筛网结构、渗透框架的外周壳体和渗透框架的膜支撑结构。图7是图4的氢纯化设备的渗透框架的外周壳体的另一个例子的部分剖视图。图8是图4的氢纯化设备的渗透框架的膜支撑结构的膜支撑板的例子的等轴视图。图9是图4的氢纯化设备的膜支撑结构的另一个例子的剖视图。图10是图1的制氢装置的另一个例子的部分示意图。图11是图1的制氢装置的又一个例子的部分示意图。图12是图1的制氢装置的再一个例子的部分示意图。具体实施方式图1显示了制氢装置20的例子。除非具体排除，所述制氢装置可包括本公开中描述的其它制氢装置的一种或多种组件。所述制氢装置可包括任何构造为生成产品氢物流21的合适结构。例如，所述制氢装置可包括原料递送系统22和燃料处理装置24。所述原料递送系统可包括任何构造为将至少一个进料物流26选择性递送到燃料处理装置的合适结构。在一些实施方式中，原料递送系统22可额外包含任何构造为将至少一个燃料物流28选择性递送至燃料处理装置24的燃烧器或其它加热装置的合适结构。在一些实施方式中，进料物流26和本文档来自技高网...

【技术保护点】
氢纯化设备，包括：第一和第二端框架，其包括：输入口，其构造为接收包含氢气和其它气体的混合气体物流；输出口，其构造为接收与所述混合气体物流相比包含较高浓度的氢气和较低浓度的所述其它气体中至少一个的渗透物流；和副产品口，其构造为接收包含至少大部分所述其它气体的副产品物流；至少一个氢选择性膜，其布置在所述第一和第二端框架之间并固定于其上，所述至少一个氢选择性膜具有进料侧和渗透侧，所述渗透物流的至少一部分由所述混合气体物流的从所述进料侧穿过到所述渗透侧的部分形成，且留在所述进料侧的所述混合气体物流的其余部分形成所述副产品物流的至少一部分；和多个框架，其布置在所述第一和第二端框架与所述至少一个氢选择性膜之间，并固定于所述第一和第二端框架上，所述多个框架包括布置在所述至少一个氢选择性膜与所述第二端框架之间的至少一个渗透框架，所述至少一个渗透框架包括：外周壳体，输出导管，其形成于所述外周壳体上并构造为接收来自所述至少一个氢选择性膜的渗透物流的所述至少一部分，开放区域，其被所述外周壳体所围绕，和至少一个膜支撑结构，其跨越至少大部分所述开放区域，并且构造为支撑所述至少一个氢选择性膜，所述至少一个膜支撑结构包括第一和第二膜支撑板，所述第一和第二膜支撑板中的每个均不含穿孔，并且具有：第一面，其具有多个构造为提供用于所述渗透物流的所述至少一部分的流道的微槽，和第二面，其与所述第一面相对，其中所述第一和第二膜支撑板在所述至少一个膜支撑结构中堆叠为使得所述第一膜支撑板的第二面面对所述第二膜支撑板的第二面。...

【技术特征摘要】
2013.03.14 US 13/829,7661.氢纯化设备，包括：第一和第二端框架，其包括：输入口，其构造为接收包含氢气和其它气体的混合气体物流；输出口，其构造为接收与所述混合气体物流相比包含较高浓度的氢气和较低浓度的所述其它气体中至少一个的渗透物流；和副产品口，其构造为接收包含至少大部分所述其它气体的副产品物流；至少一个氢选择性膜，其布置在所述第一和第二端框架之间并固定于其上，所述至少一个氢选择性膜具有进料侧和渗透侧，所述渗透物流的至少一部分由所述混合气体物流的从所述进料侧穿过到所述渗透侧的部分形成，且留在所述进料侧的所述混合气体物流的其余部分形成所述副产品物流的至少一部分；和多个框架，其布置在所述第一和第二端框架与所述至少一个氢选择性膜之间，并固定于所述第一和第二端框架上，所述多个框架包括布置在所述至少一个氢选择性膜与所述第二端框架之间的至少一个渗透框架，所述至少一个渗透框架包括：外周壳体，输出导管，其形成于所述外周壳体上并构造为接收来自所述至少一个氢选择性膜的渗透物流的所述至少一部分，开放区域，其被所述外周壳体所围绕，和至少一个膜支撑结构，其跨越至少大部分所述开放区域，并且构造为支撑所述至少一个氢选择性膜，所述至少一个膜支撑结构包括第一和第二膜支撑板，所述第一和第二膜支撑板中的每个均不含穿孔，并且具有：第一面，其具有多个构造为提供用于所述渗透物流的所述至少一部分的流道的微槽，和第二面，其与所述第一面相对，其中所述第一和第二膜支撑板在所述至少一个膜支撑结构中堆叠为使得所述第一膜支撑板的第二面面对所述第二膜支撑板的第二面。2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二膜支撑板是不可压缩的和平的。3.如权利要求1所述的设备，其中所述多个框架包括至少一个布置在所述第一端框架与所述至少一个氢选择性膜之间的进料框架，所述至少一个进料框架还包括：外周壳体，输入导管，其形成于所述至少一个进料框架的外周壳体上并构造为接收来自所述输入口的至少一部分混合气体物流，输出导管，其形成于所述至少一个进料框架的外周壳体上并构造为接收留在所述至少一个氢选择性膜的进料侧的所述至少一部分混合气体物流的其余部分，和进料框架开放区，其被所述进料框架的外周壳体所围绕并且布置在输入导管和输出导管之间，其中所述至少一个进料框架的外周壳体的尺寸为使得所述至少一个进料框架的外周壳体沿垂直于所述多个框架中的每个框架的框架平面的多个支撑平面支撑所述至少一个渗透框架的外周壳体和所述至少一个膜支撑结构的一部分。4.如权利要求1所述的设备，其中所述多个框架还包括布置在所述至少一个氢选择性膜与所述至少一个渗透框架之间并构造为支撑所述至少一个氢选择性膜的至少一个微孔筛网结构，其中所述至少一个微孔筛网结构包括构造为对所述渗透侧提供支撑的大体相对的表面和在该相对的表面之间延伸的多个流体通路，所述至少一个微孔筛网结构的尺寸使得当所述至少一个微孔筛网结构和所述至少一个渗透框架被紧固到所述第一和第二端框架时该至少一个微孔筛网结构不接触所述至少一个渗透框架的外周壳体。5.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个膜支撑结构还包括布置在所述第一和第二膜支撑板之间的第三膜支撑板。6.如权利要求5所述的设备，其中所述第三膜支撑板是不可压缩的，平的，并且不含穿孔及微槽的。7.如权利要求1所述的设备，其中所述渗透框架的外周壳体包括第一和第二外周壳体以及布置在所述第一和第二外周壳体之间的衬垫。8.如权利要求7所述的设备，其中所述衬垫构造为使得当所述渗透框架被紧固到所述第一和第二端框架时，所述渗透框架的外周壳体的厚度匹配于所述膜支撑结构的厚度。9.如权利要求1所述的设备，其中所述渗透框架的外周壳体包括第一、第二和第三外周壳体，布置在所述第一和第二外周壳体之间的第一衬垫，以及布置在所述第二和第三外周壳体之间的第二衬垫。10.如权利要求9所述的设备，其中所述第一和第二衬垫构造为使得当所述渗透框架被紧固于所述第一和第二端框架时，所述渗透框架的外周壳体的厚度匹配于所述膜支撑结构的厚度。11.如权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二膜支撑板各自具有相对的第一和第二边缘，其中所述多个微槽从所述第一边缘延伸到所述第二边缘。12.如权利要求11所述的设备，其中所述多个微槽彼此平行。13.制氢装置，包括：燃料处理装置，其构造为接收进料物流并且能以多个模式运行，所述多个模式包括其中所述燃料处理装置从所述进料物流产生产品氢物流的运行模式和其中所述燃料处理装置不从所述进料物流产生产品氢物流的待机模式，所述燃料处理装置包括：产氢区，其包含重整催化剂并构造为接收所述进料物流和产生重整产物物流，一个或多个氢选择性膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ埃德伦德，
申请(专利权)人：埃利门特第一公司，
类型：发明
国别省市：美国,US