початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2265920

СИСТЕМА ПОСТАЧАННЯ ВОДНЕМ І МОБІЛЬНИЙ СИСТЕМА ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВОДНЮ

Ім'я винахідника: Сімізу Таку (JP); ІЙДЗІМА Масакі (JP); Хірано Масахиро (JP); Кобаясі Казуто (JP); Огут Акіра (JP); Курода Кенносуке (JP)
Ім'я патентовласника: МИЦУБИСИ ХЕВІ ІНДАСТРІЗ, ЛТД. (JP)
Адреса для листування: 103735, Москва, вул. Іллінка, 5/2, ТОВ "Союзпатент", пат.пов. С.Б.Феліциной
Дата початку дії патенту: 2003.08.06

Винахід відноситься до систем постачання воднем, яка використовується для заправки автомобілів, що працюють на паливних елементах. Згідно винаходу система постачання воднем включає в себе пункт постачання воднем і мобільну систему отримання водню, а отриманий за допомогою мобільної системи водень подають в пункт постачання воднем. Технічним результатом винаходу є створення системи постачання воднем з максимальним використанням існуючої інфраструктури.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до системи постачання воднем і мобільну систему отримання водню, які використовуються для автомобілів, що працюють на паливних елементах, і для розподілених технічних засобів, що працюють на паливних елементах.

В даний час ведуться активні розробки автомобілів, що використовують як джерело енергії паливні елементи, і децентралізованої апаратури на паливних елементах. Наприклад, автомобілі, що приводяться в дію паливним елементом, які отримують водень з навісного резервуара, реалізують принцип, який полягає в тому, що в паливний елемент подають водень для отримання електричної енергії, і отриманої електричною енергією наводиться в дію двигун. Такий принцип забезпечення енергією застосуємо до всіх транспортних засобів, що включає не тільки автомобілі, що рухаються на чотирьох колесах, а й мотоцикли, що йдуть по рейках поїзди і т.п. Використання пристрою, приводний механізм якого працює за рахунок енергії паливного елемента, дозволяє досягти високої ефективності споживання енергії, зменшити викид _СО2 і майже виключити викид _NO X. Для навколишнього середовища викиди CO ₂ і _NO X представляють собою глобальну проблему.

Відповідно до однієї із запропонованих систем для автомобіля, що приводиться в дію паливними елементами, в автомобіль надходить вихідна речовина, заздалегідь не піддане риформингу, і з цієї речовини на самому автомобілі за допомогою риформінгу отримують водень, який можна використовувати в паливному елементі. Однак видається, що практична реалізація такої системи постачання буде можлива через багато років, оскільки така система зумовлює наявність ряду проблем, які необхідно вирішити, таких як тривалість часу, необхідного для запуску, пристосовність до численних запусків і зупинок, а й замерзання речовин в холодних районах . Тому видається, що в даний час знайде широке застосування автомобіль, що приводиться в дію за допомогою паливного елемента, що використовує водень, що знаходиться в навісному резервуарі під високим тиском. Великою проблемою при широкому застосуванні автомобілів, що працюють на паливних елементах, що працюють за рахунок подачі водню під високим тиском з навісного резервуара, є розробка інфраструктури для постачання воднем (навісного резервуара автомобіля). Іншими словами, в цьому випадку виникає проблема створення інфраструктури, яка охоплює велику зону дії і дозволяє при відсутності зазначених обмежень забезпечити воднем автомобілі, що працюють на паливних елементах. В даний час, як правило, розробляють інфраструктуру для постачання воднем, яка може бути використана при реалізації будь-якого з трьох нижченаведених способів:

(1) водень отримують у великих кількостях на заводі і т.п. і транспортують до пунктів постачання воднем (колонок або станціям заправки воднем) у вигляді зрідженого водню або водню, що знаходиться під високим тиском, використовуючи для цього автоцистерну або подібний засіб;

(2) водень отримують у великих кількостях на заводі і т.п. і транспортують до пунктів постачання воднем по трубопроводу;

(3) водень отримують шляхом парового риформінгу побутового газу або рідкого речовини (знесірчених лигроина, бензину, гасу, легкої фракції нафти, метанолу і т.п.), використовуючи риформинг-апарат, встановлений в пункті постачання воднем.

Спосіб (1) має недоліки в частині ефективності транспортування автоцистерн, обмежень по відстані транспортування, втрат в результаті випаровування речовини при транспортуванні, вартості транспортування і тому подібного. Спосіб (2) вимагає широкомасштабного забезпечення, наприклад нової укладання магістрального трубопроводу і компресора для підключення газу, так що випадки, в яких цей спосіб може бути застосований, обмежені. Перевага способу (3) полягає в тому, що він дає можливість у високому ступені використовувати існуючу інфраструктуру, що представляє собою мережу трубопроводів для побутового газу і станції бензозаправки. Однак даний спосіб має і недоліки, які полягають в тому, що риформинг-система є дорогим пристроєм, і для її розміщення потрібно велика площа (тому що система має великі розміри), а й в тому, що така система при її роботі і обслуговуванні , через їхню складність, вимагає використання високих технологій, що ускладнює забезпечення безпеки персоналу при обслуговуванні і роботі системи.

З вищевикладеного випливає, що розвиток інфраструктури для постачання воднем як основна умова широкого використання автомобілів, що працюють на паливних елементах, пов'язане з вирішенням багатьох проблем, так що, як видається, для широкого використання таких автомобілів знадобиться чимало часу.

У зв'язку з описаною вище ситуацією даний винахід пропонує систему постачання воднем, яка забезпечує можливість подачі водню автомобілям, які працюють на паливних елементах, і в розподілені технічні засоби, які використовують паливні елементи, з максимальним використанням існуючої інфраструктури і використанням переваги відомого способу, згідно з яким водень отримують шляхом проведення парового риформінгу побутового газу або рідкого речовини (знесірчених лигроина, бензину, гасу, легкої фракції нафти, метанолу і т.п.) за допомогою риформинг-системи, що розміщується в пункті постачання воднем і, крім того, вирішуючи проблеми високої вартості ріформінг- системи, необхідності великої площі для розміщення цього пристрою, труднощів забезпечення безпеки персоналу при обслуговуванні і роботі системи, і інші подібні проблеми, які є недоліками відомого методу.

Для вирішення поставленого завдання система постачання воднем в відповідно до даного винаходу включає в себе пункт постачання воднем і мобільну систему отримання водню і подає водень, вироблений мобільною системою, в пункт постачання воднем. Мобільною системою для отримання водню може бути система отримання водню, розміщена на рухомому кузові, переміщувана за допомогою такого рухомого кузова і тому подібного. Пункт постачання воднем призначений для постачання воднем автомобіля, джерелом енергії якого служить паливний елемент, або розподілених технічних засобів, що працюють на паливних елементах.

Система отримання водню повинна бути невеликих розмірів з тим, щоб розміри мобільної системи отримання водню дозволяли їй пересуватися по дорозі для громадського транспорту. Як риформинг-системи, призначеної для використання в описаній вище мобільного системі, переважно використовується риформинг-система для отримання водню розділового типу, наприклад мембранна риформинг-система або риформинг-система такого типу, в якій здійснюють ефективний процес відділення газу за допомогою мембрани для відділення водню. Риформинг-система такого типу є компактною і високоефективної, оскільки водень може бути витягнутий безпосередньо виборчим шляхом, без використання кошти очищення, такого як СО-конвертер, процесу адсорбції, здійснюваного під регульованим тиском, і сплаву, абсорбуючої водень, в силу чого така технологічна система прийнятна для мобільних систем.

Виробництво водню з максимальним використанням наявної інфраструктури більш ефективно в тому випадку, якщо можуть бути використані багато видів вихідних речовин. Тому мобільна система для отримання водню переважно виконана з можливістю виробництва водню при її постачанні одним з двох або більше можливих видів палива. Тобто переважно, щоб мобільна система для отримання водню була багатопаливної. Як палив, які можуть бути використані як речовини для отримання водню, можуть служити з'єднання на основі вуглеводнів, такі як побутовий газ, зріджений нафтовий газ, гас, бензин, легкі фракції нафти, і з'єднання на вуглеводневій основі в широкому значенні цього терміна, які включають в себе кисень, наприклад метанол, етанол, диметиловий ефір. Вибір конкретного палива залежить від економічних, регіональних і соціальних умов. Наприклад, коли мобільна система для отримання водню переміщується в межах великого числа регіонів, в деяких випадках вона повинна виробляти водень із різних вихідних речовин, в залежності від можливостей кожного регіону. Отже, переважно, щоб мобільна система для отримання водню могла виробляти водень за рахунок її постачання різними речовинами, що включають два або більше виду вихідних речовин.

Переважно, щоб перед мембранної риформинг-установкою було встановлено десульфурізатор для видалення одоранту, що міститься в побутовому газі, або ж установка предріформінга, що забезпечує одноразове перетворення міститься в паливі вуглеводню в вуглеводневий газ, що складається головним чином з метану. Крім того, в разі використання метанолу і т.п. переважно встановлюють випарник для випаровування зазначених речовин. Зі збільшенням видів використовуваного обладнання функція системи в частині використання різних видів палива розширюється і за рахунок забезпечення деякої кількості обладнання мобільна система для отримання водню може бути пристосована для двох або більше видів палив.

Переважно мобільна система для отримання водню забезпечена резервуаром з вихідною речовиною. При використанні для отримання водню мобільної системи використовують схему, відповідно до якої водень отримують при подачі в систему вихідної речовини в місці знаходження пункту постачання воднем, і отриманий водень направляють в пункт постачання. Однак за рахунок наявності в мобільній системі резервуара з вихідною речовиною водень може бути отриманий завчасно, при русі системи, коли відстань до пункту постачання воднем велике, і тому час отримання водню може бути істотно скорочено. Водень, отриманий під час пересування, запасають в наявні кошти накопичення. Як засоби накопичення можуть бути обрані водневий резервуар і накопичувач водню, забезпечений сплавом, абсорбуючим водень. Крім того, для зарядки резервуара воднем є компресор для стиснення водню.

В цьому випадку мобільна система для отримання водню забезпечена приводним механізмом, що використовують паливний елемент, і виробляє водень за рахунок постачання її вихідною речовиною з резервуара навіть під час свого руху.

Для мобільної системи отримання водню в відповідно до даного винаходу в одному з її втілень пункти постачання воднем розміщують в двох або більше місцях, а мобільна система об'їжджає всі ці пункти постачання воднем або переміщується у напрямку до них.

Мобільна система отримання водню переважно забезпечена засобом уловлювання _СО2, оскільки _СО2 переважно вловлювати і повторно використовувати для зниження її викиду, що забезпечує захист навколишнього середовища від викиду СО _2. У цьому випадку бажано, щоб СО ₂ вловлювалося за рахунок абсорбції за допомогою абсорбенту, наявного в мобільній системі отримання водню, і щоб потім здійснювалася регенерація використовуваного абсорбенту на станції регенерації абсорбенту.

Витягнуту СО ₂ повторно використовують у промисловості або пов'язують з утворенням нелетучего з'єднання, що є одним із заходів протидії глобальному потеплінню, і крім того, іноді використовують в діяльності, що стосується норм викидів.

В іншому аспекті даний винахід відноситься до мобільного системі отримання водню, яка характеризується тим, що вона включає засіб отримання водню, що включає мембранну риформинг-установку, компресор для стиснення водню, резервуар для водню, випарник, резервуар з розчинником СО ₂ і резервуар з вихідною речовиною . Таку мобільну систему для отримання водню використовують в кращому втіленні системи постачання воднем відповідно до даного винаходу.

Вищевказані, а й інші завдання, аспекти і переваги даного винаходу будуть більш зрозумілі з нижченаведеного докладного опису кращих втілень даного винаходу з посиланням на креслення, на яких:

Фиг.1 зображує блок-схему системи постачання воднем відповідно до одного варіанту втілення винаходу; фіг.2 - блок-схему пункту постачання воднем і транспортного засобу з розміщеною на ньому системою отримання водню, які використовуються в цьому винаході.

Фіг.3 - одне з втілень мембранної риформинг-системи, використовуваної в даному винаходів, вид в перспективі в частковому розрізі; фіг.4 - блок-схему мобільної системи отримання водню, яка може бути використана в цьому винаході; фіг.5 - блок-схему мобільної системи отримання водню згідно з іншим варіантом втілення цього винаходу.

ДОКЛАДНИЙ про бажані ВТІЛЕННЯ ВИНАХОДИ

Система постачання воднем в відповідно до даного винаходу буде далі розкрита з посиланнями на варіанти втілення, показані на кресленнях.

На фіг.1 схематично показана схема одного варіанта втілення системи постачання воднем відповідно до цього винаходом.

Дана система постачання воднем включає велику кількість пунктів 100, 102, 104 і 106 постачання воднем. За траєкторії, показаної пунктирною лінією, переміщається транспортний засіб, на якому розміщено виробництво водню (не показано).

На фіг.1 показані чотири пункти постачання воднем. Однак така кількість вибрано лише для зручності пояснення, і пунктів постачання може бути більше, ніж показано на фіг.1, або менше. Фиг.1 відображає втілення винаходу, засноване на рішенні, відповідно до якого транспортний засіб, на якому розміщено виробництво водню, періодично об'їжджає пункти постачання. Однак конфігурація схеми може бути іншою і відповідатиме рішенню, відповідно до якого мобільний транспортний засіб, на якому розміщено виробництво водню, під'їжджає до певного пункту постачання з вибіркового вимогу. В цьому випадку мобільний транспортний засіб під'їжджає до пунктів, розосереджених на великій площі, відразу ж після одержання вимоги.

Пункти постачання воднем, позначені позиціями від 100 до 106, можуть використовувати діючі станції бензозаправки. При цьому отримують водень і запасають його в водневому резервуарі під час подачі гасу або бензину до транспортного засобу, на якому розміщено виробництво водню, від станції бензозаправки.

Пункти постачання воднем, позначені позиціями від 100 до 106, можуть бути такими, що до мобільного транспортному засобу, забезпеченому системою виробництва водню, будуть надходити різні види різних речовин. Як палив, які можуть служити вихідними речовинами, на додаток до побутового газу і гасу, з'єднанням на основі вуглеводнів, таким як бензин і дизельне паливо, можуть бути використані сполуки на основі вуглеводнів, які включають кисень, наприклад метанол, етанол і диметиловий ефір. За рахунок практичного здійснення описаного нижче транспортного засобу, на якому розміщено виробництво водню, що представляє собою мобільну систему отримання водню, забезпечену риформинг-установкою, пристосованої для проведення риформінгу багатьох видів палива, зазначений транспортний засіб з розміщеним на ньому виробництвом водню може використовувати в якості вихідної речовини різні палива.

Крім того, показана на фіг.1 схема включає станцію 108 відновлення розчинника (абсорбенту) СО _2, а й засіб 110 очищення розчинника СО _2. Засіб 110 очищення розчинника СО ₂ являє собою базу регенерації розчинника СО _2.

Далі буде описано функціонування системи постачання воднем, виконаної так, як описано вище, відповідно до втіленням винаходу, иллюстрируемое на фіг.1.

Транспортний засіб, на якому розміщено виробництво водню, послідовно об'їжджає пункти постачання воднем, від пункту 100 до пункту 106. При цьому зазначений транспортний засіб зупиняється біля кожного з пунктів, від 100 до 106, і за допомогою розміщеної на ньому системи виробляє водень, отримуючи в Водночас вихідна речовина. Отриманий водень запасається в водневому резервуарі, який встановлений в кожному з пунктів постачання воднем, від 100 до 106.

Розміщена на транспортному засобі система абсорбує двоокис вуглецю (СО _2), що утворюється в процесі отримання водню, за допомогою розчинника СО _2, що представляє собою абсорбент, наприклад амін. Розчинник СО ₂ відновлюють на станції 108 відновлення розчинника CO ₂ і направляють на засіб 110 очищення, що забезпечує очистку розчинника СО _2. Розчинник СО ₂ регенерують в засобі 110, що виробляє очищення розчинника, і повертають на станцію 108 відновлення розчинника СО _2. Повернений розчинник СО ₂ знову використовують на транспортному засобі, обладнаному системою отримання водню. Двоокис вуглецю, витягнута з розчинника, має високу чистоту, так що її можна продавати як продукт.

Станція 108 відновлення розчинника СО ₂ і засіб 110 очищення розчинника СО ₂ можуть бути розміщені в безпосередній близькості один від одного або ж вони можуть входити в єдине підприємство.

На фіг.2 представлено одне з втілень транспортного засобу з розміщеним на ньому виробництвом водню, яке може бути використане в схемі постачання воднем, показаної на фіг.1. Транспортний засіб з розміщеною на ньому системою є одним із втілень мобільної системи отримання водню. Фиг.2 ілюструє стан системи постачання, при якому транспортний засіб із системою отримання водню виробляє подачу водню в пункт постачання воднем.

Показане транспортний засіб 1, на якому розміщено виробництво водню, забезпечена системою 2 отримання водню, розміщеної в задній частині на вантажній платформі. Система 2 отримання водню містить розміщені в контейнері 8 мембранну риформинг-установку 3, випарник 20, водневий компресор 4, водневий резервуар 5, резервуар 6 з розчинником СО ₂ і резервуар з вихідною речовиною 7.

За рахунок використання мембранної риформинг-установки система 2 отримання водню може бути виконана компактної і, таким чином, легко завантажується на транспортний засіб.

Заявником винаходу раніше були запропоновані різні типи мембранної риформинг-установки, яка забезпечує компактність системи отримання водню, здатної бути легко зануреної на транспортний засіб і т.д. (Див., Наприклад, попередню публікацію заявки на патент Японії №9-2805 (№2805 / 1997)).

Крім того, в пункті 9 постачання воднем транспортний засіб 1, на якому розміщено виробництво водню, може отримувати побутовий газ 10, електричну енергію та воду 11.

Транспортний засіб 1 з розміщеною на ньому системою отримання водню, виконаний таким чином, як описано вище, виробляє водень, використовуючи мембранну риформинг-установку 3 при одночасному постачанні системи побутовим газом 10 і електроенергією / водою 11. Випарник 20 призначений для подачі водяної пари, що використовується в процесі парового риформінгу побутового газу 10 (що включає попередній риформінг). Отриманий водень стискають за допомогою компресора 4 і запасають в водневому резервуарі 5 або ж в водневому резервуарі 12, встановленому в пункті постачання воднем 9. Двоокис вуглецю, що утворюється в процесі отримання водню, поглинається абсорбентом, наприклад аміном (розчинник СО _2), що знаходяться в резервуарі 6 з розчинником СО _2.

Пункт 9 постачання воднем забезпечує подачу водню в автомобіль 14, який використовує паливний елемент як джерело енергії, за допомогою заправної колонки 13 високого тиску.

У показаному на фіг.2 втіленні транспортний засіб 1 з розміщеним на ньому виробництвом водню забезпечується побутовим газом. Однак побутовий газ містить одорант. Тому цей одорант видаляють на стадії, що передує риформингу в риформинг-установці 3, за допомогою десульфурізатора (не показаний).

Крім того, транспортний засіб 1 з розміщеною на ньому системою виконано з можливістю пристосування до вступнику вихідного речовини. Наприклад, воно забезпечене установкою попереднього риформінгу для здійснення одноступінчастого процесу перетворення вуглеводню, що міститься у вихідному речовині, в вуглеводневий газ, що складається головним чином з метану.

На транспортному засобі 1 встановлений резервуар з вихідною речовиною 7, і тому, коли відстань до пункту 9 постачання воднем велике, водень можна отримувати заздалегідь, під час пересування транспортного засобу 1, за рахунок чого час виробничого процесу може бути значно скорочено. Крім того, за рахунок забезпечення транспортного засобу 1, на якому розміщено виробництво водню, приводом, що використовують як джерело енергії паливний елемент, отриманий водень може служити джерелом енергії для руху самого транспортного засобу 1. У цьому випадку транспортний засіб 1, крім того, забезпечено резервуаром для розміщення запасу води, необхідної для здійснення реакцій парового риформінгу. Водень, отриманий під час руху, накопичують в водневому резервуарі 5, який є засобом зберігання водню. Для створення запасу водню замість водневого резервуара 5 може бути використано засіб, що містить сплав, що абсорбує водень.

З огляду на, що водень запасають в водневому резервуарі 5 зазначеним чином, транспортний засіб 1, на якому розміщено виробництво водню, забезпечено підвіскою, що дозволяє обмежити вібрацію системи 2 для отримання водню настільки, наскільки це можливо.

Пункт 9 постачання воднем забезпечений датчиком витоків водню або подібним засобом (на фіг.2 не показано) з тим, щоб у разі витоків водню можна було вжити необхідних заходів для забезпечення безпеки.

На Фіг.3 показано одне втілення мембранної установки 3 риформінгу. У такій риформинг-установці 3 перемішані газоподібне паливо і водяна пара вводять через патрубок 30 подачі речовини. Введена суміш газів піддається риформингу в присутності шару каталізатора 31 процесу риформінгу, в результаті чого утворюється газ, що містить водень. Що міститься в отриманому газі водень проходить крізь мембрану 33, пропускає водень (елемент у вигляді мембрани), і випливає з вихідного патрубка 32. Крім того, газ (СО _2, СО, H ₂ O, що не прореагували речовина), який не проходить через проникну для водню мембрану 33, відводять через патрубок виходу залишкового газу і використовують в установці в якості палива. Шар каталізатора 31 процесу риформінгу і мембрана 33 розміщені у внутрішньому циліндрі 34.

Мембранна риформинг-система 3 забезпечена пальником 36, встановленої в центральному отворі теплозащитной плитки 35. У пальнику 36 спалюють горючий газ, що вводиться через трубку 37 підведення пального газу, разом з повітрям, що надходять через трубку 38 подачі повітря. В результаті спалювання газоповітряної суміші до шару 31 каталізатора риформінгу підводиться теплова енергія, необхідна для проведення реакції парового риформінгу і достатня, щоб підтримувати шар 31 каталізатора риформінгу при заданій температурі. Внутрішній циліндр 34 зовні закритий кожухом 39, а відходить газ (продукти згоряння) випускають через патрубок 40 виходу відпрацьованих газів.

В даному втіленні риформинг-установки в якості каталізатора процесу риформінгу може бути використаний будь-який каталізатор, який зазвичай застосовують при отриманні з вищевказаного вихідної речовини водню шляхом проведення парового риформінгу. Для забезпечення можливості використання різних видів вихідних речовин прийнятний, наприклад, каталізатор на основі нікелю або рутенію, застосовуваний в разі вуглеводневої речовини, такого як побутовий газ, зріджений нафтовий газ і бензин, а каталізатор на основі міді / цинку або платини є підходящим для кисневмісного речовини , такого як метанол і метан (DME). Проникний для водню мембрана 33 виконана металевої і крізь неї може проходити тільки отриманий водень. Оскільки металева мембрана селективно пропускає тільки водень, то відокремлений водень має чистоту до 99,999% і, отже, такий водень є досить підходящим для використання в паливному елементі.

Крім того, слід зазначити, що отриманий водень селективно відокремлюють від продукту реакції за допомогою проникною для водню мембрани 33, і парціальний тиск водню в продукті реакції знижується. Тому реакція протікає в напрямку збільшення кількості водню, і в результаті ступінь повноти реакції при тій же температурі зростає. Іншими словами, хоча при проведенні парового риформінгу метану температура в зоні реакції повинна бути близько 800 ° С, така ж величина ступеня повноти реакції (відповідна температурі 800 ° С) може бути реалізована при температурі від 500 до 600 ° С, що досягається згідно з винаходом шляхом використання мембрани 33, крізь яку в мембранної риформинг-установці 3 проходить водень. Таким чином, оскільки за рахунок пропускання водню через проникну для нього мембрану 33 хімічну рівновагу можна змістити в напрямку збільшення кількості утворюється водню, то температура реакції риформінгу знижується до величини від 200 до 300 ° С. Тим самим досягається економія тепла, необхідного для нагрівання реакційного газу, і значно підвищується теплова ефективність процесу. Крім того, оскільки температура реакції низька, то для пропонованої системи може бути використаний недорогий матеріал, який має низьку термостійкість, і, отже, може бути знижена вартість системи. Проникний для водню металева мембрана має товщину від 5 до 50 мкм і встановлена ​​на шарі пористого неорганічного матеріалу з тим, щоб забезпечити виборче проходження через неї водню. Шар пористого неорганічного матеріалу під металевою мембраною, проникною для водню, служить основою для кріплення і утримання металевої проникною для водню мембрани і виконаний з пористого нетканого волокна, виготовленого з нержавіючої сталі, з пористих кераміки, скла і тому подібного матеріалу. Товщина пористої основи становить від 0,1 мм до 1 мм. Крім того, в якості елемента, що додає конструкції міцність, переважно використовують дротяну сітку, що складається з одного шару або великої кількості шарів. Краще, щоб проникний для водню металева мембрана представляла собою непористий шар, виготовлений зі сплаву, що містить паладій (Pd), або сплаву, що містить нікель (Ni), або сплаву, що містить ванадій (V). Як сплаву, що включає Pb, можуть бути обрані сплави Pd-Ag, Pd-Y, Pd-Ag-Au і т.п. Як сплаву, що включає V, можуть бути обрані сплави V-Ni, V-Ni-Co і т.п. Як сплаву, що містить Ni, можуть бути використані LaNi ₅ і т.п. Спосіб виготовлення непористого шару паладію описаний, наприклад, в патенті США №3155467.

Як було описано вище, мембранний риформинг-апарат 3, представлений на Фіг.3, може забезпечити отримання водню високої чистоти з високою ефективністю і є найкращим типом риформинг-установки, використовуваної в системі постачання воднем відповідно до даного винаходу. Крім того, висока ефективність мембранної риформинг-установки 3 дозволяє виконати її компактною і, отже, вона може бути легко занурена на транспортний засіб, на якому розміщують виробництво водню.

Схема мобільної системи для отримання водню, відповідна до даного винаходу, була описана вище для випадку транспортного засобу 1, пристосованого для отримання водню, показаного на Фіг.2. Однак в залежності від передбачуваного виду палива, особливо в разі використання багатьох видів палива, можуть бути реалізовані різноманітні втілення системи. Можливі схеми втілень мобільних систем для одержання водню, які можуть бути використані в даному винаході, будуть розкриті нижче з посиланням на фіг.4 і фіг.5.

На фіг.4 представлена ​​схема, відповідна лише випадку використання вуглеводневого палива, такого як побутовий газ, бензин і зріджений нафтовий газ, і кисневмісного вуглеводню, такого як диметиловий ефір і етанол.

Представлена ​​схема включає в себе в якості основних елементів бустерний компресор 41, десульфурізатор 42, установка 43 попереднього риформінгу, випарник 44, риформінг-установка 45, утилізатор 46 теплоти, компресор 47 і засіб 48 для накопичення водню. У разі рідкого вихідної речовини між бустерних компресором 41 і десульфурізатором 42 розміщують випарник.

Нижче буде описано випадок використання в цій схемі в якості палива побутового газу. Перш за все, побутовий газ стискають приблизно до 10 атм бустерних компресором 41. одорант в побутовому газі, що містить сполуки, що включають сірку, віддаляється за допомогою десульфурізатора 42. Після цього побутовий газ направляють в установку 43 попереднього риформінгу. В цей же час в побутовий газ подають воду, необхідну для проведення реакції риформінгу в паровій фазі. Воду подають в установку 43 попереднього риформінгу у вигляді пари, що поступає з випарника 44. В установці 43 попереднього риформінгу побутовий газ і водяну пару реагують один з одним при температурі, що становить від 300 до 500 ° С, і що міститься в побутовому газі невелика кількість вуглеводнів, вищого в порівнянні з етаном, перетворюється в метан або СО, СО _2, Н _2. Після предріформінга отриманий газ направляють у риформинг-установку 45, в якій з метану, що входить до складу побутового газу, за рахунок реакції парового риформинг-процесу, що проводиться при температурі від 500 до 600 ° С, отримують СО, СО ₂ і Н _2. Із зазначених речовин від решти газу відокремлюють тільки Н ₂ за допомогою розділової мембрани, встановленої в шарі каталізатора, яка є в риформинг-установці 45, і після охолодження в утилізаторі 46 теплоти Н ₂ подають в компресор 47. У цьому випадку в якості риформинг-установки 45 може бути використана мембранна риформинг-установка, показана на фіг.3, або риформинг-установка (іншого виконання), всередині корпусу якої додатково встановлена ​​мембрана для відділення водню.

Отриманий в результаті предріформінга газ, від якого в риформинг-установці 45 частково відділяється Н _2, може бути використаний як джерело тепла для риформинг-установки 45. Водень, стиснений в компресорі 47, надходить в засіб 48 накопичення водню (водневий резервуар, сплав, абсорбуючий водень і т.п.).

Коли дана схема системи використовується для рідкого палива, наприклад бензину, що надходить паливо стискають бустерних компресором 41 і потім після проходження випарника подають в десульфурізатор 42. У цьому випадку майже вся рідка компонента, така як бензин, перетворюється в установці 43 попереднього риформінгу в вуглеводень з низьким молекулярною вагою, наприклад в метан.

Схема, представлена ​​на фіг.5, включає в якості основних елементів бустерний компресор 51, випарник 54, утилізатор 56 теплоти, компресор 57 і засіб 58 для накопичення водню. У цій схемі в якості вихідного палива можуть бути використані метанол і диметиловий ефір. Таке паливо не містить сполук, які включають сірку, і тому немає необхідності використовувати десульфурізатор.

Коли в якості палива обраний метанол, то перш за все заздалегідь змішують воду з метанолом і отриману суміш подають у випарник 54. Як описано вище, в якості риформинг-установки 55 використовують мембранну риформинг-установку або риформинг-установку, яка містить корпус і мембрану для відділення водню .

У риформинг-установці 55 хімічна реакція протікає при температурі від 200 до 300 ° С. Конструкція і функція утилізатора 56 теплоти, компресора 57 і кошти 58 для накопичення водню в цьому випадку такі ж, як і для описаних вище, з посиланням на фіг.4, утилізатора 46 теплоти, компресора 47 і кошти 58 для накопичення водню.

Система постачання воднем в відповідно до даного винаходу не обмежена розкритими вище прикладами втілення, і в межах обсягу і технічної суті винаходу можливі зміни, модифікації і доповнення, очевидні для фахівців в даній області техніки.

Показане на фіг.2 транспортний засіб 1, пристосоване для отримання водню, може являти собою автопричіп. В цьому випадку необхідно лише на певний проміжок часу встановити систему для отримання водню в пункті постачання воднем. Описана система прийнятна для пунктів постачання воднем, обладнаних технічними засобами, здатними запасати і зберігати великий обсяг водню.

З вищевикладеного опису випливає, що даний винахід забезпечує створення системи постачання воднем, що дозволяє подавати водень в автомобіль, що приводиться в дію за допомогою паливного елемента, і використовує при цьому наявну інфраструктуру.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Система постачання воднем, що включає пункт постачання воднем і мобільну систему отримання водню, в якій водень, отриманий за допомогою мобільної системи отримання водню, подають в пункт постачання воднем, що відрізняється тим, що мобільна система отримання водню додатково містить мембранну риформинг-установку.

2. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что пункт снабжения водородом представляет собой пункт снабжения водородом для автомобиля, использующего в качестве источника энергии топливный элемент.

3. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что пункт снабжения водородом представляет собой пункт снабжения водородом для распределенных технических средств, работающих на топливных элементах.

4. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мембранная риформинг-установка содержит корпус и средство для отделения водорода, использующее разделительную мембрану.

5. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода снабжена испарителем.

6. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода снабжена десульфуризатором.

7. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода снабжена установкой предварительного риформинга, предназначенным для превращения высшего углеводорода в низший углеводород.

8. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что низший углеводород представляет собой углеводород с низким молекулярным весом, например метан.

9. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода снабжена компрессором для сжатия водорода.

10. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода выполнена с возможностью производства водорода при ее снабжении двумя или более видами исходных веществ.

11. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода снабжена резервуаром с исходным веществом.

12. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода снабжена водородным резервуаром.

13. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что пункты снабжения водородом размещены в двух или более местах, а мобильная система для получения водорода подъезжает к пунктам снабжения водородом или объезжает эти пункты.

14. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода снабжена приводом, использующим топливный элемент, так что водород получают во время движения системы, при поступлении исходного вещества из навесного резервуара с исходным веществом, причем полученный водород используют для приведения самой мобильной системы в движение.

15. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система получения водорода снабжена устройством для улавливания СО ₂ .

16. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что предусматривает уменьшение выброса СО ₂ путем поглощения СО ₂ , выходящей из риформинг-установки, с помощью абсорбента, имеющегося в мобильной системе получения водорода, а на станции регенерации абсорбента использованный абсорбент регенерируют и, кроме того, восстанавливают СО ₂ .

17. Система снабжения водородом по п.16, отличающаяся тем, что регенерированный абсорбент вновь используется для абсорбирования СО ₂ в мобильной системе получения водорода.

18. Мобильная система для получения водорода, включающая мембранную риформинг-установку, компрессор для сжатия водорода, водородный резервуар, испаритель, резервуар с растворителем СО ₂ и резервуар с исходным веществом.

19. Система снабжения водородом по п.1, отличающаяся тем, что мобильная система для получения водорода представляет собой мобильную систему по п.18.

Версія для друку
Дата публікації 02.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапия
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів