一种加氢站氢气质量在线检测控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种加氢站氢气质量在线检测控制系统，涉及加氢站领域，包括通过管道连接的氢气源、压缩机组、储氢装置和加氢机，还包括在线检测单元，在线检测单元分别在氢气源、储氢装置和加氢机设置有1个或者多个采样点，通过采样点采集氢气样本，根据氢气样本来源选择所需检测的杂质项目对氢气样本进行质量检测分析；氢气源、储氢装置和加氢机上还设置有阀门，在线检测单元根据各个采样点的氢气样本质量分析结果联锁控制相应阀门开关以及压缩机组的工作状态。本发明专利技术针对氢气来源选择检测杂质项，精准检测，省时省力，对加氢站卸载和充装氢气整个过程进行全方面的氢气质量监测，避免有质量问题的氢气进入下游设备和加氢车辆。免有质量问题的氢气进入下游设备和加氢车辆。免有质量问题的氢气进入下游设备和加氢车辆。

【技术实现步骤摘要】
一种加氢站氢气质量在线检测控制系统


[0001]本专利技术涉及加氢站领域，特别是一种加氢站氢气质量在线检测控制系统。

技术介绍

[0002]氢能源是公认的清洁能源，而且氢气热值是常见燃料中最高的，约是石油的3倍和煤炭的4.5倍，因此氢能源汽车在减少空气污染、减少温室气体排放和降低对传统能源的依赖性等方面具有突出的优势，加氢站是给燃料电池汽车提供氢气的燃气站，随着氢能源的发展，加氢站的建设逐步加快。
[0003]随着氢能产业的迅速发展，氢气质量检测技术和相关标准的重要性愈发凸显；众所周知，氢气中个别杂质组分对于燃料电池的性能以及寿命有着及其严重的影响，而燃料电池是燃料电池车的核心所在。此外，氢气中的杂质还会损害加氢站的各个关键核心设备，如压缩机、流量计和控制阀等，影响加氢站的稳定可靠运行。因此需要完善氢气质量检测技术，定期并实时检测加氢站的氢气品质，为加氢站的可靠运行，以及燃料电池车辆的性能提供可靠保障。
[0004]我国已经发布了GB/T37244
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2018《质子交换膜燃料电池汽车用氢气》标准中规定了适用于质子交换膜燃料电池车用氢气的品质要求，定义了14种杂质成分有要求范围。但由于氢气中各杂质组分分析技术要求高，价格贵，我国燃料电池车的燃料氢气习惯性的直接采用GB/T3634.2
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2011《氢气第二部分：纯氢、高纯氢和超纯氢》作为质量控制标准，虽然该标准相较于GB/T37244氢气的纯度要求更高，但对影响燃料电池的关键组分却未规定其含量，例如甲酸、甲醛、总卤化物、总硫以及颗粒物浓度都没有规定。加氢站氢气的质量的检测是非常有必要，且具有重要的实际意义，此外，工业制氢的方式多样，不同的制氢方式生产的氢气，其杂质含量和组成液不同，目前工业制氢主要有以下几种方法：
[0005]化石燃料制氢：传统的制氢方法，可通过蒸汽重整、氧化重整和自热重整等处理烃类或含碳材料获得；重整产品中除H2外还包括CO、CO2等杂质气体。煤制氢是国内制取工业氢的主流路线，以煤和O2为主要原料，通过气化反应制取粗合成气，通过变换工艺把粗合成气中的水蒸气和CO转化为H2和CO2，变换气再经酸性气体脱除工艺脱除CO2、H2S和羰基硫(COS)等，净化气送至变压吸附(PSA)进行提纯，生产出H2产品；氢气产品中可能的杂质有：H2O、CO、CO2，硫，烃类等。
[0006]焦炉气制氢：焦炉气是焦炭生产过程中的副产品，焦炉煤气组成中含H2体积分数55～60％，CH4体积分数23～27％，CO体积分数6～8％等，使用PSA进行变压吸附脱除萘、烃类和硫等杂质，可以将焦炉煤气中的H2提纯，生产出满足燃料电池用的合格H2。氢气产品中可能的杂质有：H2O，CO、CO2，甲烷，硫和烃类等。
[0007]氯碱制氢：氯碱行业基本采用离子膜电解路线，副产H2，纯度一般在99％以上，CL2、CO含量较低且无化石燃料中的有机硫和无机硫。氢气产品中可能的杂质有：H2O、CO和CL2。
[0008]丙烷脱氢裂解：粗H2的纯度可高达99.8％，而其中O2、H2O、CO和CO2的含量与燃料
电池用H2规格较为接近，仅总硫含量超出，只需较小的成本对其净化便可作为燃料电池的稳定氢源使用；氢气产品中可能的杂质有：H2O、CO、CO2，甲烷，硫和烃类等。
[0009]甲醇重整制氢：工艺使用甲醇和脱盐水为原料，在220～280℃下催化重整，甲醇的单程转化率可达99％以上，H2的选择性高达99.5％，转化气中除了H2和CO2以外仅有微量CH4和CO，通过变压吸附后可获得纯度为99.999％的H2，CO的体积分数低于0.0005％，氢气产品中可能的杂质有：H2O、CO、CO2和甲烷等。
[0010]电解水制氢是一种高清洁、可持续的制氢方式，电解水获得的H2纯度较高，可以直接用于燃料电池汽车，但是目前电解水制氢受制于较高的成本而难以大规模运用，可以利用可再生自然能源制氢，有利于电解水制氢产业的发展；氢气产品中可能的杂质有：H2O、CO、CO2和甲烷等。
[0011]针对目前国内外燃料氢的现行产品质量标准GB/T 37244
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2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》和ISO 14687:2019“Hydrogen fuel quality—Product specification”的需求，需要严格控制燃料氢中14种气体杂质的含量；如果同时检测所有14种杂质，耗时耗力，并且成本高，因此需要提出一种根据氢气的生产来源，有选择性的在线检测氢气的杂质的方法，以降低运行成本。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于：提出一种加氢站氢气质量在线检测控制系统，分别在氢气源、储氢装置和加氢机设置采样点采集氢气样本，根据氢气样本来源选择所需检测的杂质项目对氢气样本进行质量检测分析，而不必对氢气样本进行全部杂质项目检测，精准检测，省时省力，以解决
技术介绍
中需要同时检测多种杂质导致耗时耗力的问题，同时通过在线检测单元对加氢站卸载和充装氢气整个过程进行全方面的氢气质量监测，避免有质量问题的氢气进入下游设备和加氢车辆，为加氢站的可靠运行，以及燃料电池车辆的性能提供可靠保障。
[0013]本专利技术采用的技术方案如下：
[0014]本专利技术是一种加氢站氢气质量在线检测控制系统，包括通过管道连接的氢气源、压缩机组、储氢装置和加氢机，还包括在线检测单元，
[0015]在线检测单元用于实时监测氢气质量，在线检测单元分别在氢气源、储氢装置和加氢机设置有1个或者多个采样点，在线检测单元通过采样点采集氢气样本，根据氢气样本来源选择所需检测的杂质项目对氢气样本进行质量检测分析；
[0016]氢气源、储氢装置和加氢机上还设置有阀门，所述在线检测单元与阀门控制连接，在线检测单元根据各个采样点的氢气样本质量分析结果联锁控制相应阀门开关以及压缩机组的工作状态，从而控制氢气卸载或者加注。
[0017]进一步的，所述氢气源包括氢气管束车以及卸气柱，氢气管束车用于提供氢气，卸气柱用于卸载氢气管束车上的氢气，所述氢气管束车的氢气输出端通过管道与卸气柱连接，所述卸气柱的输出端通过管道与压缩机组的输入端连接，所述氢气管束车输出端的管道上设置有阀门V1，所述卸气柱上设置有采样点SP01，在线检测单元根据采样点SP01采集的氢气样本进行质量分析，并根据分析结果控制阀门V1开关以及压缩机组的工作状态。
[0018]进一步的，所述储氢装置包括若干储氢瓶，储氢瓶的输入端通过管道连接压缩机
组，储氢瓶的输出端通过管道连接加氢机，压缩机组输出的氢气充装到储氢瓶中，储氢瓶输出氢气加注到加氢机，在储氢瓶的输入输出管道上设置阀门V2和采样点SP02，在线检测单元根据采样点SP02采集的氢气样本进行质量分析，并根据分析结果控制阀门V2开关以及压缩机组的工作状态。
[0019]进一步的，所述加氢机的输入端通过管道连接压缩机组和储氢装置，所述加氢机通过管道以及加氢枪直接输出氢气至氢气燃料电池车，所述加氢机上设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加氢站氢气质量在线检测控制系统，包括通过管道连接的氢气源(1)、压缩机组(2)、储氢装置(3)和加氢机(4)，其特征在于：还包括在线检测单元(5)，在线检测单元(5)用于实时监测氢气质量，在线检测单元(5)分别在氢气源(1)、储氢装置(3)和加氢机(4)设置有1个或者多个采样点，在线检测单元(5)通过采样点采集氢气样本，根据氢气样本来源选择所需检测的杂质项目对氢气样本进行质量检测分析；氢气源(1)、储氢装置(3)和加氢机(4)上还设置有阀门，所述在线检测单元(5)与阀门控制连接，在线检测单元(5)根据各个采样点的氢气样本质量分析结果联锁控制相应阀门开关以及压缩机组(2)的工作状态，从而控制氢气卸载或者加注。2.根据权利要求1所述的一种加氢站氢气质量在线检测控制系统，其特征在于：所述氢气源(1)包括氢气管束车(11)以及卸气柱(12)，氢气管束车(11)用于提供氢气，卸气柱(12)用于卸载氢气管束车(11)上的氢气，所述氢气管束车(11)的氢气输出端通过管道与卸气柱(12)连接，所述卸气柱(12)的输出端通过管道与压缩机组(2)的输入端连接，所述氢气管束车(11)输出端的管道上设置有阀门V1，所述卸气柱(12)上设置有采样点SP01，在线检测单元(5)根据采样点SP01采集的氢气样本进行质量分析，并根据分析结果控制阀门V1开关以及压缩机组(2)的工作状态。3.根据权利要求1所述的一种加氢站氢气质量在线检测控制系统，其特征在于：所述储氢装置(3)包括若干储氢瓶，储氢瓶的输入端通过管道连接压缩机组(2)，储氢瓶的输出端通过管道连接加氢机(4)，压缩机组(2)输出的氢气充装到储氢瓶中，储氢瓶输出氢气加注到加氢机(4)，在储氢瓶的输入输出管道上设置阀门V2和采样点SP02，在线检测单元(5)根据采样点SP...

【专利技术属性】
技术研发人员：许慎启，何滔，张杰，陈丽娟，龚玺，
申请(专利权)人：液空厚普氢能源装备有限公司，
类型：发明
国别省市：