用于除去气态流中的氢/氧的系统技术方案

根据本发明专利技术的一个实施例，提供了一种用于去除气流中的氢/氧的化合器，所述化合器包括：能够容纳气态流的管道，该管道适于将气态流输送至催化活性结构（CAS），该CAS：与大部分气态流接触，具有壳体和入口，该入口连接到管道，以及出口，用于在再结合后除去气态流；和第二管道，其连接到CAS的出口，用于将气态流输送离开化合器。在本发明专利技术的第二实施例中，CAS容纳在电化学电池内。化学电池内。化学电池内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于除去气态流中的氢/氧的系统


[0001]本专利技术涉及用于在至少包含一些氧的气流中去除氢的装置和方法。本专利技术旨在与来自电解器的含氧输出一起使用，但不必限于此。

技术介绍

[0002]氢具有很多用途，从能量储存到化肥生产。氢可以从许多来源获得，这些来源通常被赋予颜色。灰色氢来自天然气或石油等化石燃料。蓝色氢通过与灰色氢相似的碳捕获技术获得。绿色氢是在没有碳排放情况下获得的，通常通过利用可再生能源和电解器来实现。其中一些来源，如蓝色来源和灰色来源，由于明显的原因是不可取的。因此，需要能够以可靠和可持续的方式生产氢。
[0003]电解器是用电化学方法分解水来产生氢和氧的装置。电解器通常属于目前可用的三种主要技术之一，即阴离子交换膜（AEM），质子交换膜（PEM）和液体碱性系统。液体碱性系统是一个多世纪以来已知的最成熟的技术。PEM系统也已经建立，并已经商用了数十年。AEM电解器是一种相对较新的技术。其他技术例如固体氧化物电解也是可行的。
[0004]操作电解器在压力下产生氢是可能的，特别是AEM系统。在压力下操作的结果是潜在的氢交叉。如果发生或存在点火源，则包含氧的流中存在氢气尤其令人担忧。
[0005]目前，降低风险的方法有很多种，例如通过确保出口处充分通风来减少氢水平超过潜在危险限值的可能性。其他选择包括在较低的阴极压力下操作，这对所使用的压缩系统提出了更高的要求，或者使用更厚的膜。改变这些参数可能会对电解器或更广泛系统的效率产生负面影响。
[0006]在PEM电解器中，已经有文献记载了将再结合体散布在整个膜中。但这可能降低总体效率，并不适用于所有电化学装置。由于阳极电位和较高的pH值，文献中公开的这种方法不适用于使用AEM的电化学装置。因此，发现AEM电化学装置需要一种新的方法。
[0007]氢和氧可以在各种情况下混合。这可能是有问题的，因为在氢氧混合物中，氢在4％至75％（体积）的范围内是可燃的。氢在18.3％和59％（体积）范围时这种混合物能够在氧中引爆。本专利技术可以应用于任何这样的情况，以确保可能超过危险阈值的混合物的安全性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种改进的装置和方法，用于在至少包含一些氧的气态流中去除氢。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，提供了一种化合器装置，用于在使用中去除主要由氧组成的主气流中的杂质氢，或者相反，所述化合器装置包括：催化活性结构（CAS），其包含具有入口和出口的壳体；第一管道和排气管，所述第一管道连接到所述入口，用于将所述主气流输送入所述壳体以使所述主气流从所述入口流到所述出口，所述排气管用于将所述主气流输送离开
所述壳体；所述CAS还包括结构元件，所述结构元件包括能操作以将氢和氧结合而形成水的催化材料，所述结构元件位于所述壳体内，部分地位于所述入口和所述出口之间，并横跨所述壳体的横截面的绝大部分，使得在使用中，所述主气流流过所述壳体。
[0010]本文所用的术语“管”、“管道”用于包括但不限于管道系统，所述管道系统包括由各种材料如铜、不锈钢、聚合物/塑料和铝制成的管路。管道或管路是指覆盖气体或流体的传输的任何和所有装置。
[0011]本文所用的术语“气流”和“气态流”用于包括至少包含氢和氧的任何气态流。或者，也可以使用术语“流体”。根据流的性质，应该可以通过其他适当的方法来清楚其他可能的杂质。气态物可以包含与气体任意组合的蒸气和/或液体。在优选的应用中，水是最可能的。
[0012]本文所用的术语“入口”和“出口”用于包括更传统的入口/出口，例如通向或来自壳体的管道。另外，该两个术语还用于包括流体从系统的该部分进入或离开的任何位置或装置。
[0013]本文所用的术语“催化活性结构”（CAS）用于包括但不限于因催化剂的存在而具有催化活性的任何表面或结构。这样的表面包括膜、布、结构或等同物。优选的实施方案是催化床反应器、催化转化器、催化燃烧器或其他名称。
[0014]在本文中，所指的氢/氧用于包括氧或氢的存在，这取决于化合器的应用。在具有电解器的优选应用中使用的化合器可用于从来自阳极的主要含氧的流中去除氢，或从来自阴极的主要含氢的流中去除任何可能存在的氧。通常，气态流的少数成分会被去除。
[0015]本文所用的术语“燃烧”用于包括但不限于氢和氧的再结合（复合）。燃烧可与其他术语如再结合可互换使用。一般来说，在优选的应用中指的是氢的去除，相对于氧，它会是少量的氢。
[0016]本文所用的术语“除雾器”和“除沫器”可互换使用。垫的使用并不一定是为了限制除雾器的几何形状。
[0017]在本专利技术的优选实施例中，CAS容纳在基本封闭的壳体中，唯一的入口是通过本文所述的入口管和出口管。周围空气或其他流体不能能渗透到壳体中。
[0018]本专利技术旨在利用包含氢和氧的气态流来工作。优选地，气态流中的主要成分是氧或氢。更优选地，杂质（或“少数”）气体占气态流的0.1％－50％，更优选为0.1％－20％，甚至更优选为0.1％－10％。在正常工作期间，预计该比例在0.01％至5％之间。例如，组合物包含90％的氧气和10％的氢气，99.9％的氧气和0.1％的氢气，以及两者之间的任何范围；反之亦然。为了完全去除杂质气体，假定只有氢和氧，该组成受限于反应的化学计量。在一些情况下，杂质气体可能超过50％，尽管这种情况是不期望的。
[0019]通过改变组分（如催化剂），本专利技术可适于在各种温度下工作。在优选实施例中，温度高于室温（20℃）且低于120℃；更优选地，温度在60℃与110℃之间；仍更优选地，温度在70℃和100℃之间，以大约90℃为中心。值得注意的是，由于反应的放热性质、可选的隔绝状态以及环境温度的变化，CAS的温度可能会更高。这样的测量可以用来指示不正确的操作。
[0020]在一些实施例中，为了使CAS重新组合气体，可能需要存在最低水平的杂质气体。一优选实施例提供了用于供给发生再结合所需数量的气体的装置。这种装置包括气体再循
环，或在化合器之前使用贮存器，或二者的组合。
[0021]在一实施例中，化合器下游的气态流可以再循环。再循环可以是自动的，也可以由下游的氢/氧传感器控制，该传感器在氢/氧升高的情况下激活再循环。其他传感器，诸如温度或湿度传感器，可作为氢/氧传感器的替代来使用和校准。
[0022]在氢气是杂质气体的另一实施例中，可以设想金属氢化物或其他适合吸附杂质的材料存在于CAS处或之前。当氢吸附到金属氢化物上时，可以减轻杂质的排放，直到氢化物吸附达到峰值。可以通过氢化物的热循环或压力循环来释放氢。这种循环可以基于运行时间，并以预定的间隔进行，或者利用上文所述的在化合器的下游的传感器来触发释放吸附的氢的方法。
[0023]在使用金属氢化物作为氢储器的实施例中，降低压力来触发吸附氢的释放。对于具有热调节的实施例，增加温度来触发吸附氢的释放。
[0024]氢和氧重新结合/再结合的产物是水。过量的水可能会导致CAS溢流。反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种化合器装置，用于在使用中从主要含氧的主气流去除杂质氢或者从主要含氢的主气流去除杂质氧，其特征在于，所述化合器装置包括：催化活性结构CAS，其包含具有入口和出口的壳体；第一管道，其连接到所述入口，用于将主气流输送入所述壳体以使该主气流从所述入口流到所述出口；排气管，用于将所述主气流输送离开所述壳体；所述CAS还包括结构元件，所述结构元件包括能操作以将氢和氧结合而形成水的催化材料，所述结构元件位于所述壳体内，部分地位于所述入口和所述出口之间，并横跨所述壳体的横截面的绝大部分，使得在使用中，所述主气流流过所述壳体。2.根据权利要求1所述的化合器装置，其特征在于，所述CAS用于在所述主气流中的杂质气体含量高于预定量时使氢和氧结合以形成水，所述装置还包括补充部件，用于将所述主气流中的杂质气体含量增加至高于所述预定量以确保所述CAS中发生所述主气流中的氢和氧结合。3.根据权利要求2所述的化合器装置，其特征在于，所述补充部件包括：用于将所述主气流从所述CAS的下游再循环回其上游的元件；或者包含杂质气体的贮存器，所述贮存器适于在预定条件下释放所述杂质气体。4.根据权利要求3所述的化合器装置，其特征在于，所述贮存器是金属氢化物。5.根据前述任一项权利要求所述的化合器装置，其特征在于，所述化合器装置构造成同时将杂质气体与所述主气流再结合以形成水，并检测所述杂质气体的存在。6.根据权利要求5所述的化合器装置，其特征在于，还包括用于检测所述杂质气体的以下一个或多个传感器：湿度传感器，温度传感器，热导传感器。7.根据权利要求6所述的化合器装置，其特征在于，所述其中所述一个或多个传感器耦接至用于确定所述主气流中存在的杂质气体的量的计算部件。8.根据前述任一项权利要求所述的化合器装置，其特征在于，该化合器装置耦接除雾器，所述CAS：位于除沫器的上游，位于除沫器的下游，或者与除沫器组合。9.根据权利要求8所述的化合器装置，其特征在于，所述除雾器还用作阻火器，优选地，所述除雾器连接到所述入口。10.根据权利要求8或9所述的化合器装置，其特征在于，所述除雾器是微孔材料，优选为以下之一：泡沫或烧结材料，优选泡沫或烧结金属；陶瓷，优选烧结陶瓷；或碳基材料。11.根据前述任一项权利要求所述的化合器装置，其特征在于，所述化...

【专利技术属性】
技术研发人员：索本，
申请(专利权)人：因纳普特公司，
类型：发明
国别省市：