專利名稱：零排放/低排放和共生產(chǎn)型能量供應站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及能量供應系統(tǒng)，特別是涉及一種使用能量供應站生產(chǎn)并向使用者例如車輛輸送氫和/或電力的能量供應系統(tǒng)。
能量供應站是已知的和現(xiàn)有的。傳統(tǒng)的能量供應站是一種獨立的站點，其可被構(gòu)造用于提供可消耗的燃料，例如烴類燃料或氫。另一種選擇是，該站點可被構(gòu)造用于發(fā)電。這些類型的站點的一個缺點是它們僅提供單一功能服務，要么是輸送燃料，要么是發(fā)電。此外，它們不會沿燃料和電力供應鏈，減少向環(huán)境中排放的總量。
此外，與傳統(tǒng)以燃燒為基礎(chǔ)的能量系統(tǒng)和站點如內(nèi)燃機或任何在現(xiàn)場的和中央發(fā)電廠相關(guān)的環(huán)境和政治方面所關(guān)注的是正在上升的對另一種可選的清潔(如綠色)類型的能量系統(tǒng)的興趣。由此，對相對清潔的高性能能量供應站存在一種需求。特別是，一種使用一種或多種類型的化學轉(zhuǎn)化器的改進型低排放站點將代表在該領(lǐng)域中的一個主要進展。此外，一種可以向使用者例如車輛輸送氫燃料和/或電力的低排放能量供應站也將代表在該領(lǐng)域中的一個主要進展。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明所述的站點使用一種用于建立零排放/低排放服務站的混合型重整器/燃料電池系統(tǒng)，利用現(xiàn)有燃料輸送基礎(chǔ)設施而不會加重現(xiàn)有電力基礎(chǔ)設施的負擔，同時去除了或大大減少了溫室排放出的CO2組分，保持環(huán)境平衡。傳統(tǒng)輸送的燃料例如汽油、柴油、天然氣、甲醇或沼氣被轉(zhuǎn)化成氫和電力，用于零排放/低排放車輛例如燃料電池車輛、電池動力車輛或混合型動力車輛。由該站點產(chǎn)生的過剩的電力可就地利用、在附近利用或被分配到電力網(wǎng)中。
該混合型重整器/燃料電池系統(tǒng)可為一個二合一的既提供氫又提供電力的系統(tǒng)，或者該混合型重整器/燃料電池系統(tǒng)可被構(gòu)造以提供氫或電力。由于可以被構(gòu)造以共用重整器子系統(tǒng)和燃料電池子系統(tǒng)間的主要組件，該二合一系統(tǒng)的布置是有利的且該二合一系統(tǒng)的布置能夠在基本負載運行中提供多樣化的能量服務。這就提供了系統(tǒng)運行的有效性、成本有效性和通用性。該系統(tǒng)主要引人注目之處是其環(huán)境優(yōu)勢-SOx、NOx或CO2的零排放，再加上系統(tǒng)資本和運行的經(jīng)濟性。
該混合型系統(tǒng)可以使用一個化學轉(zhuǎn)化器。該化學轉(zhuǎn)化器可以作為一個重整裝置運行。當作為蒸汽重整裝置運行時，吸熱的蒸汽重整反應所用的熱能由外部熱源通過輻射和/或?qū)α鞣绞教峁?。由氫、一氧化碳和蒸汽的分子組成物的轉(zhuǎn)移反應產(chǎn)生了氫、二氧化碳和蒸汽的流。使蒸汽冷凝，可從轉(zhuǎn)移反應流中提取出純氫且可收集二氧化碳用作隔離。通過使用產(chǎn)生能量的零排放/低排放站點，這就解決了全球性變暖的問題。
當化學轉(zhuǎn)化器作為一種部分氧化或自動熱量型重整裝置運行時，一小部分天然氣在有燃燒催化劑和重整催化劑存在的情況下發(fā)生氧化，產(chǎn)生氫、二氧化碳、蒸汽和氮的混合物。由于存在來自燃燒加熱要求使用的空氣中的氮稀釋劑，CO2的分離和收集不再容易。
化學轉(zhuǎn)化器也可以作為燃料電池進行運轉(zhuǎn)。當作為燃料電池進行運轉(zhuǎn)時，隨著燃料供給例如氫或天然氣，產(chǎn)生電力。當使用高溫燃料電池時，在沒有空氣中的氮的稀釋作用時燃料流被轉(zhuǎn)化成CO2和蒸汽。在采用冷凝技術(shù)分離出蒸汽后，二氧化碳可很容易地被收集、分離或隔離去除。
本發(fā)明構(gòu)成一種混合使用蒸汽重整裝置和高溫燃料電池的零排放站點，重整裝置和燃料電池各自容量取決于二者的熱能匹配，其中重整反應是吸熱的且燃料電池反應是放熱的。結(jié)果是，與燃料電池的化學匹配需求相比，該重整裝置具有更大的容量。由此，過量的重整過的燃料可被用于其它站點組件，或可被輸送至車輛。蒸汽重整與高溫燃料電池運行相結(jié)合也易于對CO2的收集。
本發(fā)明還與構(gòu)造用于提高全部站點的系統(tǒng)運行效率和通用性的化學轉(zhuǎn)化器相關(guān)。該化學轉(zhuǎn)化器可被布置在用于收集轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的熱廢氣以便輸送到共生產(chǎn)的下級裝置(bottoming device)例如燃氣輪機的容器罐中。該下級裝置從轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的廢熱中獲取能量，改善了能量系統(tǒng)的效率。下級裝置也可以包括例如一種加熱、通風或冷卻(HVAC)系統(tǒng)。
本發(fā)明適應了對清潔能量生產(chǎn)的當前需要，同時適應了為可由電池、氫燃料電池或二者組合之一提供動力的零排放/低排放車輛生產(chǎn)所使用的能量的需要。在本發(fā)明之前，已能夠在遠程中心生產(chǎn)設施中和現(xiàn)有汽車或卡車服務站點現(xiàn)場使用重整工藝生產(chǎn)氫。氫可被用作零排放/低排放車輛例如由氫燃料電池提供動力的車輛的燃料。也可以通過使用電力網(wǎng)進行電解進行氫的生產(chǎn)。該電力網(wǎng)也可被用于為電動車輛的電池充電。這樣造成耗費過高，且還會加重電力基礎(chǔ)設施的負擔。此外，用于生產(chǎn)氫的傳統(tǒng)系統(tǒng)會產(chǎn)生不需要的CO2排放。在燃料生產(chǎn)和發(fā)電站處的CO2溫室氣體的持續(xù)排放抵消了使用零排放/低排放車輛所取得的效益。以上耗費和相應的排放與通過使用零排放/低排放車輛所取得的節(jié)省是相悖的。
在傳統(tǒng)的重整工藝包括蒸汽重整、部分氧化重整或自動熱重整中，一小部分天然氣在有燃燒氣體例如空氣存在的情況下發(fā)生氧化，利用熱源為吸熱的重整過程提供熱量。因此，排放到大氣中的排放物總是含有二氧化碳、蒸汽和氮的混合物。將二氧化碳與氮分離不是很容易，由此不能經(jīng)濟地進行隔離。以上所述對于使用煤、天然氣或油的現(xiàn)有傳統(tǒng)電廠是真實的。
通過提供用于將烴類燃料轉(zhuǎn)化成隨后輸送給使用者例如車輛的氫和/或電力的能量供應站，本發(fā)明實現(xiàn)了前述目標并具有一些優(yōu)勢。該站點包括一個用于處理燃料以形成含二氧化碳的輸出介質(zhì)的化學轉(zhuǎn)化器、一個用于從輸出介質(zhì)中分離出化學組分的分離級、一個與分離級形成流體回路的收集部件，用于收集二氧化碳，和一個用于連接車輛的車輛接口。該車輛接口允許電力和/或氫在車輛和站點之間進行交換。該站點也可被構(gòu)造用于將氫輸送至另一裝置，或?qū)⒛芰枯斔偷诫娏W(wǎng)中。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，該能量供應站包括一個用于在將燃料導入化學轉(zhuǎn)化器前對燃料進行預處理的燃料處理元件。該系統(tǒng)還可包括一個用于在將液體重整劑導入化學轉(zhuǎn)化器前加熱和汽化液體重整劑的汽化器，和/或包括一個用于在將燃料導入化學轉(zhuǎn)化器前加熱和蒸發(fā)燃料的蒸發(fā)器。該汽化器可包括一個蒸汽鍋爐或一個熱回收蒸汽發(fā)生器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該能量供應系統(tǒng)可包括一個用于汽化重整劑和蒸發(fā)燃料，和/或用于混合燃料與重整劑的混合器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該能量供應系統(tǒng)可進一步包括一個布置在汽化器和混合器之間的第二加熱級，用于在將重整劑導入混合器前加熱重整劑。
根據(jù)本發(fā)明的此外另一方面，該化學轉(zhuǎn)化器可包括一個用于在有重整劑存在的情況下重整燃料和用于產(chǎn)生含有氫、水和一氧化碳的輸出介質(zhì)的重整裝置。該重整裝置將燃料轉(zhuǎn)化成氫和作為其間發(fā)生的中間反應的產(chǎn)物的一氧化碳。該重整劑可包括空氣、水或蒸汽。在這種布置中的該分離級可適合于單獨分離輸出介質(zhì)中的氫、水和二氧化碳。
根據(jù)本發(fā)明的此外另一方面，該能量供應站進一步包括一個用于在將重整劑導入重整裝置前處理重整劑的處理級。該處理級可包括一個去離子器或一個汽化器。該去離子器使用去離子樹脂或采用反滲透技術(shù)對重整劑進行處理。
根據(jù)本發(fā)明的此外另一方面，當化學轉(zhuǎn)化器為一個重整裝置時，車輛接口被構(gòu)造用于向車輛輸送氫。當化學轉(zhuǎn)化器為一個燃料電池時，車輛接口被構(gòu)造用于向車輛輸送電力。
根據(jù)本發(fā)明的此外另一方面，該能量供應站可包括一個發(fā)電機，該發(fā)電機可包括一個燃料電池或一個燃氣輪機組件。該發(fā)電機可有選擇地與車輛接口相連接，用于向車輛輸送電力。
根據(jù)本發(fā)明的此外另一方面，該能量供應站可包括一個用于從輸入的燃料或輸出介質(zhì)中除去硫的脫硫裝置、一個用于將輸出介質(zhì)中的一氧化碳和蒸汽轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫的低溫和/或高溫轉(zhuǎn)移反應器、和/或一個用于對輸出介質(zhì)中的氫進行處理的氫處理器。


通過以下說明并結(jié)合附圖對本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)點進行詳細描述，其中相同的參考標號適用于不同視圖中的相同組件。以下

了本發(fā)明的原理圖1是根據(jù)本發(fā)明教導所述的低排放或零排放能量供應站的示意圖；圖2是說明在低排放能量供應站中反應物和排放物的工藝流程的示意框圖；以及圖3是說明在根據(jù)本發(fā)明所述的低排放能量供應站中的流體和能量流的示意框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種零排放/低排放能量供應站(ZES)，其適合于主要生產(chǎn)其后輸送給或由零排放車輛(ZEV)使用的氫和/或電力，而與此同時，消除或大大降低CO2、SOx和NOx的排放。該種途徑利用現(xiàn)有的能源工業(yè)基礎(chǔ)設施，且對其作很少或未作改變。能量供應站302可適合包括一個或更多的與圖1和圖2所示的能量系統(tǒng)300相關(guān)的組件。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明教導所述的有利于環(huán)境的(例如低排放)能量供應系統(tǒng)300。在此所用術(shù)語零排放或低排放意思是包括碳排放(包括CO、CO2和CxHy等)比在該站配售的或消費的烴類燃料的碳含量少5 0％，最好在25％以下，接近或等于0％最佳的能量供應站。如圖所示的系統(tǒng)300包括零排放/低排放車輛304和零排放/低排放能量供應站302。該能量供應站可為任何大小的具有產(chǎn)生所需能量或氫的能力或容量的能量供應站。在此使用的術(shù)語“車輛”指的是各種運輸工具或方式，包括，但不限于例如汽車、卡車、公共汽車、火車、海船、飛機、宇宙飛船、輸送裝置等等。根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，如圖所示的車輛是一種使用耗氫的燃料電池和/或充電電池的機動的燃料電池車輛。美國專利No.5858568和美國專利No.5332630公開了適用于本發(fā)明所述用途的車輛的例子，其內(nèi)容在此作為參考被引用。特別是，美國專利No.5858568公開了與外部能量供應站相連接的機動的燃料電池能量系統(tǒng)的性能。輸送裝置可以是構(gòu)造用于儲存或輸送氫氣或電力的任何設備。如圖所示的零排放/低排放車輛304可包含一個車輛入口面板306。該車輛入口面板306使零排放/低排放能量供應站302直接與車輛304相連接。
如圖所示的零排放/低排放能量供應站302可包括多種組件。根據(jù)一個實施例，該能量供應站包括一個適于連通車輛入口面板306的能量供應站車輛接口308。該車輛接口可以是任何允許、能夠使或促進能量供應站與車輛304相連接以在此輸送氫和/或電力的機械、電氣、機電或化學組件。該車輛接口308可有選擇地連接一個可選的功率表310和/或一個可選的燃料表312。如圖所示的燃料表312測量在能量供應站302和車輛304內(nèi)的燃料箱之間的燃料量交換量。如圖所示的功率表310測量在能量供應站和車輛304之間的電量交換量。根據(jù)另一可選實施例，能量供應站302產(chǎn)生的電力可通過功率表310或其他任何適當?shù)臉?gòu)件被用于為電池315充電或靜止用途如現(xiàn)場用途、用于鄰接住宅區(qū)或商業(yè)設施，或被提供給當?shù)仉娋W(wǎng)。
如圖所示的清潔能量供應站302可進一步包括一個與功率表310相連接的發(fā)電機314。該發(fā)電機可包括適于產(chǎn)生能量或電力的任何設備，舉例來說可包括燃料電池、燃氣輪機、蒸汽輪機、IC發(fā)電機、下級裝置及類似設備。在此使用的術(shù)語“下級裝置”指的是包括可連接以接收來自另一個能量供應站組件的能量、電力、排放物或熱能之中任何一個的任何適當構(gòu)件。發(fā)電機被構(gòu)造用于產(chǎn)生可通過車輛接口308向車輛304供應的電力。能量供應站302也可以包括一個用于轉(zhuǎn)化在能量供應站中產(chǎn)生的任何電力的變換器327。例如如果化學轉(zhuǎn)化器是一個燃料電池，那么該變換器可將由此產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電。
該能量供應站302進一步包括一個化學轉(zhuǎn)化器316。該化學轉(zhuǎn)化器316要么為一個重整裝置，要么為一個燃料電池，或者是一種使用多個用于提供二者功能的轉(zhuǎn)化器的混合型體系。該化學轉(zhuǎn)化器與分離級318實現(xiàn)流體連接，該分離級318依次與二氧化碳收集裝置320實現(xiàn)流體連接。該收集裝置可以是任何適于收集和/或儲存二氧化碳的裝置或設備。該分離級318適用于從由化學轉(zhuǎn)化器316或一些其他系統(tǒng)組件產(chǎn)生的輸出介質(zhì)中除去一種或多種組分。如圖所示的化學轉(zhuǎn)化器也可被布置與用于系統(tǒng)啟動和在穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)期間進行熱學控制的熱控制裝置325實現(xiàn)熱學連通。根據(jù)化學轉(zhuǎn)化器的功能可將化學轉(zhuǎn)化器定位用以接收水、空氣或燃料。該熱控制裝置與燃料源和空氣源實現(xiàn)流體連接。
根據(jù)一種實施方式，如圖所示的化學轉(zhuǎn)化器316可以是一個燃料重整裝置。該重整裝置適于接收烴類燃料和重整劑324例如水、空氣、蒸汽、氧氣或二氧化碳。那些普通技術(shù)人員將會認識到水可以蒸汽的形式供給重整裝置。該重整裝置使用一種催化劑材料以促進烴類燃料向更簡單的反應物進行重整。例如烴類燃料可被催化重整成具有H2O、H2、CO和CO2混合物的輸出介質(zhì)。如圖所示的重整裝置在有重整劑存在的情況下重整燃料以產(chǎn)生相對較純的燃料儲備。美國專利No.5858314公開了適合在如圖所示的能量供應系統(tǒng)300中使用的重整裝置的一個例子，其內(nèi)容在此作為參考被引用。根據(jù)一種實施方式，可在系統(tǒng)中使用板狀緊湊型重整裝置，盡管那些普通技術(shù)人員將會認識到也可以使用其它類型的重整裝置，包括有傳統(tǒng)的反應床和圓筒形重整裝置。重整過程所需熱量可以通過燃料如烴類燃料發(fā)生部分氧化從內(nèi)部供給或通過熱源例如通過熱控制裝置325、燃料電池或其它生成熱量的設備從外部供給。可通過輻射、傳導或?qū)α飨蛑卣b置供給熱量。
如圖所示的熱控制裝置325可包括任何用于連接化學轉(zhuǎn)化器316的挑選出來的構(gòu)件，用于控制、調(diào)節(jié)或調(diào)整其溫度或系統(tǒng)300的其它組件的溫度。那些普通技術(shù)人員將會認識到熱控制裝置325可以例如在系統(tǒng)啟動后作為加熱裝置進行運轉(zhuǎn)或在穩(wěn)態(tài)運行期間作為散熱或冷卻裝置進行運轉(zhuǎn)。美國專利No.5338622中提出了一種適當?shù)募訜嵫b置的例子，其內(nèi)容在此作為參考被引用。
當重整裝置作為蒸汽重整裝置運行時，這是一種優(yōu)選的操作方式，它接收含有烴類燃料和蒸汽的反應物氣體混合物。通過輻射和/或?qū)α鲝耐獠刻峁┪鼰嵴羝卣磻臒崮堋＿@樣就使在燃料流中的氫從加熱介質(zhì)中分離出來。該分離級可包括適于單獨地從輸出介質(zhì)中去除、分離或隔離水、氫和二氧化碳的一級或多級。在從重整裝置輸出介質(zhì)中去除或分離蒸汽如使用冷凝技術(shù)之后，也可以通過分離級318從蒸汽中提取氫，而剩下的二氧化碳可被收集、隔離或儲存在二氧化碳收集裝置320中。通過重整裝置生成的重整過的燃料或氫的輸出可通過車輛接口308供給到車輛304。另一種選擇是，氫可被儲存在能量供應站302內(nèi)的燃料儲存裝置322中。該燃料儲存裝置322可以是任何適當?shù)膬Υ娼M件且可由金屬或玻璃纖維成形，或由帶聚合物襯里的復合材料制成，例如美國昆騰科技公司生產(chǎn)的IV類TriShield貯罐。
當進行上述蒸汽重整時，不將空氣與燃料混合，由此在轉(zhuǎn)化器輸出介質(zhì)中不存在難于除去的氮的副產(chǎn)物。這一點與部分氧化或自動熱重整重整裝置完全相反，其中一小部分天然氣在有燃燒和重整催化劑存在的情況下發(fā)生氧化。因此，重整裝置產(chǎn)生出氫、二氧化碳、蒸汽和氮的混合物。
那些普通技術(shù)人員將會很容易認識到一個處理裝置如一個去離子裝置或汽化器，可被提供用于在被導入到化學轉(zhuǎn)化器316之前對重整劑324進行預處理?？筛鶕?jù)所使用的重整劑的種類或化學轉(zhuǎn)化器316的種類和/或結(jié)構(gòu)選擇重整劑處理器。如果重整劑是水，該處理器可使用去離子樹脂裝置和反滲透裝置對重整劑進行處理。
如圖所示的分離級318適用于或被構(gòu)造用于從化學轉(zhuǎn)化器316生成的輸出介質(zhì)中分離或去除一種或多種選出的組分。根據(jù)一種實施方式，分離級適用于去除一種或多種組分，以使得在輸出介質(zhì)中留下二氧化碳。然后，剩余的二氧化碳可被捕獲和收集到二氧化碳收集裝置320內(nèi)。那些普通技術(shù)人員將會很容易認識到二氧化碳可直接從化學轉(zhuǎn)化器排放物中除去，或在去除一種或多種其他排放組分例如氫后，二氧化碳可剩留在排放物中。
分離級318可以是任何適用于或被構(gòu)造用于從化學轉(zhuǎn)化器的輸出介質(zhì)中分離一種或多種組分的適當級。該分離級可被構(gòu)造用于從輸出介質(zhì)中分離出氫或二氧化碳。根據(jù)大量技術(shù)，包括，但不限于化學或物理吸收、吸附、低溫蒸餾法、高壓液化、隔膜法、酶和分子篩型分離技術(shù)等，該分離級可被構(gòu)造用于從輸出介質(zhì)中分離出氫或二氧化碳。其中一個例子是在水溶液環(huán)境中使用酶的技術(shù)，即它將CO2和H2O轉(zhuǎn)化成H+和HCO3-。碳酸氫鹽(HCO3-)具有環(huán)境安全性，適于可控處理。
當化學轉(zhuǎn)化器316起到重整裝置的作用時，重整過的燃料可被儲存在車輛304的燃料儲存裝置322或儲存裝置中。該儲存裝置可包括適當?shù)倪m于儲存或輸送氫的儲存介質(zhì)。儲存介質(zhì)也可以指氫在容器中被輸送的方式或氫在容器中被輸送的狀態(tài)?？梢詨嚎s氣體狀態(tài)(H2)、固態(tài)(例如金屬氫化物)、液態(tài)(例如液體氫化物包括有NaBH4、KBH4和LiBH4)或者液體或冷凍狀態(tài)(例如液化氫)的形式儲存或輸送氫。在氫以液態(tài)進行儲存或輸送時可使用任何適當?shù)幕瘜W反應，例如通過NaBO2與4H2進行反應生成NaBH4和2H2O。在有任何適當?shù)囊阎呋瘎┐嬖诘那闆r下，氫的釋放發(fā)生在逆反應方向。由于可以使用現(xiàn)有的汽油儲存或輸送車輛的實施方式，因此水溶液是一種特別適于儲存氫的形式。
能量供應站302還可以包括用于進一步限定燃料或重整過的燃料的設備例如脫硫裝置、氫轉(zhuǎn)移反應器、氫過濾器或用于壓縮氫的氫壓縮器。壓縮器可以是機械的、或電化學的壓縮器，例如磷酸、堿性或質(zhì)子交換膜裝置。
在運轉(zhuǎn)過程中，混合型能量供應站302能夠產(chǎn)生可向車輛304供給的氫和/或電力。當化學轉(zhuǎn)化器是一個重整裝置時，該能量供應站包括向重整裝置供給重整劑如空氣、水或二者都有以及燃料的裝置。重整裝置輸出介質(zhì)主要含有富氫氣體。該輸出介質(zhì)然后經(jīng)過分離級以分離出一種或多種組分如氫或二氧化碳。隨后通過車輛接口308可將氫輸送給零排放/低排放車輛304。燃料表312能夠測定供給到車輛304的燃料量。氫燃料也能被提供至發(fā)電機314，其依次產(chǎn)生電力和排放物。該電力也可以通過車輛接口308供給車輛304。
化學轉(zhuǎn)化器316也可以作為一種電化學裝置如燃料電池進行運轉(zhuǎn)。當作為燃料電池進行運轉(zhuǎn)時，該裝置消耗燃料和氧化劑以產(chǎn)生電力和高溫輸出介質(zhì)。當使用固體氧化物燃料電池時，該燃料流輸出介質(zhì)包括二氧化碳和未被氮稀釋的蒸汽。在經(jīng)過分離級318例如采用冷凝技術(shù)從輸出介質(zhì)中除去蒸汽后，剩下的二氧化碳可被收集和儲存在收集裝置320中。此外，該高溫輸出介質(zhì)也可被輸送至發(fā)電機，依次產(chǎn)生附加的電力。該電力可以通過車輛接口306和/或308供給車輛304。在此使用的術(shù)語燃料電池意指包括任何適當?shù)娜剂想姵兀缭诿绹鴮＠鸑o.5501781和No.4853100中描述的板狀燃料電池，其內(nèi)容在此作為參考被引用，或者是矩形、正方形或管狀燃料電池。該燃料電池可以是熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池或質(zhì)子交換膜燃料電池之中的一種，最好是固體氧化物燃料電池。
根據(jù)另一種實施方式，化學轉(zhuǎn)化器可被布置在用于收集轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的用于輸送到發(fā)電機或下級裝置例如燃氣輪機的熱廢氣的容器罐中。美國專利No.5501781中公開和描述了一種適當?shù)倪m用于裝入化學轉(zhuǎn)化器316的容器，其內(nèi)容在此作為參考被引用。該下級裝置從轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的廢熱中獲取能量，改善了能量系統(tǒng)的效率。下級裝置也可以包括例如一種加熱、通風或冷卻(HVAC)系統(tǒng)。
那些普通技術(shù)人員將會很容易認識到可以使用任意適當數(shù)量的化學轉(zhuǎn)化器、熱控制裝置、發(fā)電機和分離級。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，能量供應站302包括一個或多個燃料電池以及一個或多個用于產(chǎn)生氫和電力的重整裝置。
本發(fā)明的一個重要優(yōu)勢在于能量供應站可以混合方式進行運轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生并向零排放/低排放車輛304供給氫和電力。根據(jù)一種實施方式，重整裝置產(chǎn)生的重整過的燃料量大于燃料電池所需要的燃料量。因此，過量的重整過的燃料可用于氫的生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明所述的能量供應站302的另一個重要優(yōu)勢在于它推動或促進了零排放/低排放電氣或燃料電池車輛的使用。根據(jù)本發(fā)明所述的該能量供應站302可通過就地轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)輸送燃料向車輛304供給氫和電力。這一途徑允許該能量供應站使用或連接現(xiàn)代的基礎(chǔ)設施，例如電力供應網(wǎng)、燃料供應卡車及管線。此外，一方面，能量供應站302的現(xiàn)場分配的能量供應系統(tǒng)利用高溫燃料電池系統(tǒng)發(fā)電和利用蒸汽重整系統(tǒng)產(chǎn)生氫。由于具有較高的系統(tǒng)效率、高系統(tǒng)利用率以及二氧化碳隔離相對容易，因此這些系統(tǒng)是所希望的途徑。通過對二氧化碳隔離進行簡化，能量供應站促進了零排放/低排放裝置的形成和使用。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明教導所述的反應物和輸出介質(zhì)的工藝流程的示意框圖。相同的參考標號被用于表示的相同組件。如圖所示的系統(tǒng)或能量供應站302是用作對前述系統(tǒng)的某些組件的運轉(zhuǎn)和相互關(guān)系進行簡單地說明。雖然圖中示出多個不同級和組件，系統(tǒng)能夠由此具有任意選定數(shù)量的組件和布置。如圖所示的布置僅為例證性的，而不應被解釋為限制性的。以下不再重復前面對不同級和組件進行的說明。如圖所示，系統(tǒng)使用了兩個化學轉(zhuǎn)化器，即一個燃料電池112和一個重整裝置110。
重整劑88如水被引導進入處理級92，且隨后被輸送至汽化器94處。該汽化器將水加熱并將其轉(zhuǎn)化成蒸汽，隨后蒸汽被輸送至混合器176中。該汽化器可以是蒸汽鍋爐或熱回收蒸汽發(fā)生器。根據(jù)一個備選實施例，一個二級加熱器可被定位在汽化器94和混合器176之間，以進一步對在被引入混合器176之前排出汽化器的氣體重整劑進行加熱。將燃料導入處理級96，然后再將其導入混合器176中。在被導入重整裝置110之前，重整劑和燃料在混合器176中進行混合。若使用液體燃料和使用蒸汽作為這一過程的熱源，該混合器也用作蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器加熱并蒸發(fā)燃料。重整裝置110最好在有重整劑和催化劑存在的情況下將燃料進行重整，生成一種具有H2O、H2、CO、CO2和S中的一種或多種的輸出介質(zhì)。氫和/或輸出介質(zhì)中的其它組分可被導入到燃料電池112中。燃料電池在有氧化劑存在的情況下以電化學方式將重整過的燃料轉(zhuǎn)化成電力，伴隨著產(chǎn)生輸出介質(zhì)或主要由H2O和CO2組成的排放物。燃料電池輸出介質(zhì)75可以是能夠被輸送到下級設備例如燃氣輪機74或HVAC級中的高溫介質(zhì)。該下級設備可產(chǎn)生排放物例如氮，且電力可被輸送到其它地點或用戶。相反地，該下級設備可接收輸入介質(zhì)例如空氣，并產(chǎn)生導入到燃料電池112的輸出流。該輸出流可以是一種被下級設備壓縮的介質(zhì)，或者是一種適于燃料電池處理的輸出流出物。從那里可以將由燃料電池產(chǎn)生的電力提取出來，并將其用于所需目的。例如，電力可就地使用、或在附近使用、供給電網(wǎng)402用于正常電力用途或者可被用于為如在電動車輛304中所使用的電池404充電。
于是重整裝置110的輸出介質(zhì)可被輸送至第二處理級406。該處理級406可以是任何合適的用于處理或限定燃料的處理級，其例子包括脫硫裝置。該脫硫裝置可使用ZnO從輸出介質(zhì)中吸收或去除硫。于是可將經(jīng)過處理的輸出介質(zhì)導入另一個處理級412，例如它可包括在有H2O存在的情況下將CO轉(zhuǎn)化成混有CO2的H2的高溫和低溫轉(zhuǎn)移反應器。高溫轉(zhuǎn)移反應器可包括有與輸出介質(zhì)發(fā)生化學反應的Fe2O3/Cr2O3材料的反應床，而該低溫反應床可包括有與輸出介質(zhì)發(fā)生化學反應的CuO/ZnO材料的反應床。在適當位置可提供熱交換器，以確保在工藝步驟中達到適當?shù)臏囟取?br> 系統(tǒng)300進一步包括一個用于從輸出介質(zhì)中除去水的水分離級。例如可使用已知的冷凝技術(shù)除水。
零排放/低排放混合型供電站的輸出介質(zhì)通常含有可被導入分離級的H2和CO2。例如，圖1中的分離級318將CO2或H2從輸出介質(zhì)中分離出來。根據(jù)一種實施方式，該分離級按照任意上述已知技術(shù)將氫從輸出介質(zhì)中分離出來。剩留在輸出介質(zhì)中的帶有富氫氣體的且未被過量不需要的N2稀釋的CO2可以很容易地被隔離并被儲存在收集裝置320中。由于CO2未被排入或發(fā)散到環(huán)境中，由此就形成了零排放/低排放能量供應站。采用以上蒸汽協(xié)助的重整和由高溫燃料電池獲得廢熱的技術(shù)可簡單化CO2的分離。燃料電池運行的剩余氧化劑流中的有利于環(huán)境的N2通過下級設備例如燃氣輪機74、HVAC級，并被單獨排放到周圍環(huán)境中。
發(fā)明所述的零排放系統(tǒng)混合使用以上蒸汽重整器和高溫燃料電池，其各自容量取決于二者的熱能匹配，以使重整反應是吸熱的且燃料電池反應是放熱的。結(jié)果是，與燃料電池的化學匹配需求相比，該重整裝置具有更大的容量。由此，過量的重整過的燃料可被用于氫的生產(chǎn)。蒸汽重整與高溫燃料電池運行相結(jié)合對CO2的完全收集有所考慮。此外，本發(fā)明所述系統(tǒng)在不進行附加燃燒加熱的情況下達到了總系統(tǒng)能量的平衡。在該有利于環(huán)境的系統(tǒng)中，共生產(chǎn)的電力與氫燃料能的比率約為2∶1。系統(tǒng)300具有的電效率約為45％且化學生產(chǎn)率約為25％，導致系統(tǒng)共生產(chǎn)的效率約為70％。這樣就可在能量供應站為電動車輛電池充電、為能量供應站的運行提供必要的電力；為周圍商業(yè)電力需求提供電力；同時也可在能量供應站為燃料電池車補給燃料提供氫。該系統(tǒng)可在超出設計規(guī)范的條件下運行，其中生成一小部分氫重整產(chǎn)物并導致系統(tǒng)效率小于最佳值。另一方面，能量供應站302的超出設計規(guī)范的條件可用于產(chǎn)生一定量的電力，其要求增加附加燃燒量以支持重整過程，由此產(chǎn)生相對較低等級的CO2排放。
系統(tǒng)300可裝備有用于控制SOx排放的除硫裝置，且可被布置以包含一個燃料電池級，該燃料電池級按照電化學原理在1000℃以下運行并消除了在該過程中NOx的形成。
根據(jù)本發(fā)明所述的能量供應站302的另一個重要優(yōu)勢在于其在不要求附加燃料和空氣燃燒組分的情況下達到了總系統(tǒng)能量的平衡。該能量供應站可共用重整裝置系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)二者的組件，并可以在基本負載運行中提供多樣化的能量服務。該系統(tǒng)的吸引力在于其在經(jīng)濟型能量供應站布置中所具有的環(huán)境優(yōu)勢，例如零排放。
從化學轉(zhuǎn)化器的輸出介質(zhì)中分離出的氫也可通過圖2中的處理級416進行處理和/或儲存。收集的氫可用于就地消耗或不在現(xiàn)場消耗。例如，氫可被提供給帶有氫儲罐的燃料電池車輛，或氫可被現(xiàn)場的發(fā)電機314使用以產(chǎn)生附加的能量和電力。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明教導所述的能量供應站302的另一個實施例，同時示出了在其中發(fā)生的能量和流體流。相同的參考標號被用于表示相同部件。雖然圖中示出多個不同級和組件，該能量供應站能夠由此具有任意選定數(shù)量的組件和布置。如圖所示的布置僅為例證性的，而不應被解釋為限制性的。以下不再重復前面對不同級和組件進行的說明。如圖所示的能量供應站302示出了一個高效率共生產(chǎn)型系統(tǒng)，其包括安置用于在有重整劑和催化劑存在的情況下將輸入燃料重整成富氫的輸出介質(zhì)的蒸汽重整器。重整過的燃料的一部分可被導入燃料電池112，與氧化劑反應物如空氣發(fā)生電化學反應，生成輸出排放物和電力428。該重整裝置可利用燃料電池廢熱作為過程熱量422進行重整反應。富氫輸出介質(zhì)424的剩余部分可用于其它目的。
如圖所示的燃料電池112生成可被導入可選的將排放物轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)能量的燃氣輪機總成74的輸出排放物。該燃氣輪機產(chǎn)生電力428和排放物流，其又被導入到鍋爐，例如熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)420中。該導入HRSG中的燃氣輪機排放物將輸入流體430例如水，在其通過時轉(zhuǎn)化成蒸汽426。由HRSG產(chǎn)生的該蒸汽426可被重整裝置110利用，用于重整輸入燃料。
如圖所示的能量供應站302使用燃料電池、重整裝置和可選的燃氣輪機以構(gòu)成具有約45％的電效率外加25％的化學效率，導致電學/化學共生產(chǎn)的效率約為70％的能量供應站。如圖3所示的這種集成的燃料電池/重整裝置系統(tǒng)的性能通過充分利用來自高溫燃料電池的廢熱而得到加強，其中所述高溫燃料電池用于為重整裝置提供過程熱量422和用于重整反應的蒸汽426。
在此所用術(shù)語氫的意思是包括富氫的流體或氣體，以及可包括任何數(shù)量的其它種類的流體、氣體或氣體種類，例如包括有CO2、CO、H2O以及未經(jīng)處理或未經(jīng)重整的燃料的殘留氣體。
由此可見，本發(fā)明有效地實現(xiàn)了在前述說明書中清楚說明的上述目標，由于可在不偏離本發(fā)明范圍條件下對以上結(jié)構(gòu)進行某些改變，這意味著以上說明書或所示附圖中包含的全部內(nèi)容可被理解為例證性的，且非限制性的。
也可理解為以下權(quán)利要求用于覆蓋本發(fā)明在此所述的一般特征和特殊特征，和落于其間的與語言問題相關(guān)的本發(fā)明范圍的全部陳述。
盡管已對本發(fā)明進行了描述，但所要求的新的和需要專利保護的內(nèi)容如下
權(quán)利要求
1.一種用于將烴類燃料轉(zhuǎn)化成用于隨后輸送給車輛的氫和電力中的至少一種的能量供應站，所述站包括一個或多個定位成接收燃料和用于對燃料進行處理以產(chǎn)生含有二氧化碳的輸出介質(zhì)的化學轉(zhuǎn)化器，一個用于從輸出介質(zhì)中分離出化學組分的分離級，一個與分離級形成流體回路的收集部件，用于收集二氧化碳，以及一個與車輛進行連接的車輛接口。
2.一種用于從烴類燃料中生產(chǎn)氫和電力的共生產(chǎn)型能量供應站，所述站包括多個定位成接收烴類燃料和用于對燃料進行處理以產(chǎn)生含有二氧化碳的輸出介質(zhì)的化學轉(zhuǎn)化器，所述化學轉(zhuǎn)化器還產(chǎn)生氫和電力，一個用于從輸出介質(zhì)中分離出化學組分的分離級，以及一個與分離級形成流體回路的用于在分配前儲存氫的儲存部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，烴類燃料包括天然氣、煤氣、丙烷、石腦油、汽油、柴油、甲醇和沼氣之中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個用于在將燃料導入至少一個化學轉(zhuǎn)化器前對燃料進行預處理的燃料處理元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個或多個用于在將液體重整劑導入至少一個化學轉(zhuǎn)化器前加熱和汽化液體重整劑的汽化器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個或多個用于在將燃料導入至少一個化學轉(zhuǎn)化器前加熱和蒸發(fā)燃料的蒸發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的能量供應站，其特征在于，所述汽化器包括一個蒸汽鍋爐或一個熱回收蒸汽發(fā)生器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個與汽化器形成流體回路且適用于接收汽化的重整劑和燃料的混合器，所述混合器適用于蒸發(fā)燃料以及混合重整劑和燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個布置在汽化器和混合器之間的第二加熱級，用于在將重整劑導入混合器前加熱重整劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，該化學轉(zhuǎn)化器包括一個重整裝置且輸出介質(zhì)包括氫、水和二氧化碳，其中，該分離級適合于從輸出介質(zhì)中單獨隔離出氫、水和二氧化碳中的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的能量供應站，其特征在于，其還包括用于向重整裝置供給重整劑的裝置，該重整裝置適于將燃料轉(zhuǎn)化成氫和作為其中發(fā)生的中間反應的產(chǎn)物的一氧化碳。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的能量供應站，其特征在于，該重整劑是空氣、水和蒸汽中的一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個用于在將重整劑導入重整裝置前處理重整劑的處理級。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的能量供應站，其特征在于，該處理級包括一個去離子器或一個汽化器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的能量供應站，其特征在于，該去離子器利用去離子樹脂和反滲透方式其中之一對重整劑進行處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量供應站，其特征在于，該化學轉(zhuǎn)化器包括至少一個重整裝置且輸出介質(zhì)包括氫、水和二氧化碳，其中，車輛接口被構(gòu)造用于向車輛輸送氫。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，所述化學轉(zhuǎn)化器包括至少一個燃料電池，其中，所述燃料電池產(chǎn)生電力。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量供應站，其特征在于，所述化學轉(zhuǎn)化器包括至少一個燃料電池，其中，所述燃料電池產(chǎn)生電力，并且其中，所述車輛接口適于在車輛和所述站之間交換電力。
19.根據(jù)權(quán)利要求1 7所述的能量供應站，其特征在于，該燃料電池是固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池之中的一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的能量供應站，其特征在于，該發(fā)電機包括燃料電池、燃氣輪機、內(nèi)燃機和斯特林發(fā)動機總成之中的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的能量供應站，其特征在于，所述發(fā)電機包括一個定位成接收重整裝置的氫輸出的燃料電池，以便在有氧化劑存在的情況下以電化學方式將氫轉(zhuǎn)化成電能。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的能量供應站，其特征在于，該發(fā)電機是一個燃料電池，所述燃料電池是固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池之中的一種。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的能量供應站，其特征在于，所述發(fā)電機有選擇地與車輛接口相連接，用于向車輛輸送電力。
25.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個用于將由所述化學轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電的變換器。
26.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個或多個以下裝置用于從燃料或輸出介質(zhì)中除去硫的脫硫裝置，至少一個用于將輸出介質(zhì)中的一氧化碳和蒸汽轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫的低溫和高溫轉(zhuǎn)移反應器，以及用于對輸出介質(zhì)中的氫進行處理的氫處理器。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的能量供應站，其特征在于，該氫處理器包括機械壓縮器和電化學壓縮器中的一種。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的能量供應站，其特征在于，該電化學壓縮器包括磷酸、堿性和質(zhì)子交換膜裝置中的一種。
29.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，所述化學轉(zhuǎn)化器的所述輸出介質(zhì)包括蒸汽，其中，所述分離級包括用于將蒸汽從輸出介質(zhì)中冷凝出來的裝置，由此可將氫和二氧化碳從輸出介質(zhì)中分離出來。
30.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，所述分離級將氫從輸出介質(zhì)中分離出來。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的能量供應站，其特征在于，所述分離級通過物理吸收、吸附、低溫蒸餾法、高壓液化、隔膜法、酶和CO2的分子篩型分離法中的一種方式將所述氫從所述輸出介質(zhì)中隔離出來。
32.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，所述分離級包括一個或多個用于形成液態(tài)或固態(tài)氫化合物以將氫從其中隔離出來的裝置；用于冷卻化學轉(zhuǎn)化器的輸出介質(zhì)以將氫從其中分離出來的裝置；用于給化學轉(zhuǎn)化器的輸出介質(zhì)加壓以將氫從其中分離出來的裝置；和用于薄膜過濾化學轉(zhuǎn)化器的輸出介質(zhì)以將氫從其中分離出來的裝置。
33.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個用于儲存通過所述分離級從輸出介質(zhì)中分離出的氫的儲存裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的能量供應站，其特征在于，其還包括用于在所述儲存裝置中以壓縮氣體狀態(tài)、固態(tài)、液態(tài)和冷凍狀態(tài)之一儲存所述氫的裝置。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的能量供應站，其特征在于，其還包括用于在所述儲存裝置中以液態(tài)在化合物NaBH4、KBH4和LiBH4中的至少一種內(nèi)儲存所述氫的裝置，這些化合物在有選定催化劑存在的情況下可釋放氫。
36.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括兩個或多個化學轉(zhuǎn)化器，所述化學轉(zhuǎn)化器包括一個蒸汽重整裝置和一個高溫燃料電池，其中，其各自容量取決于燃料電池和重整裝置的熱能匹配特征，而不需要附加燃燒加熱，其中，重整裝置進行吸熱的重整反應且燃料電池進行放熱反應，其中，與燃料電池的化學匹配需求相比，該重整裝置具有更大的容量，由此，過量的重整裝置產(chǎn)生的重整過的燃料可被用于生產(chǎn)氫。
37.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括多個化學轉(zhuǎn)化器，其中，所述化學轉(zhuǎn)化器包括一個用于將燃料重整成氫的重整裝置和一個用于發(fā)電的燃料電池，其中，共生產(chǎn)的電能與氫能之比約為2∶1。
38.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括多個化學轉(zhuǎn)化器，其中，所述化學轉(zhuǎn)化器包括一個用于將燃料重整成氫的重整裝置和一個用于發(fā)電的燃料電池，其中，所述站可在使用所述重整裝置以較低的共生產(chǎn)效率產(chǎn)生較少的氫的第一條件下運轉(zhuǎn)，或者可在使用所述燃料電池產(chǎn)生較少的電力的第二條件下運轉(zhuǎn)，由此需要來自燃燒過程的熱能以支持重整裝置的重整過程，進而達到低CO2的排放水平。
39.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能量供應站，其特征在于，其還包括一個用于在進行處置前收集輸出介質(zhì)中的二氧化碳的收集裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能量供應站，其特征在于，所述儲存部件包括一個復合的帶聚合物襯里的貯罐。
41.一種用于在一站中由烴類燃料共生產(chǎn)氫和電力的方法，包括以下步驟使用多個化學轉(zhuǎn)化器通過對燃料進行處理以形成含有二氧化碳的輸出介質(zhì)來共生產(chǎn)氫和電力，從輸出介質(zhì)中分離出化學組分，以及在分配前存儲氫。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，該烴類燃料包括天然氣、煤氣、丙烷、石腦油、汽油、柴油、甲醇和沼氣之中的一種。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括在將燃料導入至少一個化學轉(zhuǎn)化器前對燃料進行預處理的步驟。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括在將液體重整劑導入至少一個化學轉(zhuǎn)化器前加熱和汽化液體重整劑的步驟。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括在將燃料導入至少一個化學轉(zhuǎn)化器前加熱和蒸發(fā)燃料的步驟。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括在將液體重整劑導入化學轉(zhuǎn)化器前汽化液體重整劑的步驟，其中，所述汽化器包括一個蒸汽鍋爐或一個熱回收蒸汽發(fā)生器。
47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括將重整劑與燃料進行汽化和混合的步驟。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，其還包括提供一個用于汽化和混合重整劑和燃料的混合器，以及在將重整劑導入混合器前加熱重整劑的步驟。
49.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，一個或多個化學轉(zhuǎn)化器是重整裝置且由此產(chǎn)生的輸出介質(zhì)包括氫、水和二氧化碳，其中，該分離的步驟中包括從輸出介質(zhì)中單獨隔離出氫、水和二氧化碳中的至少一種這一步。
50.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，一個或多個化學轉(zhuǎn)化器是重整裝置，該方法還包括向重整裝置供給重整劑以便將燃料轉(zhuǎn)化成氫和作為其中發(fā)生的中間反應的產(chǎn)物的一氧化碳的步驟。
51.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，該重整劑是空氣、水和蒸汽中的一種。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，其還包括在將重整劑導入重整裝置前利用一個處理級對重整劑進行處理的步驟。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，該處理級包括一個去離子器或一個汽化器。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，該去離子器使用去離子樹脂和反滲透方式其中之一對重整劑進行處理。
55.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，該化學轉(zhuǎn)化器包括至少一個重整裝置且輸出介質(zhì)包括氫、水和二氧化碳，該方法還包括通過車輛接口向車輛輸送氫的步驟。
56.根據(jù)權(quán)利要求41或49所述的方法，其特征在于，所述化學轉(zhuǎn)化器包括至少一個燃料電池，其中，所述燃料電池產(chǎn)生電力。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，其還包括提供一個適于在車輛和所述站之間交換電力的車輛接口的步驟。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，該燃料電池是固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池之中的一種。
59.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括提供一個用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機的步驟。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，該發(fā)電機包括燃料電池、燃氣輪機、內(nèi)燃機和斯特林發(fā)動機總成之中的至少一種。
61.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，所述發(fā)電機包括一個定位成接收重整裝置的氫輸出的燃料電池，該重整裝置用于在有氧化劑存在的情況下以電化學方式將氫轉(zhuǎn)化成電能。
62.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，該發(fā)電機是一個燃料電池，所述燃料電池是固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池之中的一種。
63.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，所述發(fā)電機有選擇地與車輛接口相連接，用于向車輛輸送電力。
64.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括將由所述化學轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電的步驟。
65.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括一個或多個用于從燃料或輸出介質(zhì)中除去硫的脫硫裝置，至少一個用于將輸出介質(zhì)中的一氧化碳和蒸汽轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫的低溫和高溫轉(zhuǎn)移反應器，以及用于對輸出介質(zhì)中的氫進行處理的氫處理器。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，該氫處理器包括機械壓縮器和電化學壓縮器中的一種。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其特征在于，該電化學壓縮器包括磷酸、堿性和質(zhì)子交換膜裝置中的一種。
68.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述化學轉(zhuǎn)化器的所述輸出介質(zhì)包括蒸汽，其中，所述分離步驟包括將蒸汽從輸出介質(zhì)中冷凝出來的步驟，由此可將氫和二氧化碳從輸出介質(zhì)中分離出來。
69.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述分離步驟包括將氫從輸出介質(zhì)中分離出來的步驟。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其特征在于，其還包括通過物理吸收、吸附、低溫蒸餾法、高壓液化、隔膜法、酶和CO2的分子篩型分離法中的一種將所述氫從所述輸出介質(zhì)中隔離出來的步驟。
71.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，通過一個分離級進行所述分離步驟，所述分離級包括一個或多個用于形成液態(tài)或固態(tài)氫化合物以將氫從其中隔離出來的裝置；用于冷卻化學轉(zhuǎn)化器的輸出介質(zhì)以將氫從其中分離出來的裝置；用于給化學轉(zhuǎn)化器的輸出介質(zhì)加壓以將氫從其中分離出來的裝置；和用于薄膜過濾化學轉(zhuǎn)化器的輸出介質(zhì)以將氫從其中分離出來的裝置。
72.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括儲存從輸出介質(zhì)中分離出的氫的步驟。
73.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括在一儲存裝置中以壓縮氣體狀態(tài)、固態(tài)、液態(tài)和冷凍狀態(tài)之一儲存從輸出介質(zhì)中分離出的氫的步驟。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的方法，其特征在于，其還包括在所述儲存裝置中以液態(tài)在化合物NaBH4、KBH4和LiBH4中的至少一種內(nèi)儲存所述氫的步驟，這些化合物在有選定催化劑存在的情況下可釋放氫。
75.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述化學轉(zhuǎn)化器包括一個蒸汽重整裝置和一個高溫燃料電池，該方法還包括由燃料電池和重整裝置的熱能匹配特征確定所述燃料電池和所述重整裝置的容量，而不需要附加燃燒加熱的步驟，其中，重整裝置進行吸熱的重整反應且燃料電池進行放熱反應，其中，與燃料電池的化學匹配需求相比，該重整裝置具有更大的容量，由此，過量的重整裝置產(chǎn)生的重整過的燃料可被用于生產(chǎn)氫。
76.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述化學轉(zhuǎn)化器包括一個用于將燃料重整成氫的重整裝置和一個用于發(fā)電的燃料電池，其中，共生產(chǎn)的電能與氫之比約為2∶1。
77.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述化學轉(zhuǎn)化器包括布置在所述站中的一個用于將燃料重整成氫的重整裝置和一個用于發(fā)電的燃料電池，其中，所述站可在使用所述重整裝置以較低的共生產(chǎn)效率產(chǎn)生較少的氫的第一條件下運轉(zhuǎn)，或者可在使用所述燃料電池產(chǎn)生較少的電力的第二條件下運轉(zhuǎn)，由此需要來自燃燒過程的熱能以支持重整裝置的重整過程，進而達到低CO2的排放水平。
78.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，其還包括在進行處置前收集二氧化碳的步驟。
79.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述存儲步驟包括在一個復合的帶聚合物襯里的貯罐中儲存氫的步驟。
全文摘要
私用和輕型商用運輸車輛的選擇趨勢是可以達到零排放的電動或燃料電池車輛。通過一種使用轉(zhuǎn)換裝置的現(xiàn)場能量供應系統(tǒng)可以最好地滿足這些車輛對電池再充電的電力或運行燃料電池的氫的需求。這一途徑可導致對現(xiàn)今的汽車和卡車服務站行業(yè)的基礎(chǔ)設施進行最小的改變并能夠避免對電力行業(yè)的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生任何擾動。該現(xiàn)場氫/電力混合型轉(zhuǎn)化裝置是一個重整裝置和/或一個燃料電池?；蚴菨M足電池車輛對氫燃料的需求，或是為在電動車輛上使用的電池充電提供電力，該系統(tǒng)的輸出可產(chǎn)生變化。該種利用高溫固體氧化物燃料電池系統(tǒng)發(fā)電的現(xiàn)場分配的能量供應系統(tǒng)和一個用于產(chǎn)生氫的整體式蒸汽重整系統(tǒng)是最理想的途徑。一個這樣的能量供應系統(tǒng)對CO
文檔編號C01B3/38GK1543686SQ01823543
公開日2004年11月3日 申請日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者M·S·蘇, M S 蘇 申請人:茲特克公司