氫能供應(yīng)鏈的制作方法
【專利摘要】氫能供應(yīng)鏈?zhǔn)怯梢夯S、低溫儲(chǔ)罐、泵、汽化器、氣瓶、加氫機(jī)構(gòu)成；其工藝流程技術(shù)特征：氫氣資源地制氫生產(chǎn)出的氫氣經(jīng)液化氫氣工廠液化成液態(tài)氫，再經(jīng)低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具運(yùn)送到氫氣用戶市場地，經(jīng)泵加壓通過汽化器汽化成高壓氣態(tài)氫氣，充裝至氣瓶再經(jīng)加氫機(jī)完成對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力。本發(fā)明就是利用中國成熟的氫氣液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)群教祛I(lǐng)域的技術(shù)，向下游延伸，增加泵加壓和汽化器氣化成高壓的氫氣，再結(jié)合本人的加氣站已授權(quán)專利技術(shù)，形成一個(gè)完整的氫能供應(yīng)鏈。
【專利說明】
氫能供應(yīng)鏈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種氫氣供應(yīng)鏈的設(shè)備和方法，是一個(gè)從制出的氫氣到氫能用戶連續(xù)的全過程，屬于氫能領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]氫氣是一種燃燒熱值高、C02零排放的二次能源，每千克氫氣燃燒產(chǎn)生的熱量，大約是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。
[0003]由于氫氣是唯一能提供既沒有“溫室效應(yīng)”、又沒有任何污染的能源，取之不盡，用之不竭，人們逐漸認(rèn)識(shí)到:氫能技術(shù)將是21世紀(jì)最有前景，最能從根本上解決人類環(huán)境危機(jī)和能源危機(jī)的終極手段，相應(yīng)的氫燃料電池汽車是人類終極版本汽車，氫能與氫燃料電池汽車二者連接起來的唯一渠道就是加氫站。
[0004]近期，北京福田、鄭州宇通公司陸續(xù)推出氫燃料電池大客車，為我國加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展帶來了良機(jī)；
[0005]現(xiàn)在的加氫站技術(shù)來源于現(xiàn)有的天然氣加氣站原理建站成本高。
[0006]1、現(xiàn)有的天然氣加氣站工藝流程:
[0007]管道天然氣加氣母站:
[0008]管網(wǎng)中的天然氣4計(jì)量4脫水4去硫化物4緩沖罐4壓縮機(jī)加壓4對20MPa氣瓶拖車充氣；
[0009]母站對應(yīng)的子站:
[0010]20MPa氣瓶拖車—卸氣—加壓—站內(nèi)氣瓶組—加氣機(jī)—對CNG汽車加氣；
[0011]天然氣管網(wǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)加氣站:
[0012]管網(wǎng)中的天然氣—計(jì)量—脫水—去硫化物—緩沖罐—壓縮機(jī)加壓—站內(nèi)氣瓶組 —加氣機(jī)—對CNG汽車加氣；
[0013]現(xiàn)在的天然氣加氣站的共性是:不管是母站、子站、標(biāo)準(zhǔn)站都有壓縮設(shè)備，加氣站有了氣體壓縮設(shè)備，就會(huì)受到壓縮設(shè)備出口排氣量的限制，對應(yīng)的加氣槍的數(shù)量就會(huì)受到限制，相應(yīng)的工作效率就受到限制。特別是子母加氣站方式，每個(gè)子站還存在二次加壓過程和站內(nèi)儲(chǔ)氣瓶組，我們的普通物理知識(shí)都知道:對氣體壓縮做功排氣量大的設(shè)備不但體積龐大、投資巨大，而且還有巨大的能耗，有噪音和潤滑機(jī)油磨損污染排放。如果把這一工藝流程保留移植到加氫站上，顯然加氫站的氫氣壓縮機(jī)造價(jià)非常昂貴，排氣量非常小，推廣普及非常困難。
[0014]2、現(xiàn)在的加氫站:
[0015]站內(nèi)制氫供氫加氫站技術(shù)來源于天然氣管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)加氣站原理，S卩加氫站內(nèi)有制氫設(shè)備(如天然氣重整制氫)產(chǎn)生氫氣(相當(dāng)于天然氣管道輸送來的氣源)和加氣站設(shè)備的組合。
[0016]工藝流程:產(chǎn)生氫氣的原料—站內(nèi)制氫設(shè)備產(chǎn)生的氫氣—經(jīng)壓縮機(jī)加壓—到站內(nèi)氣瓶組—加氫機(jī)—對氫燃料電池汽車加氫氣；
[0017]北京奧運(yùn)會(huì)的加氫站，屬于站內(nèi)制氫供氫加氫站類型，制氫原料是管網(wǎng)中的天然氣，站內(nèi)制氫技術(shù)要求比較高，制氫和加氫兩種設(shè)備組合占地面積大，站內(nèi)制氫規(guī)模不會(huì)很大，導(dǎo)致制氫成本會(huì)很高，還有加氫設(shè)備運(yùn)行成本也很高，總體經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)降低很多。
[0018]國際上大多數(shù)國家都是采用這種建站技術(shù)，只是制氫設(shè)備不同而已，例如站內(nèi)水制氫等。這種單個(gè)建站方式顯然比加油站復(fù)雜的多、投資巨大，無法像加油站那樣簡單、高效，推廣普及難度較大。
[0019]外供氫加氫站技術(shù)來源于天然氣母站和子站原理，即從外面工廠(相當(dāng)于母站提供氣源)經(jīng)加氫站(子站)二次加壓完成對外加氣。
[0020]工藝流程:從外面工廠運(yùn)來的氫氣—卸氣—壓縮設(shè)備二次加壓—到站內(nèi)氣瓶組— 加氫機(jī)—對氫燃料電池汽車加氫氣；
[0021]上海安亭加氫站，屬于外供氫加氫站，運(yùn)來的氫氣在加氫站需要二次加壓，壓縮設(shè)備和站內(nèi)儲(chǔ)氣瓶組占地面積較大，運(yùn)行成本高，顯然經(jīng)濟(jì)效益不是最好，后改為充電站和加氫站的合建站，顯然是從經(jīng)濟(jì)的角度而為之。
[0022]3、現(xiàn)在的加氫站技術(shù)建站成本高難以大規(guī)模復(fù)制:
[0023]我國最早在北京、上海建了兩個(gè)加氫站，發(fā)展至今沒有在本地推廣起來，縱觀世界各國加氫站建設(shè)速度也很慢，數(shù)量也就是幾個(gè)或幾十個(gè)的遞增，與氫燃料電池汽車配套的加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后，制約了氫燃料電池汽車的發(fā)展，這是一個(gè)世界性難題，我們經(jīng)?？吹饺毡?、韓國的氫燃料電池汽車只能出口到美國加州地區(qū)銷售，世界其它地區(qū)包括中國在內(nèi)沒有辦法銷售其產(chǎn)品，可見加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要性，它關(guān)系著一個(gè)產(chǎn)業(yè)的興；S〇[〇〇24]我們分析加氫站為何如此難建:
[0025]首先，現(xiàn)在的加氫站技術(shù)來源于天然氣加氣站的工作原理，走了其工藝流程的老路;站內(nèi)制氫供氫加氫站增加了制氫設(shè)備，也就增加的投資和運(yùn)行成本;外供氫加氫站，由于氫氣是最輕的氣體，用壓縮氫氣的氣瓶拖車運(yùn)距離送氫氣和對氫氣二次加壓的成本提高了很多，幾乎達(dá)到能以承受的地步；[〇〇26] 再者，加氫站所需的氫氣純度要達(dá)到99.99%以上，壓力要到70MPa以上，每個(gè)站的氣體壓縮機(jī)要求非常高，所對應(yīng)的加氣槍的數(shù)量受到壓縮機(jī)出口排量的限制，加氣槍的數(shù)量沒有增加多少，但設(shè)備制造成本或投資呈幾何數(shù)增加，導(dǎo)致加氫站建設(shè)成本居高不下，難以大規(guī)模推廣開來；
[0027]其次，要考慮氫氣的來源和生產(chǎn)氫氣的制作成本，銷售氫氣的價(jià)格關(guān)系著加氫站的效益，當(dāng)前，站內(nèi)制氫供氫加氫站的站內(nèi)制氫設(shè)備投資很高，產(chǎn)氣量很低，設(shè)備折舊就很高，影響銷售價(jià)格，由于各地的資源不一樣即氫氣來源不一樣，站內(nèi)制氫供氫加氫站建站模式難以統(tǒng)一，沒有一個(gè)統(tǒng)一的模式就難以復(fù)制推廣；
【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]我們總結(jié)【背景技術(shù)】:加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是一個(gè)世界性難題，失敗的主要原因是沒有從制氫源頭開始通盤考慮全程氫能供應(yīng)每個(gè)環(huán)節(jié)的價(jià)格及成本，各國僅限在加氫站點(diǎn)局部考慮了加氫過程、或者是局部考慮制氫加氫組合過程，作坊式制氫與小排氣量加氫，全程采用氣體壓縮機(jī)加壓做功完成加氣功能，表現(xiàn)在下面兩種加氫站的建設(shè)成本非常高，具體建站工藝流程如下:站內(nèi)制氫供氫加氫站，站內(nèi)制氫，屬于小規(guī)模制氫，作坊式制氫，制氫成本比較高、再用氫氣氣體壓縮機(jī)設(shè)備對氫氣加壓，整體造價(jià)高;外供氫加氫站，氫氣的生產(chǎn)地和氫氣的使用地距離較遠(yuǎn)，用壓縮氫氣氣瓶拖車運(yùn)輸效率太低，在加氣環(huán)節(jié)還是保留了天然氣加氣站的工藝流程，還要用氣體壓縮機(jī)做功，卸氣轉(zhuǎn)儲(chǔ)至站內(nèi)儲(chǔ)氣瓶組，這種傳統(tǒng)落后的老舊工藝流程至今沒有任何改變，由于氫氣非常輕，氫氣氣體壓縮機(jī)加壓環(huán)節(jié)及壓縮氫氣的氣瓶拖車長距離運(yùn)輸環(huán)節(jié)成本非常高，總體影響加氫站的建設(shè)，加氫站的建設(shè)滯后，一直制約氫燃料電池汽車的發(fā)展，氫能經(jīng)濟(jì)一直沒有建立起來。
[0029]本發(fā)明思路，采用全新的加氫站工藝流程，一方面減少加氫站設(shè)備、降低加氫站設(shè)備投資成本、運(yùn)行成本；另一方面，降低氫氣成本；如何做到，必須把加氫站環(huán)節(jié)向上游延伸，全過程包括制氫后的儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫等環(huán)節(jié)，我們這里引出氫能供應(yīng)鏈的技術(shù)方案，氫能供應(yīng)鏈?zhǔn)侵赴褮錃赓Y源地生產(chǎn)出的氫氣和氫氣用戶地用氫設(shè)備連接起來的全過程;比方說:一般來講，氫氣資源地制氫(例如內(nèi)蒙古褐煤產(chǎn)地)和氫氣用戶地(北京是氫燃料電池大巴汽車用戶使用市場地)相距很遠(yuǎn)，整個(gè)過程包含了氫氣的儲(chǔ)、運(yùn)、加氣等環(huán)節(jié)。
[0030]技術(shù)方案:
[0031]氫能供應(yīng)鏈?zhǔn)怯梢夯S、低溫儲(chǔ)罐、栗、汽化器、氣瓶、加氫機(jī)構(gòu)成;其工藝流程技術(shù)特征:氫氣資源地制氫生產(chǎn)出的氫氣經(jīng)液化氫氣工廠液化成液態(tài)氫，再經(jīng)低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具運(yùn)送到氫氣用戶市場地，經(jīng)栗加壓通過汽化器汽化成高壓氣態(tài)氫氣，充裝至氣瓶再經(jīng)加氫機(jī)完成對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力。[〇〇32]結(jié)合圖1敘述:[〇〇33]圖1是氫能供應(yīng)鏈意圖；
[0034]1、表示氫氣資源地制氫生產(chǎn)出的氫氣需液化的液化工廠；2、表示低溫儲(chǔ)罐槽車；3、表不低溫儲(chǔ)罐;4、表不低溫柱塞栗；5、表不低溫潛液栗;6、表不汽化器;7、表不固定儲(chǔ)氣瓶組;8、表不氣瓶組拖車;9、表不氣態(tài)加氫機(jī);10、表不液體加氫機(jī)。[〇〇35]下面括號(hào)內(nèi)數(shù)字就是圖1中所表示的設(shè)備。
[0036]氫能供應(yīng)鏈?zhǔn)怯梢夯S(1)、低溫儲(chǔ)罐(2、3)、栗(4、5)、汽化器(6)、氣瓶(7、8)、 加氫機(jī)(9、10)構(gòu)成;其工藝流程技術(shù)特征:氫氣資源地制氫生產(chǎn)出的氫氣經(jīng)液化氫氣工廠 (1)液化成液態(tài)氫，再經(jīng)低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具(2)運(yùn)送到氫氣用戶市場地，經(jīng)栗(4)加壓通過汽化器(6)汽化成高壓氣態(tài)氫氣，充裝至氣瓶(7、8)再經(jīng)加氫機(jī)(9)完成對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力。
[0037]這里強(qiáng)調(diào)，經(jīng)5、表示低溫潛液栗和10、表示液體加氫機(jī)給氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。沒有經(jīng)過汽化器就是液體氫氣加注到氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶中的還是液體氫氣至額定壓力，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0038]液化工廠(1 )，其技術(shù)特征:是指氫氣的液化工廠或裝置，其主要功能是把氣相氫氣經(jīng)液化工廠零下253度的冷箱液化成液相氫氣，進(jìn)入低溫儲(chǔ)罐待中轉(zhuǎn)儲(chǔ)存;這種設(shè)備和技術(shù)在中國是成熟的高新技術(shù)；中國航天科技集團(tuán)公司研制的液氫液氧燃料的長征五號(hào)系列運(yùn)載火箭，芯一級用的是液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)，2臺(tái)51噸推力，液氧液氫加起來總共158噸。在中國，液氫做火箭燃料，已有多年的歷史，液化氫氣的液化工廠是現(xiàn)有成熟的技術(shù)。
[0039]低溫儲(chǔ)罐，其技術(shù)特征:包括氫氣資源地與液化工廠配套的固定儲(chǔ)罐和氫氣用戶使用市場地與栗配套的固定儲(chǔ)罐(3)，還包括運(yùn)輸液氫的低溫儲(chǔ)罐槽車(2)、低溫儲(chǔ)罐輪船等運(yùn)輸工具，稱低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具(2)。
[0040]上述液化工廠和低溫儲(chǔ)罐及氫氣運(yùn)輸與裝卸，在中國航天科技集團(tuán)公司、中國火箭研究設(shè)計(jì)院等相關(guān)單位都是非常成熟的現(xiàn)有技術(shù)和常用的設(shè)備，有對氣態(tài)氫氣液化成液相氫氣，并對液相氫氣儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸等操作規(guī)則。本發(fā)明就是利用中國成熟的氫氣液化、 儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)群教祛I(lǐng)域的技術(shù)，向下游延伸，增加栗加壓和汽化器氣化成高壓的氫氣，再結(jié)合本人的加氣站已授權(quán)專利技術(shù)，形成一個(gè)完整的氫能供應(yīng)鏈。
[0041]氫氣資源地制氫，其技術(shù)特征是:氫是二次能源，可以從很多種渠道獲得，包括原油，天然氣，沼汽，農(nóng)作物秸桿和有機(jī)廢水，常見的有水電解制氫、煤炭氣化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉(zhuǎn)化制氫等，最好的方法是太陽能制氫;在各地利用各種氫氣資源用各種方法或技術(shù)制氫，一般是指在各地利用各種氫氣資源大規(guī)模工廠化制氫，目的是利用各地資源稟賦價(jià)格優(yōu)勢，大規(guī)模工廠化制氫就是降低氫氣成本，只有取得非常便宜的氫氣，才能使得本發(fā)明的氫能供應(yīng)鏈末端加氫站環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)效益有使用價(jià)值和市場競爭力。[〇〇42]我國是褐煤第一大國，褐煤分布全國各地，中國神華集團(tuán)是全世界第一的煤氣化公司，有80臺(tái)煤氣化爐，在鄂爾多斯已經(jīng)做到氫氣生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)二氧化碳的封存，整個(gè)氫氣的生產(chǎn)過程中是可以做到低碳或者是說零排放，可以提供四千萬輛燃料電池汽車用氫。 其價(jià)格是石油價(jià)格的十分之一，具有競爭力，為國內(nèi)各地提供大量的氫源。我國各地還有 “棄風(fēng)”、“棄光”、“棄核”的問題。全國各地都有電能過剩的情況，利用放棄的風(fēng)電、光電、核電等電解水制氫，為氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了潛在的最清潔的制氫技術(shù)路線。這些說明氫氣資源地分布在全國各地，如褐煤產(chǎn)地即氫氣資源地明顯遠(yuǎn)離城市即氫氣使用市場地。[〇〇43]本發(fā)明把降低氫氣的成本推向氫能供應(yīng)鏈的最前端，讓最前端的氫氣價(jià)格最便宜，如何保持氫氣價(jià)格最便宜移植到氫能供應(yīng)鏈最末端即加氫站終端，接下來采取:
[0044]生產(chǎn)出的氫氣經(jīng)液化氫氣工廠(1)液化成液態(tài)氫，其技術(shù)特征是:液化氫氣工廠一舉兩得，工廠化大規(guī)模制氫與液化，一則把氫氣提純了，二則把氣態(tài)的氫氣變成了液態(tài)氫氣，目的是方便運(yùn)輸，降低運(yùn)輸成本，意想不到效果是液態(tài)氫氣用栗加壓更容易和能耗更低了，取得高壓氣態(tài)氫氣的量更大了。
[0045]再經(jīng)低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具(2)運(yùn)送到氫氣用戶市場地，其技術(shù)特征:低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具包含低溫槽車(2)、低溫儲(chǔ)罐船等，滿足低溫零下253度液態(tài)氫氣運(yùn)輸要求的運(yùn)輸工具;氫氣用戶市場地，是指使用氫氣的所有用戶，包括使用氫氣的氫燃料電池所在的地區(qū)，剛開始人口密集的城市大量使用氫燃料電池汽車一定是氫氣用戶市場地。
[0046]本發(fā)明有兩個(gè)概念，氫氣資源地和氫氣用戶市場地。在本發(fā)明的氫能供應(yīng)鏈中這兩個(gè)地方一般有距離的概念，如果比較遠(yuǎn)這兩個(gè)地方區(qū)間內(nèi)采用壓縮氫氣氣瓶拖車運(yùn)輸顯然成本最高，增加的運(yùn)輸成本使得氫氣的價(jià)格優(yōu)勢喪失?，F(xiàn)有的外供氫加氫站就是這樣的， 如上海安亭加氫站采用的就是采用壓縮氫氣氣瓶拖車運(yùn)輸，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益受到影響。在這兩個(gè)地方距離之間采用本發(fā)明的低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具運(yùn)送最佳。
[0047]經(jīng)栗加壓通過汽化器汽化成高壓氣態(tài)氫氣，汽化器技術(shù)特征:其汽化器管路耐高壓大于90MPa壓力的空溫式、水浴式等汽化器，是現(xiàn)有成熟技術(shù);栗，技術(shù)特征是:包括低溫潛液栗(5)，具有加壓功能，還包含有低溫加壓栗(4)，即柱塞栗，把液態(tài)加壓到所需的壓力， 例如，柱塞栗，把入口壓力為0.1MPa的液態(tài)氫氣加壓到90MPa的液態(tài)氫氣，再經(jīng)過汽化器汽化成相等的高壓氣態(tài)氫氣，即把90MPa的液態(tài)氫氣通過汽化器汽化成90MPa的高壓氣態(tài)氫氣;我們得到這樣的高壓氫氣量比較大，為下一環(huán)節(jié)加氫站提供非常便宜的高壓氣態(tài)氫氣， 這是本發(fā)明的氫能供應(yīng)鏈的核心技術(shù)，為什么要這樣呢？[〇〇48]普通物理知識(shí)告訴我們:對氣體加壓非常困難，氣體壓縮設(shè)備如果要求排氣量大， 則設(shè)備體積巨大，耗能巨大，特別是對氣態(tài)氫氣壓縮或加壓更困難，因?yàn)闅錃赓|(zhì)量最輕;氫氣純度達(dá)到99.99%以上，對壓縮機(jī)要求非常高，一方面，壓縮機(jī)氣缸行程潤滑過程中不能有一絲絲潤滑油的污染；另一方面，出口壓力要到35MPa或70MPa以上，更高的要求是:氫氣壓縮機(jī)的出口排氣要達(dá)到一定的排氣量，這三個(gè)要求使得氫氣壓縮機(jī)造價(jià)非常昂貴;市場上幾乎沒有大排氣量高壓氫氣壓縮機(jī)，全世界沒有幾把加氫槍同時(shí)加氫氣的加氫站，都是小排量的氫氣增壓機(jī)構(gòu)成的加氫站。就是小排量的加氫站造價(jià)都在千萬歐元以上，所以全世界各國加氫站僅是呈個(gè)位數(shù)增長，這個(gè)技術(shù)瓶頸限制加氫站大規(guī)模高速發(fā)展，這在本發(fā)明中一定要攻克或解決得非常完美。
[0049]解決的辦法是:不用氣體壓縮機(jī);我們知道對液體加壓非常簡單，例如對水加壓， 設(shè)備小，效率高，能耗低，本發(fā)明采用栗加壓，用栗對液態(tài)氫氣加壓，低溫氫氣液體物理特性:解決了栗的潤滑和加壓腔發(fā)熱問題，得到的高壓液態(tài)氫氣的量是巨大的，緊接著后面的高壓汽化器沒有能耗，直接把高壓的液態(tài)氫氣汽化成等高壓的氣態(tài)氫氣，僅進(jìn)行了相變，沒有能耗，得到大量的我們需要的高壓氫氣，意外效果是完全達(dá)到了不用氣體壓縮機(jī)降低成本，取得大量的高壓氫氣利于下一個(gè)環(huán)節(jié)加氫站用自身壓力完成對外加注氫氣。[〇〇5〇]氣瓶，其技術(shù)特征:氣瓶可以是固定的儲(chǔ)氣瓶組(7)，氣瓶還可以是氣瓶拖車上的儲(chǔ)氣瓶(8)，還可以是燃料電池汽車上的儲(chǔ)氣瓶(沒有畫出，還是液相的氣瓶)；
[0051]加氫機(jī)，其技術(shù)特征是:由傳感器、氫氣計(jì)量計(jì)、閥構(gòu)成，完成對氫氣的計(jì)量，符合貿(mào)易規(guī)則。其中氫氣計(jì)量計(jì)包含低溫液相計(jì)量計(jì)和壓縮氫氣計(jì)量計(jì)；當(dāng)安裝的氫氣計(jì)量計(jì)是液相低溫計(jì)量計(jì)，其加氫機(jī)就是液相氫氣加氫機(jī)(10);當(dāng)安裝的氫氣計(jì)量計(jì)是壓縮氫氣計(jì)量計(jì)，其加氫機(jī)就是壓縮氫氣加氫機(jī)(9)。
[0052]儲(chǔ)氣瓶，其技術(shù)特征:包括氣態(tài)儲(chǔ)氫瓶，液態(tài)儲(chǔ)氫瓶，金屬化合物儲(chǔ)氫瓶等;氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶為液態(tài)儲(chǔ)氫瓶，前面的汽化器可以省略，通過栗(5)和加氫機(jī)(10)加壓直接加入儲(chǔ)氫瓶中；所以，本發(fā)明的工藝流程保護(hù)范圍還包括節(jié)省汽化器這一環(huán)節(jié)，直接用栗(5) 和加氫機(jī)(10)對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加注液相氫氣。本權(quán)利要求書中的汽化器是非必要條件，這里再次強(qiáng)調(diào):本發(fā)明把氫氣液化，運(yùn)輸?shù)绞袌龅?，用栗做功，加到用氫的設(shè)備中都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。[〇〇53]額定壓力，其技術(shù)特征:是指儲(chǔ)氣瓶的工作壓力，可以根據(jù)儲(chǔ)氫瓶的用途人為制定，例如:氫燃料電池汽車上的儲(chǔ)氣瓶的額定壓力可以是35MPa、70MPa;壓力越高存儲(chǔ)的氫氣越多，行駛的里程就越遠(yuǎn)。
[0054]氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶，其技術(shù)特征:氫燃料電池及配套的儲(chǔ)氣瓶安裝在汽車上，就是氫燃料電池汽車，車上的儲(chǔ)氣瓶的額定壓力可以是35MPa、70MPa;氫燃料電池及配套的儲(chǔ)氣瓶安裝在叉車上，就是氫燃料電池叉車;氫燃料電池及配套的儲(chǔ)氣瓶作為發(fā)電機(jī)，就是發(fā)電站設(shè)備;本發(fā)明所述的氫燃料電池及配套的儲(chǔ)氣瓶可以安裝在任何設(shè)備上提供電源或能量;所以，氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶，其權(quán)利保護(hù)范圍是:所有安裝氫燃料電池及配套的儲(chǔ)氣瓶的設(shè)備或運(yùn)輸工具，涵蓋所用用氫設(shè)備。換句話說，只要是用氫的設(shè)備都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，或者說，氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶包含了所有氫氣用戶。
[0055]充裝至氣瓶(7、8)再經(jīng)加氫機(jī)(9)完成對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力，其技術(shù)特征是:氣瓶可以是固定的儲(chǔ)氣瓶組(7)，通過加氫機(jī)對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力的氫氣;氣瓶還可以是氣瓶拖車上的儲(chǔ)氣瓶(8)，和加氫機(jī)(9)構(gòu)成加氫站，不論是否需要壓縮機(jī)二次加壓都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，這里本發(fā)明優(yōu)選不要壓縮機(jī)二次加壓的工藝流程，本發(fā)明末端氣瓶和加氫機(jī)構(gòu)成的加氫站，優(yōu)選采用本人的另外三個(gè)發(fā)明專利，分別是:一種加氣機(jī)和由其構(gòu)成的加氣站(ZL200910141153.7); —種車載儲(chǔ)氣瓶組拖車式加氣站(ZL201410097130.1);車載儲(chǔ)氣瓶組拖車(ZL201410060518.4)與本發(fā)明配套，無需二次加壓。體現(xiàn)本發(fā)明的最大優(yōu)勢，直接用氣瓶拖車完成對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力的氫氣。如何不再需要壓縮機(jī)二次加壓的原理，在本人已經(jīng)授權(quán)的發(fā)明專利中已經(jīng)講解非常清楚，下面簡要說明一下:
[0056]充裝至氣瓶再經(jīng)加氫機(jī)完成對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力，要求充裝到氣瓶中的壓力要大于氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿的額定壓力，例如:[〇〇57]氫燃料電池汽車儲(chǔ)氣瓶額定壓力是20MPa，我們采用25MPa的儲(chǔ)氣瓶拖車到加氫站，加氫站就用氣瓶拖車和加氣機(jī)用快速接頭直接連接完成對外加氣，兩輛這樣氣瓶拖車循環(huán)，加氫站就不再需要?dú)怏w壓縮機(jī)了，只有這兩種設(shè)備簡化了加氣站工藝流程，更為簡單、安全、高效；[〇〇58]同理，氫燃料電池汽車中的儲(chǔ)氣瓶額定壓力是35MPa，我們采用45MPa的氣瓶拖車到加氫站，完成對外加氫氣；[〇〇59]氫燃料電池汽車中的儲(chǔ)氣瓶額定壓力是70MPa，我們采用85MPa的氣瓶拖車到加氣站，完成對外加氫氣；它可以加滿儲(chǔ)氣瓶額定壓力分別是20MPa、35MPa、70MPa的氫燃料電池汽車，85MPa的氣瓶拖車效率最高。
[0060]加氫機(jī)(9)可以單獨(dú)作為一臺(tái)設(shè)備使用，與氣瓶拖車一起構(gòu)成加氫站，如在ZL 200910141153.7專利中:[0061 ]加氫機(jī)(9 )可以和氣瓶拖車(8 ) —起構(gòu)成氣瓶拖車式加氫站。如在 ZL201410097130.1 專利中；
[0062]氣瓶(7、8)和加氫機(jī)(9)是一個(gè)加氫站的環(huán)節(jié)，作為氫能供應(yīng)鏈末端加氫站，優(yōu)選不再用壓縮機(jī)二次增壓，其所需的高壓氫氣來自于上一個(gè)環(huán)節(jié)的液態(tài)氫氣栗的加壓得到的，用栗對液體加壓得到高壓液體，非常簡單高效，設(shè)備體積非常小，耗能非常低，處理量非常高，用汽化器把高壓的液相氫氣相變汽化成等高壓的氣態(tài)氫氣，這是本發(fā)明的核心技術(shù)。
[0063]本發(fā)明是把本人的有關(guān)專利技術(shù)與中國成熟的航天技術(shù)進(jìn)行整合形成氫能供應(yīng)鏈，其中本人加氣站方面的專利技術(shù)也是本專利氫能供應(yīng)鏈末端加氫站的組成部分，是總體發(fā)明構(gòu)思中的幾個(gè)發(fā)明點(diǎn)可以分案申請的專利，不對本案總體發(fā)明構(gòu)思?xì)淠芄?yīng)鏈，發(fā)生專利新穎性抵觸申請。
[0064]再次強(qiáng)調(diào):本案是氫能領(lǐng)域，本領(lǐng)域是低溫零下253度的運(yùn)行與操作，其本發(fā)明的設(shè)備只適合本領(lǐng)域的低溫設(shè)備，其他領(lǐng)域的設(shè)備不能在本案低溫零下253度環(huán)境下運(yùn)行，與本案沒有可比性，不發(fā)生專利新穎性抵觸申請。
[0065]本發(fā)明需要本人的多年積累，是本人來自于天然氣技術(shù)領(lǐng)域知識(shí)積累的再次發(fā)明創(chuàng)造，因?yàn)?，氫能領(lǐng)域溫度在零下253度，需要發(fā)揮創(chuàng)造性勞動(dòng)才能設(shè)計(jì)出中國特色的氫能供應(yīng)鏈，把復(fù)雜多變的各種制氫、、運(yùn)氫、加氫方式歸納集成本發(fā)明的一種可復(fù)制的氫能供應(yīng)鏈。
[0066]其技術(shù)顯著進(jìn)步是:供應(yīng)鏈全程不用高壓氣體壓縮機(jī);各種方式各種資源大規(guī)模工業(yè)化制氫可以降低成本;氫氣液化一方面提純氫氣、另一方面液化的氫氣用低溫槽車運(yùn)輸比壓縮氫氣氣瓶拖車運(yùn)輸成本降低很多；液化氫氣用低溫栗加壓非常容易，設(shè)備體積小耗電少，液體處理量大;汽化器是把高壓的液相氫氣相變汽化成等高壓的氣相氫氣，與空氣交換熱量，不消耗電能，氣化量大;氫氣用戶使用市場地的氣瓶和加氫機(jī)是加氫站終端。加氫站終端采用本發(fā)明的另外三個(gè)分案申請專利，實(shí)現(xiàn)了無動(dòng)力加氣工藝。這種工作方式最大技術(shù)進(jìn)步是可以高效、快捷、安全、大規(guī)模呈幾何數(shù)增長復(fù)制加氫站。[〇〇67]有益效果
[0068]1、本發(fā)明尋求氫氣資源地，在氫氣資源地采用各種方式大規(guī)模工業(yè)化制氫可以降低氫氣成本;生產(chǎn)出的氫氣再經(jīng)過液化工廠，一方面提純氫氣、另一方面液化的氫氣用低溫槽車運(yùn)輸比壓縮氫氣氣瓶拖車運(yùn)輸成本降低很多;氫氣資源地制氫生產(chǎn)出的氫氣到氫氣使用地(市場)距離很遠(yuǎn)，不再用壓縮氫氣的氣瓶拖車遠(yuǎn)距離運(yùn)輸；
[0069]2、在氫氣使用市場地，液化氫氣用低溫栗加壓非常容易，設(shè)備體積小、耗電少、加壓液體處理量大；
[0070]3、汽化器是把高壓的液相氫氣相變汽化成等高壓的氣相氫氣，與空氣交換熱量， 不消耗電能，氣化量大；[〇〇71]4、供應(yīng)鏈全程不用高壓氣體壓縮機(jī);這是本發(fā)明最顯著的技術(shù)進(jìn)步，把對氣體加壓改為對液體加壓，沒有了高壓氣體壓縮機(jī)不但降低的造價(jià)，也節(jié)省了運(yùn)行成本，更利于本發(fā)明產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化復(fù)制加氫站網(wǎng)絡(luò)。
[0072]5、氫氣使用市場地的氣瓶和加氫機(jī)是加氫站終端。在氫氣使用市場地使用氣瓶拖車短距離運(yùn)輸，利于加氫站布局，加氫站終端優(yōu)選采用本發(fā)明的另外三個(gè)分案申請的專利， 實(shí)現(xiàn)了無動(dòng)力加氣工藝流程，完全區(qū)別于現(xiàn)有加氫站技術(shù)路線。這種工作方式最大技術(shù)進(jìn)步是可以高效、快捷、安全、大規(guī)模呈幾何數(shù)增長復(fù)制加氫站。[〇〇73]6、本發(fā)明供應(yīng)鏈中的每個(gè)環(huán)節(jié)都是為了降低成本，同時(shí)又為下一個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)省成本，把上游最前端的制氫生產(chǎn)出的最便宜的氫氣一直保留到最下游終端即加氫站，讓加氫站能做到零損耗、零做功、大氣量完成對用氫設(shè)備加注。
[0074]7、本發(fā)明氫能供應(yīng)鏈，實(shí)現(xiàn)上下游工業(yè)化生產(chǎn)制氫、運(yùn)氫、加壓和大規(guī)模呈幾何數(shù)增長復(fù)制加氫站網(wǎng)絡(luò)對接，把上游千變?nèi)f化的制氫、運(yùn)氫、儲(chǔ)氫一起集中到下游終端加氫站為統(tǒng)一規(guī)格、統(tǒng)一設(shè)備、統(tǒng)一運(yùn)行模式，可以大規(guī)模復(fù)制，把現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的、多樣的各種條件、工況一起集中到加氫站環(huán)節(jié)，最后使得加氫站達(dá)到最為簡單、高效、安全、快捷，這是我們的核心技術(shù)，這是我們敢于和加油站媲美的一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢，是氫能經(jīng)濟(jì)取代石油經(jīng)濟(jì)最佳供應(yīng)鏈方案。[〇〇75]8、在中國實(shí)施該發(fā)明，一則，發(fā)揮了我國航天領(lǐng)域中的氫能技術(shù)優(yōu)勢，帶動(dòng)各種技術(shù)各種資源制氫工廠、液化工廠、低溫儲(chǔ)罐、低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具、栗、氣瓶、加氫機(jī)等一大批產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展，更帶動(dòng)相關(guān)氫燃料電池向前發(fā)展，形成一個(gè)巨大的氫能經(jīng)濟(jì)；自供能源，不再依賴石油;可以實(shí)現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，二則，加氫站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和我國的氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)可以形成中國特色氫能，作為第二個(gè)中國“高鐵”向全世界各地推廣。正如全球?qū)κ透叨纫蕾噷?dǎo)致了石油經(jīng)濟(jì)一樣，氫能的廣泛應(yīng)用將影響到每個(gè)人生活的方方面面，進(jìn)而成為主導(dǎo)經(jīng)濟(jì)的主要因素和工業(yè)的血液。由于氫能技術(shù)特別是氫燃料電池技術(shù)不但可以驅(qū)動(dòng)汽車，船只和飛機(jī)，還可以為手機(jī)，電腦，工廠及家庭提供穩(wěn)定高效無污染電源，實(shí)際上氫能經(jīng)濟(jì)比石油經(jīng)濟(jì)的影響還要廣大和深遠(yuǎn)?！靖綀D說明】
[0076]圖1是氫能供應(yīng)鏈意圖；
[0077]1、表示氫氣資源地制氫生產(chǎn)出的氫氣需液化的液化工廠；2、表示低溫儲(chǔ)罐槽車； 3、表不低溫儲(chǔ)罐;4、表不低溫柱塞栗；5、表不低溫潛液栗;6、表不汽化器;7、表不固定儲(chǔ)氣瓶組;8、表不氣瓶組拖車;9、表不氣態(tài)加氫機(jī);10、表不液體加氫機(jī)。實(shí)施例[〇〇78] 實(shí)施例:
[0079]在中國神華集團(tuán)鄂爾多斯褐煤氫氣資源地大工廠化煤制氫氣，生產(chǎn)出的大量的氫氣價(jià)格非常便宜，但是，離北京氫氣用戶地非常遠(yuǎn);顯然，如果用壓縮氫氣氣瓶拖車在氫氣資源地鄂爾多斯和北京氫氣用戶地之間運(yùn)輸氫氣顯然成本非常高，高的難以忍受，采用這樣的運(yùn)輸方法，氫氣價(jià)格沒有任何優(yōu)勢，市場難以接受;再者，用壓縮氫氣氣瓶拖車運(yùn)送到北京的加氫站，還要用氫氣壓縮機(jī)二次加壓，運(yùn)行成本非常高，這種方案不可行；
[0080]過去不得已，就采用站內(nèi)制氫供氫加氫站技術(shù)吧，從天然氣管網(wǎng)中，抽取天然氣重整氫氣，首先，天然氣制氫成本非常高，還要提純，加壓，這一套工藝流程下來成本還是高， 站內(nèi)制氫屬于作坊式制氫，量不大，占地面積很大，耗電量更大，在北京城區(qū)推廣起來比較困難。[0081 ]現(xiàn)在采用本發(fā)明氫能供應(yīng)鏈方案，在圖1中所示:
[0082]在鄂爾多斯褐煤氫氣資源地，大規(guī)模煤制氫氣，價(jià)格0.3元出廠價(jià);經(jīng)液化工廠(1) 液化氫氣，得到純凈的液態(tài)氫氣，液化的過程也就是提純的過程，液化成本增加〇.05元;經(jīng)低溫槽車(2)在氫氣資源地和北京氫氣用戶地之間往返運(yùn)輸，運(yùn)輸成本增加0.1元，送到氫氣用戶地北京城市周圍，卸載至儲(chǔ)罐(3)中，卸完后再去液化工廠充裝，不斷往復(fù)運(yùn)輸，用槽車運(yùn)輸費(fèi)用最低。[〇〇83]經(jīng)潛液栗(5)和液態(tài)加氫機(jī)(10)，對氫燃料的儲(chǔ)氫瓶加注液體氫氣(這個(gè)工藝流程也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi))；權(quán)利要求書中的汽化器是非必要條件，這里再次強(qiáng)調(diào)。[〇〇84] 經(jīng)柱塞栗(4)加壓至90MPa的液相壓力，經(jīng)汽化器汽化相變成等壓90MPa的氣態(tài)氫氣，充裝到氣瓶(7)，經(jīng)氣態(tài)加氫機(jī)(9)對氫燃料的儲(chǔ)氫瓶加滿至額定壓力分別為20MPa、 35MPa、70MPa;[〇〇85] 經(jīng)柱塞栗(4)加壓至90MPa的液相壓力，經(jīng)汽化器汽化相變成等壓90MPa的氣態(tài)氫氣，充裝到氣瓶(8)拖車中，該氣瓶拖車在北京短距離各個(gè)加氫站，不再需要?dú)怏w壓縮機(jī)二次加壓，經(jīng)氣態(tài)加氫機(jī)(9)對氫燃料的儲(chǔ)氫瓶加滿至額定壓力分別為20MPa、35MPa、70MPa， 增加成本0.1元；
[0086]在圖1中，我們看出對氣瓶拖車(8)對應(yīng)很多個(gè)加氫站，每個(gè)加氫站又可以對應(yīng)很多加氫機(jī)同時(shí)加氫氣，每個(gè)加氫站可以做到零損耗、零做功對外加氫氣，運(yùn)行成本非常低。這是本發(fā)明最大的亮點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)建加氫站速度呈幾何數(shù)增長，本氫能供應(yīng)鏈中的加氫站終端可以做到比加油站還要簡單、安全、高效的技術(shù)效果。
[0087]到最后每立方氫氣銷售價(jià)格為:0.3元(出廠價(jià))+0.05元(液化成本)+0.1元(運(yùn)輸成本)+0.1元(液態(tài)加壓成本)+0.1元(毛利潤)=0.65元，數(shù)字未必精準(zhǔn)，但說明每一環(huán)節(jié)成本不高，沒有氣體壓縮機(jī)設(shè)備和能耗，大大降低了成本，把氫氣資源地的氫氣價(jià)格優(yōu)勢一直保留到氫氣用戶端，論證了本發(fā)明的氫能供應(yīng)鏈的設(shè)備選型正確，工藝流程合理。
[0088]本案例，同樣適合各種資源制氫在各地再液化到加氫站末端本氫能供應(yīng)鏈運(yùn)作。
[0089]本氫能供應(yīng)鏈可以大規(guī)模復(fù)制，不管什么資源什么方式制氫，只要生產(chǎn)出大量的氫氣，都可以用本發(fā)明的氫能供應(yīng)鏈復(fù)制，把各種資源各種技術(shù)大量生產(chǎn)出的氫氣最終都通過本發(fā)明末端加氫站高效、安全、快捷與氫氣用戶連接起來。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氫能供應(yīng)鏈?zhǔn)怯梢夯S、低溫儲(chǔ)罐、栗、汽化器、氣瓶、加氫機(jī)構(gòu)成；其工藝流 程技術(shù)特征:氫氣資源地制氫生產(chǎn)出的氫氣經(jīng)液化氫氣工廠液化成液態(tài)氫，再經(jīng)低溫儲(chǔ)罐 運(yùn)輸工具運(yùn)送到氫氣用戶市場地，經(jīng)栗加壓通過汽化器汽化成高壓氣態(tài)氫氣，充裝至氣瓶 再經(jīng)加氫機(jī)完成對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力。2.建立一種氫能供應(yīng)鏈的方法，氫能供應(yīng)鏈?zhǔn)怯梢夯S、低溫儲(chǔ)罐、栗、汽化器、氣 瓶、加氫機(jī)構(gòu)成;其工藝流程技術(shù)特征:氫氣資源地制氫生產(chǎn)出的氫氣經(jīng)液化氫氣工廠液化 成液態(tài)氫，再經(jīng)低溫儲(chǔ)罐運(yùn)輸工具運(yùn)送到氫氣用戶市場地，經(jīng)栗加壓通過汽化器汽化成高 壓氣態(tài)氫氣，充裝至氣瓶再經(jīng)加氫機(jī)完成對氫燃料電池的儲(chǔ)氣瓶加滿至額定壓力。
【文檔編號(hào)】F17C7/04GK106090599SQ201610529446
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】沈軍
【申請人】沈軍