CN101102829B - 制备氢的装置和方法 - Google Patents

Abstract

制备氢的装置和方法。该装置包括燃料处理器、净化单元和系统控制器。控制器确定来自燃料处理器的重整产品计算流并且基于该计算流操纵净化单元。从燃料处理器的处理模块和输送给燃料处理器的已知供给料中获取计算流。重整产品计算流用于控制重整产品向净化单元内的吸附床的流动，并且能够用于控制装置内的其它物质流。还公开了减少从燃料处理器流向净化单元的重整产品的压力和/或流速变化的方法。响应于重整产品成分、压力和/或流速的变化来调整净化单元的运转以保持所制氢的纯度。

Description

制备氢的装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及制氢领域。本发明的装置和方法通过选择吸附从含有氢和一种或多种杂质的中间重整产品中清除杂质来制备氢。选择吸附可以在压力摆动吸附单元中进行，其中，吸附阶段被控制和调节成获得更高的产品纯度。更具体地说，本发明涉及压力摆动吸附单元与燃料处理单元的结合和操作来制备氢。

背景技术

氢广泛应用于各种产业中，从航天到食品制造再到油气制造和提炼。氢在这些产业中用作燃烧反应的推进剂、环境气体、载气、稀释气、燃烧反应的燃料成份、燃料电池的燃料，以及许多化学反应和过程的还原剂。此外，氢也被看成发电的代用燃料，因为，它是可再生的、充足的、高效的，而且，不像其它代用品，它是零排放的。虽然氢的消耗甚至巨大潜能很普遍，但是抑制氢消费进一步增加的缺陷是不能提供氢的产生、贮存和广泛分布的基础设施。

克服这种困难的一种方法是，通过氢的分布式制备，例如通过使用燃料处理器，将烃基燃料转化成富氢重整产品。燃料重整过程，例如，蒸汽重整、部分氧化和自热重整，可以用于在需要氢的场合将烃基燃料，例如天然气、LPG、汽油和柴油，转化成富氢重整产品。然而，除了所需的氢产物以外，燃料重整装置通常会产生不需要的杂质，从而降低了重整产品的价值。例如，在常规的蒸汽重整过程中，烃原料，例如甲烷、天然气、丙烷、汽油、石脑油或柴油，进行汽化，与蒸汽混合，并且流过蒸汽重整催化剂。大部分烃原料都转化成氢的重整混合物和杂质，例如一氧化碳和二氧化碳。为了减少一氧化碳成分，重整产品通常会起水煤气变换反应，其中，一氧化碳与蒸汽反应生成二氧化碳和氢。变换反应之后，可以利用其它的净化步骤将氢的纯度达到一个可接受的等级。这些净化步骤可包括，但不局限于，甲烷化作用、选择性氧化反应、薄膜分离技术，以及例如温度摆动和/或压力摆动吸附过程中的选择吸附。

用压力摆动吸附(PSA)进行的气体分离是通过在吸附床上的等压循环实现的，相对于混合物的更不好吸附的成分而言，优先吸附更好吸附的成分。在常规的PSA装置中，通过定向阀，将两个或更多的吸附床交替地连接压力源和压力降从而形成工作压力和流向的变化。在另一种常规的PSA装置中，流向和来自吸附床的流动由一个旋转配流阀控制，旋转该配流阀来使吸附床在吸附态和再生态之间进行循环。例如，从空气中分离氧气是这种常规PSA装置的已知应用。然而，在这种应用中，气体混合物的成分、它的压力和/或流速一般是固定并且已知的。可是，PSA装置整合到产生不同成分、压力和/或流速的产品的燃料处理器给这种系统的高效运转带来了挑战。

发明内容

本发明的一个方面，提供了一种制备氢的装置。本发明的装置包括能生成包含氢和杂质的中间重整产品流的燃料处理器。中间重整产品可以有变化的成分、压力和/或流速。该装置包括位于燃料处理器下游的净化单元能够从中间重整产品流中清除杂质以生成富氢重整产品流。设置控制器来由燃料处理器的处理模块确定由燃料处理器生成的中间重整产品计算流(calculated flow)。控制器能够响应于中间重整产品计算流来操纵净化单元。

本发明的处理方面，提供了一种生成富氢重整产品的方法。该方法包括步骤：在燃料处理器中生成包含氢和杂质的中间重整产品流。生成的中间重整产品可以有变化的成分、压力和/或流速。从中间重整产品中清除杂质以生成富氢重整产品流。由燃料处理器的处理模块确定由燃料处理器生成的中间重整产品计算流。响应于中间重整产品计算流来操纵净化单元。该方法也可以包括步骤：选择富氢重整产品的输出量(output)并且基于选取的富氢重整产品输出量确定中间重整产品计算流，或是选择输送给燃料处理器的一种或多种供给料(feed)并且部分地从选定的供给料中确定中间重整产品计算流。

附图说明

参照下面结合附图的描述能更好地理解本发明。

图1是本发明的实施例的示意图，包括燃料处理器和净化单元；

图2是本发明的实施例的示意图，包括燃料处理器和净化单元；

图3是本发明的实施例的示意图，包括燃料处理器和净化单元；

图4是燃料处理器能生成中间重整产品的工艺流程的示意框图；

图5是本发明的方法的框图。

虽然本发明很容易得到各种变型和替代形式，但本文通过举例的方式示出图中的特定实施例并且进行了详细描述。但是应当理解，本文对特定实施例的描述并不是要把本发明限制到所公开的特殊形式，相反地，是要覆盖所有落入本文的附加权利要求的要旨和范围内的变型、等效物和替代。

具体实施方式

下面描述本发明的示例性实施例。为了清楚起见，没有在本说明书中描述实际实施例的所有特征。理所当然应当意识到，在任何一个这样的实际实施例的开发中，需要作出大量的技术指标决定从而达到开发者的特定目标，例如符合系统相关和商业相关规定，这在不同技术中会有不同。而且，应当意识到，开发工作是复杂并且费时的，但是，对得益于本发明的本领域技术人员而言不过是一项常规作业。

燃料处理器的产物蒸汽一般是富含氢的但又包含一种或多种杂质，例如一氧化碳、二氧化碳、水、蒸汽、惰性成分，例如氮和氩、各种硫化物和含氮化合物以及未反应的烃类。必须清除这些杂质或者将其降低到特别低的等级以保证氢产品的安全可靠。此外，燃料处理器的产物蒸汽的成分、压力和/或流速可以有变化，这些会干扰产品的净化和提纯。本发明指出一种装置和方法以减少或缓冲这些变化并且调整净化单元的运转从而保持所需的产品成分。

本发明的制备氢的装置包括能生成包含氢和杂质的中间重整产品流的燃料处理器。中间重整产品流可以有变化的成分、压力和/或流速。可选地，可在燃料处理器的下游设置压缩单元来接收中间重整产品流并且生成输送给净化单元的中间重整产品压缩流。在燃料处理器的下游设置净化单元来从中间重整产品流中清除杂质以生成富氢重整产品流。净化单元包括多个吸附床和能够可选地控制中间重整产品向多个吸附床中的一个或多个流动的阀组件。包括控制器能够由燃料处理器的处理模块确定由燃料处理器生成的中间重整产品计算流。控制器还能够响应于中间重整产品计算流来操纵净化单元。

适用于本发明的装置的燃料处理器是能够生成包含氢和一种或多种杂质的中间重整产品的设备或装置。本发明的装置的最终目的是生成基本上纯的氢产品并且能够安全可靠地用于任何耗氢装置或工艺。这样，上下文中的“杂质”包括任何可能污染、损害或干扰耗氢装置或工艺或储氢装置运转的物质。这些杂质一般包括含硫化合物、含氮化合物、碳氧化物、液态水、蒸汽、未反应烃类和惰性气体。

在一些实施例中，燃料处理器可以包括氧化器(oxidizer)和重整器来将燃料转化成包含氢和一种或多种杂质的重整产品。重整器在燃料处理技术中是众所周知的，可以设计成尤其进行一种或多种蒸汽重整、部分氧化和自热重整。尽管适当的燃料处理器可以使用任何已知的重整器，但与图4相关的下面示例性描述是根据2001年12月5日由Krause等人提出的名为“制备富氢体的紧凑型燃料处理器”并于2002年7月18日公开(公开号为US2002/0094310 A1)的美国专利申请10/006,963改造来的，该美国专利申请描述了实行蒸汽重整和自热重整联合的燃料处理器。

如图4所示，输送给燃料处理器的供给料可包括烃基燃料、氧气、水及其混合物。适用于处理器的烃基燃料可包括天然气、LPG、汽油、柴油、乙醇及它们的混合物。天然气是优选的烃基燃料。氧气可以是空气、富氧空气或基本上纯的氧气。燃料和水可以液态和/或气态导入。然而，取决于供给料的原始状态和重整反应的特点，可能需要一定程度的备料。例如，优选地，液态水和燃料转化成气态，并且反应物在导入重整器的反应区之前进行预热。可以使用计量装置来提供对输送给燃料处理器的每种供给料的自动化控制，并且可以使用传感器来提供关于那些供给料的成分、压力和/或流速的反馈。

图4的块A代表重整步骤，其中，在一个特殊实施例中，进行两种反应：部分氧化(下面的式I)和蒸汽重整(下面的式II)来将供给料转化成包含氢和一氧化碳的合成气。式I和II是示范反应式，其中，用甲烷代表烃类：

CH₄+1/2O₂→2H₂+CO  (I)

CH₄+H₂O→3H₂+CO  (II)

供给料蒸汽中的高浓度氧有利于放热的部分氧化，而高浓度的水蒸汽有利于吸热的蒸汽重整反应。因此，氧-烃比以及水-烃比以及反应温度是影响氢产量的特征参数。重整步骤A的反应温度可从约550℃变到约900℃，这取决于供给料条件和催化剂。部分氧化和重整反应催化剂的例子在燃料重整技术中是众所周知的，不再进行详细描述。

块B代表冷却步骤，其中，来自重整步骤A的合成气流冷却到约200℃到约600℃之间的温度，并且优选为约375℃到约425℃之间，为工序C(下文描述)预备合成气。该冷却可以通过散热片、散热管、热交换器或类似的装置得以实现，取决于结构规格以及从合成气回收/再循环热的程度。合成气的冷却也可以通过现有技术中已知的其它方式实现，例如，向合成气流中喷射低温蒸汽。

块C代表脱硫步骤。许多燃料的杂质是硫，它在重整步骤A中一般会转化成硫化氢。脱硫优选为使用氧化锌和/或其它能够吸附和转化硫化氢的物质，带有或不带载体(如整体型、挤压型、颗粒型等)。脱硫可以通过将硫化氢转化成硫化锌得以实现，根据下列反应式III：

H₂S+ZnO→H₂O+ZnS  (III)

脱硫优选为在从约300℃到约500℃之间的温度下进行，更优选为在约375℃到约425℃之间。

然后，已脱硫的工艺流送到混合步骤D，其中，可选地增加从水子系统接收的水。水的增加有两个目的：降低工艺流的温度和提供补给水用于接下来的水煤气变换反应。流经惰性物质级例如瓷珠或其它有效混合和/或有助于水的汽化的类似物，水蒸汽和其它气流成分进行混合。可选地，在重整步骤A之前引入补给水，并且混合步骤可以异位或省去。在工艺流受到选择氧化时，也可以在氧化之前使用混合步骤来混合氧化剂和工艺流。块E代表水煤气变换反应步骤，将一氧化碳转化成二氧化碳，根据式IV：

H₂O+CO→H₂+CO₂  (IV)

通常，进行水煤气变换反应的温度是在150℃到600℃之间变化，这取决于催化剂。在这种情况下，气流中的大量一氧化碳转化成二氧化碳。在富氢重整产品用作燃料电池的燃料时，一氧化碳的浓度需要低到燃料电池催化剂所容许的级别，一般低于约50ppm。水煤气变换反应催化剂的例子，低温和高温催化剂，在燃料重整技术中是众所周知的，本文不作详细阐述。

块F代表冷却步骤，可以在惰性级或其它方式中进行，以将工艺流的温度降低到优选为在约90℃到约150℃的范围内的温度。当在冷却步骤F之后接着选择或优选氧化步骤时，可以将空气子系统中的空气加入工艺流中。

块G代表可选的选择或优选氧化步骤，其中，工艺流中残留的大量一氧化碳转化成二氧化碳。尽管氧化反应是在没有具有氧化一氧化碳的活性的催化剂的情况下进行的，但一般会发生两种反应，也就是，一氧化碳的必要氧化反应(式V)和氢的不必要氧化反应(式VI)。

CO+1/2O₂→CO₂  (V)

H₂+1/2O₂→H₂O  (VI)

尽管这两个反应都放热并且因为一氧化碳的优选氧化得益于低温，氧化反应区可选地包括冷却元件例如冷却管是有利的。氧化反应温度优选为保持在约90℃到约150℃的范围内。因为本发明的装置包括净化单元，例如压力摆动吸附单元来将氢和杂质分开，所以可以省去使用选择氧化步骤G。

此处应当注意，燃料处理器生成的中间重整产品是富含氢的但不能包含一种或多种杂质，于是，必须受到净化或提纯以清除或减少杂质到一个特别低的级别。取决于所使用的净化技术的特点，中间重整产品的压力需要在输送到净化单元之前得到提高。因此，本发明的装置可选地在燃料处理器的下游设置压缩单元以接收中间重整产品流并且生成中间重整产品压缩流。在一些实施例中，例如，当净化单元排出的富氢重整产品在高压下需要前往储存器时，可选地在净化单元和储存单元之间设置第二压缩单元以将富氢重整产品的压力提高到一个合适的级别。

在现有技术中，用于在混合物经受分离技术和/或阶段之前，压缩含氢的气体混合物的压缩单元是已知的。这种压缩工艺的更多细节的描述可以在化工参考文献中找到，例如Perry的化工手册第4版(McGraw-Hill，

1963)；专利文献，例如1987年9月1日发布的Doshi的美国专利4,690,695；2002年12月3日发布的Keefer等的美国专利6,488,747；2003年9月18日公开的Mitlitsky等的美国专利申请US 2003/0175564 A1，这些专利申请的说明书并入此文作为参考。尽管没必要过于详细地描述压缩单元，但应当认识到，合适的压缩单元在多级压缩单元中的单级或两级或更多级压缩器中有由定速或变速马达驱动的压缩器。而且，合适的压缩单元可以是轴流式、离心式、往复式、旋转式压缩器和这些的组合。

压缩单元能够施加到流体上的压力取决于单元压缩所需的压力规格。在包括压力摆动吸附单元(“PSA”)的净化单元的情况下，中间重整产品流向PSA所需的压力可以在约1psig到约600psig之间变化。在需要利于富氢重整产品储存的压力时，富氢重整产品的规定压力可以从恰好高于0变到大于10,000psig。本领域技术人员应当理解，合适压缩单元的选择是以例如中间重整产品的成分、流速、压力和温度等这些因素、下游单元的压力规定、以及例如压缩单元的功耗、可靠性和成本等因素为基准的。

在一个实施例中，其中，净化单元包括压力摆动吸附单元，中间重整产品流向PSA中的多个吸附床，并且通过吸附床从中间重整产品流中吸附杂质的吸附阶段是以独立于压缩器转速的方式受到控制。更具体地，在净化单元包括具有用来控制物质流向吸附床的旋转配流阀的旋转式PSA时，优选为独立于压缩器转速操纵旋转配流阀。在这个实施例中，压缩单元优选为包括定速压缩器。

在压缩单元包括由定速马达或感应马达驱动的压缩器的实施例中，在压缩器首次通电的启动过程中，应当注意确保压缩器入口处有充足流体以防止形成真空。燃料处理器在停机和过渡工况例如从待机状态回到氢的制备时，也同样应当注意。作为替代以确保提供充足流体，通过调整供给压缩单元和压缩器马达的电力来调节压缩器马达的转速。调节动力的合适方式包括：变频驱动以调整供给马达的行频、平稳启动装置以改变供给马达的电压以及调节供给马达的电力领域中的其它已知方式。

此处应当注意，来自燃料处理器的中间重整产品的成分的压力和/或流速会呈现波动或变化。这样，本发明的装置可选地包括在它们达到下游净化单元之前减少或消除这种波动的方式。如此处所用的，“减少压力和/或流速的波动”是要提及减少需要前往净化单元的中间重整产品的压力和/或流速的波动的大小或数量。而且，这种方式也可以用来防止在位于输送中间重整产品到压缩单元的管道内的压缩单元的入口处形成真空。

减少中间重整产品波动的方式可以是在燃料处理器和净化单元之间设置缓冲器。尽管可以在燃料处理器和净化单元之间的任何位置上设置该缓冲器，但是，优选为在出现时位于压缩单元上游从而在压缩单元的入口处提供更均匀的中间重整产品流。本领域技术人员应当理解，这样的缓冲器有足够的容积来容纳来自燃料处理器的中间重整产品变速流而向净化单元释放更均匀的流体。而且，在缓冲器位于压缩单元上游的实施例中，在启动和稳态运转过程中，来自缓冲器的中间重整产品流都足以防止在压缩单元入口处形成真空。

在压缩单元位于燃料处理器和净化单元之间的实施例中，减少中间重整产品的压力和/或流速的波动的方式可以是向压缩单元入口提供补给流体的控制流的管道。该补给流体可以是来自压缩单元出口的中间重整产品压缩流、来自净化单元的富氢重整产品、或它们的混合物。该管道具有将补给流体导向用来从燃料处理器运送中间重整产品到压缩单元的管道的出口。该管道入口的数量和位置是由补给流体的成分决定的。当补给流体包括已压缩的中间重整产品时，该管道具有位于压缩单元和净化单元之间的入口。当补给流体是富氢重整产品时，该管道具有位于净化单元出口下游的入口。在这样的实施例中，净化单元可以有引导富氢重整产品流出净化单元的第一出口和引导贫氢产品流出净化单元的第二出口，管道的入口与净化单元的第一出口液体连通。而且，管道可以有可变开度阀来控制补给流体从中流动。可以响应于中间重整产品计算流来操纵可变开度阀，或者在有检测来自燃料处理器的流体，如中间重整产品、补给流体等的流动的传感器时，响应于传感数据操纵可变开度阀。

本发明的装置包括位于燃料处理器下游的净化单元，接收中间重整产品流并且通过从中清除杂质而生成富氢重整产品流。可以使用多种工艺把中间重整产品中的氢与杂质分开。举例来说，很多净化法是将含氢蒸汽在压力下流过吸附剂柱或吸附剂床，通过选择吸附将氢和杂质分开。选择吸附可以用吸附氢的吸附剂并且允许贫氢流流过的方式完成，或者用吸附杂质的吸附剂并且允许富氢流流过的方式完成。在任一种方式中都非常优选地，吸附剂能够通过例如压力摆动、温度摆动和类似的技术进行再生。在一些实施例中，在PSA单元中进行净化，具有可选地吸附杂质并且允许富氢重整产品流过的吸附剂。

净化单元包括多个吸附床，每个吸附床都能从流过这些吸附床的中间重整产品中清除一种或多种杂质。吸附床有用来装吸附剂的容器。吸附剂可以是多种形式的，包括烧结型填充床、粒状、颗粒型和/或珠子、整装结构以及各种涂覆有吸附剂的载体，例如涂层薄板。在一些实施例中，吸附剂是具有多层不同吸附剂和/或不同吸附剂混合物的填充床。在其它实施例中，吸附床是涂层整装或其它结构，其构造成提供通过床体的流体通道。适用于净化单元的多个床体的吸附剂取决于要从工艺流中吸附和清除的物质。举例来说，用于清除水蒸汽、二氧化碳和烃类的吸附剂可以是铝凝胶、活性炭、硅胶和沸石。而且，沸石例如低硅X型沸石和钙-锶交换菱沸石是公知的用于清除一氧化碳和氮气。

本文用的术语“吸附阶段”是指中间或已压缩中间重整产品流通过吸附床以清除杂质的时段或时间长短。在完结吸附阶段时，中断通过第一吸附床的中间重整产品流并且该流体转向第二吸附床以继续清除杂质和生成富氢重整产品，同时使第一吸附床进行再生。可以预见，两个或更多吸附床处于运转状态而其它吸附床处于再生的不同阶段。而且，合适的净化单元包括那些能够调整和操控吸附阶段从而补偿供入该单元的中间重整产品的成分、压力和/或流速的变化。调整吸附阶段以获得富氢重整产品的方式取决于所选净化单元的类型和结构。

在一些实施例中，净化单元包括压力摆动吸附单元。合适的PSA单元包括现有技术中已知的从工艺流中分出氢的那些，例如在1980年12月9日发布的Perry的美国专利4,238,204、1987年9月1日发布的Doshi的美国专利4,690,695、1993年10月26日发布的Kai等的美国专利5,256,174、1995年7月25日发布的Anand等的美国专利5,435,836、1997年9月23日发布的Couche的美国专利5,669,960、1998年5月19日发布的Sircar等的美国专利5,753,010和2002年10月29日发布的Hill的美国专利6,471,744中描述的，这些描述并入此文作为参考。在一些实施例中，净化单元包括紧凑式PSA。合适的紧凑式PSA包括旋转式PSA，例如在2000年5月16日发布的Keefer等的美国专利6,063,161、2002年6月18日发布的Connor等的美国专利6,406,523中描述的，这些描述并入此文作为参考。具有旋转元件的紧凑式PSA通常可用加拿大伯纳比Questair工程公司的Questair的旋转式PSA，型号H3200用在本发明的开发中。

净化单元可选地但优选地包括能够可选地控制中间重整产品向多个吸附床中的一个或多个流动的阀组件。阀组件包括一个或多个具有固定或可变开度的阀，这些阀打开和关闭以控制流向吸附床的物质。阀组件通过选择性地控制哪个吸附床接收中间重整产品流以及控制不同物质导入通过吸附床的顺序来控制中间重整产品向吸附床的流动。这样，阀组件结构既控制了吸附阶段也控制了每个吸附床的再生状态。取决于吸附床内的吸附剂的特点，再生可以是利用压力和/或温度摆动、引导不同物质通过床体和类似的。

在净化单元包括旋转式PSA的实施例中，在阀组件和多个吸附床或吸附床的入口之间产生旋转从而使多个床体的每一个进行吸附-再生循环。用于旋转式PSA中的阀组件是在1990年5月15日公布的Rabenau等的美国专利4,925,464、1997年1月14日公布的Hill等的美国专利5,593,478、1998年9月15日公布的Lemocoff等的美国专利5,807,423、2000年5月2日公布的Keefer等的美国专利6,056,804、2002年4月16日公布的Takemasa等的美国专利6,372,026 B1、2002年9月17日公布的Keefer等的美国专利6,451,095和2004年3月30日公布的Hill等的美国专利6,712,087中所描述的，这些描述并入此文作为参考。阀组件和吸附床之间的旋转优选为由变速马达产生。然而，阀组件控制多个床体的每个状态的运转顺序，变速马达控制这些运转中的每一个的长短和这些运转变化的频率。通过调整该马达的转速，可以增长或缩短多个床体中的每一个的吸附阶段。而且，转速的这种变化会改变中间重整产品流从第一吸附床切换到第二吸附床的频率。

本发明的装置可选地包括位于净化单元下游的产物传感器，它能够检测富氢重整产品和/或贫氢产品并且生成检测到的产物数据(sensed product data)。产物传感器生成的检测到的产物数据可以传送或传递到控制器，如下文所述，用于操纵净化单元。优选地，产物传感器位于净化单元的下游并靠近其出口，从而迅速检测到富氢重整产品和/或贫氢重整产品的变化并且采取补偿措施。当在净化单元的下游可选地设置储罐来接收并储存富氢重整产品时，产物传感器设在储罐上游，从而检测到非规格重整产品并且在接收到储罐之前将其进行转移。

检测到的产物数据可以包括温度、压力、密度、流速和成分数据中的一种或多种。产物传感器优选为气敏传感器。选择的传感器类型是由所需数据的类型决定的。在一些实施例中，产物传感器可以是成分型传感器以确定富氢重整产品和/或贫氢重整产品中的成分浓度。例如，用于检测一氧化碳、二氧化碳、烃类、水、含硫化合物、含氮化合物的压力或浓度的传感器在市场上可买到。在产物传感器是用于检测成分数据的传感器的实施例中，传感器优选为不适于检测富氢重整产品和/或贫氢重整产品中的游离氧的浓度。

在需要与富氢重整产品中的氢浓度相关的数据的实施例中，传感器可以包括能够直接检测氢浓度的传感器，或者可以是一个或多个能够检测数据的传感器，从这些数据可以确定氢浓度。用于间接确定输送给燃料电池的重整产品氢浓度的方法和装置的描述可以在2004年8月3日公布的Nelson等的美国专利6,770,391 B2中找到，该描述并入此文作为参考。净化单元排出的富氢重整产品的氢浓度按体积计应大于约99.96％，优选为大于约99.97％，更优选为大于约99.98％。当传给控制器的检测到的产物数据表明氢浓度在降低时，净化单元会增加中间重整产品流从一个吸附床导向下一个床体的频率。更具体地，在净化单元是带有变速马达的旋转式PSA时，增大变速马达的转速来缩短吸附阶段。类似地，当检测到的产物数据表明富氢重整产品的压力和/或流速在增加时，可以增大变速马达的转速来缩短吸附阶段并保持富氢重整产品中所需的氢浓度。

如上所注，本发明的装置包括系统控制器来监测和控制燃料处理器和净化单元的运转。如下文所述，控制器能够确定燃料处理器生成的中间重整产品的计算流并能响应于中间产品计算流来操纵净化单元。

压力摆动吸附单元形式的净化单元能以固定成分输送富氢重整产品，只要中间重整产品的流速、压力和PSA的周期，例如吸附、脱附、压力均衡、加压、减压、换气顺序等累积成称为“周期”，所有都保持恒定。如果改变这些参数中的任何一个，富氢重整产品的成分也将改变。由于所需的变化和其它因素，从燃料处理器流向PSA的中间重整产品将时不时地发生变化。因此，在一定压力下，需要响应于中间重整产品流的变化来调整PSA的运转以保持富氢重整产品的成分。净化单元保持恒定成分的运转需要实质上“实时”地了解来自燃料处理器的中间重整产品流的流速和成分。然而，中间重整产品流的测量是困难的并且需要昂贵的分析仪器。而且，由于较长的滞后时间，实际测量不能提供可靠或可用的数据。

在本发明的装置和方法中，用于控制净化单元运转的技术是以燃料处理器生成的中间重整产品的预测或计算流为根据。中间重整产品计算流是由控制器从燃料处理器的处理模块确定的。该处理模块最初是从化学反应中发展来的，燃料处理器中的供给料和工艺流发生这些化学反应。可以从文献中得到的的动力学数据确定反应转换和成分，并且可以用如从麻省剑桥的Aspen工程公司得到的商业建模软件来开发燃料处理器的广义处理模块。然而，燃料处理器需要一个特定的合适模型来生成中间重整产品。因此，为了获取更精确、更完整的模型，也应当包括燃料处理器特定的要素来嵌入燃料处理器的动力学和热力学特性。这种要素可以是反应器的材料和几何结构、位于工艺流(process stream)的通道中的催化剂和其它物质、燃料处理器设计所特有的热力特征。而且，基于实验结果的动力学模型可以用于估计反应转换和燃料处理器生成的成分并且用于确定一定压力和温度下最佳的氧-碳比和蒸汽-碳比。此外，在一定压力下由一组特定供给料产生的重整器的温度曲线可以计算成由最小化重整反应自由能引起的绝热温升。

在开发时，处理模块能够预测在稳态和一定压力下从已知供给料生成到燃料处理器的中间产品的成分和流速。类似地，在中间重整产品要有一定成分和流速时，模块能够确定用来生成中间重整产品所需的供给料。处理模块也能进行燃料处理器的动态操纵，例如，启动、停机、减弱和其它瞬态工况。

在一些实施例中，控制器也包括把净化单元在一定压力下的运转与将会生成具有所需成分和/或流速的富氢重整产品的中间重整产品计算流联系起来的方式。这种方式可以是净化单元的处理模块，能够确定净化单元的运转设置，例如，吸附阶段或其它周期，以生成一定的富氢重整产品。替代地，这种方式是一组由实验得到的经验公式，优选为以表格的形式进行存储供控制器获取。不管使用哪种方式，对一定的压力和中间重整产品计算流而言，都将会给控制器操纵净化单元提供指令以生成具有选定成分的富氢重整产品。在净化单元是具有变速马达的旋转式PSA的实施例中，联系的方式可以包括对照表，其中，不同压力下的中间重整产品计算流与不同的马达转速联系起来，将生成一定成分的富氢重整产品。因此，中间重整产品计算流的成分或流速所发生的变化可以用于识别将调整净化单元运转的马达转速的正确变化，从而保持富氢重整产品的成分。而且，这种方式也可以用于确定来自选定富氢重整产品输出量的中间重整产品计算流。

在运转时，操作者可选择制氢设备所要生成的富氢重整产品输出量。该输出量的选择包括指示控制器生成具有一定流速下的一定质量或成分的富氢重整产品。控制器可以基于选定的富氢重整产品输出量从对照表中确定燃料处理器生成的中间重整产品计算流。然后控制器可以设置并调整输送给燃料处理器的供给料以生成以处理模块和中间重整产品计算流为根据的中间重整产品流。当燃料处理器达到稳态时，将中间重整产品流导向净化单元。控制器响应于中间重整产品计算流来操纵净化单元以生成富氢重整产品。当中间产品的成分和/或流速发生变化时，控制器可以调整净化单元的运转，例如吸附阶段，以保持富氢重整产品的成分。可选地，控制器接收净化单元排出的富氢重整产品的检测到的产物数据并且调整净化单元的运转以获得操作者选择的重整产品组分和流速。

在一些实施例中，控制器是在单个计算机系统中运行，以控制不受人工控制的装置运转的每个方面。在别的实施例中，系统控制器可以包括多个计算机系统，每个系统控制装置运转的某些特定方面。系统控制器可以是安装在支架上的或装在桌面的个人计算机、工作站、笔记本式计算机或膝上型计算机，内嵌处理器或类似的。实际上，任何给定实施的这方面对本发明的实践并不重要(material)。

计算机系统优选为包括通过数据线系统与存储器相连的处理器。存储器可以包括硬盘和/或随机存取存储器(“RAM”)和/或移动存储器例如软磁盘和/或光盘。存储器编码了数据结构以存储需要的数据、操作系统、用户接口软件和应用程序。用户接口软件与显示器一起实现用户接口。用户接口可以是外部I/O设备，例如按键片或键盘、鼠标或操纵杆。处理器在操作系统的控制下运行，该操作系统几乎可以是现有技术已知的任何操作系统。操作系统依据加电、重置或这两者来调用应用软件，这取决于操作系统的运行。

本发明运行方面的软件一般编码成程序存储介质的一些形式或在一些类型的传输介质上运行。传输介质可以是绞合线对、同轴电缆、光缆或现有技术已知的其它适合的传输介质。本文详细描述的一些部分是用软件运行处理表示的，包括用运行符号表示计算机系统的内存中的数据位。这些描述和表示是本领域技术人员用来向其他技术人员最有效传递他们工作的要点的方式。处理和运行需要对物理量的物理处理。通常，尽管不必要，这些量是电、磁、或光信号的形式，能够进行存储、传递、组合、对比以及其它处理。已经多次证明其便利性，主要是因为通用，涉及这些信号：二进制数字、数值、数据、单元、符号、指令、字符、项、号码或类似的。然而，应当记住，所有这些和类似的术语都是与合适的物理量相关的并且只是应用到这些量的便利标记。而且，在某种电子装置的存储器中，电子装置将代表物理(电、磁或光)量的数据操作和转变成其它代表类似物理量的数据的动作和处理已经用术语，例如“加工”、“计算”、“核算”、“对比”、“确定”、“显示”和类似的表示了。

本发明的装置可选地包括位于净化单元下游的产物阀用，于控制来自净化单元的富氢重整产品流和/或贫氢重整产品流。在一些实施例中，产物阀是可变开度阀。控制器响应于中间重整产品计算流来操纵产物阀。当在净化单元下游设置产物传感器来检测富氢重整产品和/或贫氢重整产品时，至少部分地响应于检测到的产物数据来操纵产物阀。对流出净化单元的富氢重整产品的控制可用于在净化单元中产生背压以保持净化单元内更稳定或固定的压力。而且，这种控制也能对流过净化单元的重整产品的流速进行控制以保持富氢重整产品的成分。

本发明的装置可选地包括位于净化单元下游的储存单元，以储存富氢重整产品。可选地包括压缩单元以生成富氢重整产品压缩流，取决于所选择的特定储存单元的压力规格进行储存。而且，可以包括能够向第二压缩单元的入口提供补给流体控制流的第二管道。该第二管道优选为具有位于第二压缩单元和储存单元之间的入口、具有用来控制通过管道的补给流体的阀、并且具有位于净化单元出口和第二压缩单元入口之间的出口。

适用于本发明装置的储存单元可以从现有技术中已知的储氢装置中选取。优选地，储氢装置将包括适于以所需形式，包括但不局限于压缩气体状、液化气体状或固态，容纳富氢重整产品的储存罐。合适的储存罐可以是轻便的、模块化的、装于滑动底板上或固定在一个位置上的。而且，选择的储存单元优选为具有足够的储存量，从而在燃料处理器不运转的过程中和/或燃料处理器生成的重整产品的体积需要得到补充以满足需求时的峰值阶段中，使单元能够以选定速度将储存的重整产品输送到出口处。

储氢单元可包括可操作地与压缩单元流体连通以储存压缩产物的高压罐。合适的储存单元可以运用能够可逆地固氢地固氢材料。固氢材料在储氢技术中是公知的，可以是活性炭、碳纤维复合材料、球壳状碳基材料、金属氢化物、钛合金、钒、铬和锰，带有或不带添加元素、磁性吸氢材料和从元素周期表的第二或第三行中选取的轻元素形成的纳米组织。包含用来储存压缩氢的固氢材料的储罐的例子在1986年7月8日公布的Wessel的美国专利4,598,836和2002年8月13日公布的Klos等的美国专利6,432,176 B1中描述了，这些描述并入此文作为参考。在其它实施例中，储存单元可以包括液化单元，通过低温冷却或其它液化技术将富氢产品转化成液态产品。

本发明的装置可选地包括一个或多个位于整个装置中的传感器，以检测流体在装置的不同位置上的温度、成分、密度、压力和/或流速。本领域技术人员应当理解，传感数据例如温度和压力可以用于计算其它的流体状态，例如，用在2003年9月16日公布的Cohen等的美国专利6,619,336中使用的方法计算密度。此外，检测到的成分信息可用于各种目的，包括估计产物中氢的浓度，如在2004年8月3日公布的Nelson等的美国专利6,770,391B2中所描述的。检测和监测装置和流体的温度、成分、压力、流速状态的传感器是已知的并在市场上可买到的。

在本发明的处理方面，提供了一种生成富氢重整产品的方法。该方法包括在燃料处理器中生成包含氢和杂质的中间重整产品流。在燃料处理器中生成中间重整产品的工艺在上文详细描述了。在净化单元中清除中间重整产品中的杂质以生成富氢重整产品。由燃料处理器的处理模块确定燃料处理器生成的中间重整产品计算流并且至少部分地响应于中间重整产品计算流来操纵净化单元。

如上所述，可以通过选择吸附尤其是通过使用压力摆动吸附单元来清除中间重整产品中的杂质。将中间重整产品流引导流过吸附阶段的多个吸附床中的一个或多个来清除杂质。在压力摆动吸附单元中对中间重整产品流中杂质的清除取决于中间重整产品流的流速以及净化单元内的压力。一般地，从燃料处理器流向净化单元的吸附床的中间重整产品流在约150slpm到约370slpm之间，其中，标准单位表示1个标准大气压的25℃。中间重整产品的成分是变化的，但一般包括CO＜1％、CH₄＜2％、CO₂＞15％和H₂＞40％。而且，净化单元内的压力一般在约70psig到约350psig之间并且在净化单元清除重整产品中的杂质时该压力优选为不变的。在适当地调整净化单元时，可以以约40slpm到约120slpm之间的速率生成氢浓度按体积计至少为约99.9％的富氢重整产品。

通过响应于中间重整产品计算流调整吸附阶段，可以响应于中间重整产品计算流来操纵净化单元。净化单元优选地包括能够可选地控制中间重整产品向多个吸附床流动的阀组件以及在阀组件和多个吸附床之间产生旋转的变速马达。在这样一个实施例中，可以通过改变马达转速来调整吸附阶段。用来生成具有所需纯度和流速的氢产品的马达转速是设计规范。在Questair H3200系列PSA的情况下，变速马达的转速优选为在约3rpm到约11rpm的范围内进行选择和调整以获得上文所注的成分和流速。

杂质的清除优选为利用多个吸附床，从而可以中断通过第一吸附床的流体并且转向第二吸附床以继续清除杂质和生成富氢重整产品流。而且，中断通过第一吸附床的流体及其转向使第一吸附床能够进行再生，通过以下方式中的一种或多种：对其中的床体和吸附剂进行减压、换气、加热、冷却和加压。吸附床的再生有利于释放已吸附的杂质、生成包含先前已吸附的杂质的废气流或贫氢产品。

如上所述，燃料处理器的处理模块用于确定中间重整产品计算流。中间重整产品计算流包括燃料处理器即将生成的中间重整产品的流速和成分。而且，可以从输送给燃料处理器的供给料或选定的富氢重整产品输出量来确定中间重整产品计算流。这样，该方法还包括选择用于确定中间重整产品计算流的输送给燃料处理器的供给料。在其它实施例中，该方法还包括选择用于确定生成所选富氢重整产品输出量的中间重整产品计算流的富氢重整产品输出量。富氢重整产品输出量的选择包括成分和/或输入流量。

举例来说，操作者可以选择所要生成的富氢重整产品输出量。控制器利用所选富氢重整产品输出量来确定燃料处理器所要生成的中间重整产品计算流。上文所述的净化单元处理模块或经验公式可用于确定中间重整产品计算流。控制器利用燃料处理器的处理模块和中间重整产品计算流来设置和调整输送给生成中间重整产品的燃料处理器的供给料。当燃料处理器达到稳态时，中间重整产品流导向净化单元以生成富氢重整产品。控制器利用中间重整产品计算流和对照表来设置和调整净化单元的运转以生成具有所需纯度和流速的富氢重整产品。在其它实施例中，操作者选择一种供给料或一组供给料输送给燃料处理器并且控制器从中确定中间重整产品计算流。然后控制器利用中间重整产品计算流来设置和调整输送给燃料处理器的其它供给料，设置和调整净化单元的运转以生成具有所需纯度的富氢重整产品。

本发明的方法还包括响应于中间重整产品计算流来操纵净化单元。因为中间产品的流速或成分会发生变化，可以通过控制器来调整净化单元的运转以保持富氢重整产品的成分。更具体地，可以调整吸附阶段来保持氢纯度。举例来说，当燃料处理器由于氢需求量的降低或其它原因而减弱时，中间重整产品的成分和/或流速就会发生变化。这种变化也反映在中间重整产品计算流的变化中。在本发明的一种方法中，可以通过增加或降低变速马达的转速来调整净化单元的运转从而补偿中间重整产品计算流的变化。变速马达转速的变化调整了吸附阶段并且保持了富氢重整产品的成分。

取决于下游净化单元的规格，可选地压缩中间重整产品流以在从中清除杂质之前生成中间重整产品压缩流。在这样的实施例中，可以在由定速或变速马达驱动的压缩器中压缩中间重整产品来输送给净化单元。在优选实施例中，净化单元的操纵独立于压缩器的转速。当富氢重整产品可选地储存在需要以高压储存产物气体的储存单元中时，也需要对来自净化单元的富氢重整产品流进行压缩。

中间重整产品的成分、压力和/或流速会有变化。可选地，可以在位于净化单元上游的缓冲器中缓冲中间重整产品来减少或减弱这些变化。在中间重整产品输送给净化单元之前进行压缩的实施例中，可以通过向压缩单元的入口提供补给流体控制流来减少压力和/或流速的变化。补给流体可以包括中间重整产品压缩流和/或富氢重整产品，并且可以通过可变开度阀对流动进行控制。响应于中间重整产品计算流和/或响应于压缩单元入口附近的中间重整产品的传感压力和/或流速来控制补给流体向压缩单元入口的流动。

可选地检测富氢重整产品和/或贫氢重整产品以生成检测到的产物数据。在靠近净化单元的下游检测富氢重整产品或贫氢重整产品，这样，就可以检测到表明富氢重整产品成分变化的传感数据并且可以迅速采取补充措施。检测到的产物数据可以是温度、压力、密度、流速和/或成分数据。当富氢重整产品可选地储存在储存单元中时，在储存单元的上游检测富氢重整产品，这样非规格重整产品可以在接收到储存单元之前进行转移。

本发明的方法可选地包括控制流出净化单元的富氢重整产品。可以用可变开度产物阀来控制流出净化单元的富氢重整产品。响应于中间重整产品计算流和/或响应于由上述产物传感器生成的检测到的产物数据来控制该阀。对流出净化单元的富氢重整产品的控制可用于在净化单元中产生背压以保持净化单元内更稳定或固定的压力。而且，这种控制也能对流过净化单元的重整产品进行控制以保持富氢重整产品的成分。

附图详述

如图1所示，制氢装置100包括燃料处理器110、净化单元140和控制器170。燃料处理器110包括氧化器113和重整器111，具有通过输送管102输送给处理器的燃料处理反应物。燃料处理器的性能将确定供给料的数量和种类。例如，输送管将包括输送反应物，如燃料、氧化剂、和任选水或蒸汽的管道，取决于将要进行的燃料处理反应物的性质。举例来说，燃料101、空气103和水105供给输送管102来输送给燃料处理器。反应物在燃料处理器110中转化成中间重整产品流，包括氢和一种或多种杂质。在瞬态和稳态运转中，来自燃料处理器的中间重整产品流的压力、流速和/或成分都可以有变化。

中间重整产品流从燃料处理器110通过管道112导向净化单元140。净化单元140利用选择吸附从中间重整产品中清除杂质，将中间重整产品引导通过吸附剂床，该床优先吸附杂质并且允许富氢产物流出床。如图1所示，净化单元140是压力摆动吸附单元，有多个吸附床150和阀组件145。流向每个吸附床150的物质流受到阀组件145的控制。净化单元还包括变速马达141，使阀组件145和吸附床150之间产生旋转。阀组件145的结构和变速马达141的速度确定了吸附床的运行阶段以及每个床进行吸附和再生循环的速度。在这样一个循环中，吸附床可以接收中间重整产品流、扫气流，在其它几种可能的阶段中可以减压、排空、加热、冷却和/或再增压。也应当注意，为了不遮盖发明，压力源和压力降、扫气等等，以及与阀组件145有关的细节都没有在图1中示出。

在运转过程中，中间重整产品通过阀组件145导入净化单元并且流过一个或多个吸附床150进行吸附阶段。吸附阶段的长短由阀组件145的结构和马达141的速度决定。在吸附阶段，中间重整产品流中的杂质被吸附床中的吸附剂吸附并且富氢重整产品流通过管道142导出净化单元。此处要注意的是，富氢重整产品的纯度取决于几个因素，包括吸附剂的类型、吸附床的结构和几何形状、中间重整产品的流速以及压力和温度条件。对特定吸附床和吸附剂而言，吸附阶段的长短将直接影响富氢重整产品的纯度并且可调节成操纵富氢重整产品的纯度或补偿由处理器110生成的中间重整产品的压力、流速和/或成分的变化。

控制器170用来监测和控制燃料处理器110和净化单元140的运转。此外，设有传感器(未示出)来检测要输送给燃料处理器110的反应物。由这种传感器生成的反应物数据传送给控制器170，分别用虚线A、B和C表示。控制器170包括燃料处理器110的处理模块。反应物数据输入该处理模块来确定中间重整产品的计算流，该计算流是燃料处理器110期望从反应物101、103和105产生的。输入/输出装置171用来选择一种或多种要输送给燃料处理器的供给料和/或由装置100生成的富氢重整产品输出量，用于确定中间重整产品的计算流。基于中间重整产品的计算流，包括中间重整产品流的成分、压力和/或流速数据，控制器170确定净化单元140的合适的吸附阶段。马达141的速度设置和/或调节指令传送给马达，用虚线D表示。通过这种方式，控制器170响应于中间重整产品的计算流操作净化单元140，并且能够调节吸附阶段来补偿由燃料处理器110生成的重整产品的变化，否则会负面影响富氢重整产品的纯度。

图2示出本发明的实施例200，其中，装置由具有氧化器213和重整器211的燃料处理器210组成。输送管202输送燃料201、氧化剂203和水205，在燃料处理器210中重整。燃料处理器210生成的中间重整产品通过管道212导向缓冲器220，然后通过管道222导向压缩单元230。在导向净化单元240之前，中间重整产品流在压缩单元230中被压缩器235压缩。净化单元240与图1所示的净化单元没有不同，有多个吸附床250、阀组件245和使阀组件与吸附床之间产生旋转的变速马达241。

产物传感器260位于净化单元的下游，以检测富氢重整产品通过管道242流出净化单元并且生成检测到的产物数据。检测到的产物数据包括与富氢重整产品相关的成分信息。检测到的产物数据传送给控制器270以确定富氢重整产品是否在规格界限内。而且，检测到的产物数据可以被控制器270用来确定燃料处理器210的处理模块的确定中间重整产品计算流的精确度，而且，在必要时，调整处理模块以确定中间重整产品的更精确的计算流。

控制器270监测和控制燃料处理器210、缓冲器220、压缩单元230和净化单元240的运转。反应物数据传送给控制器270，用虚线A’、B’和C’表示，输入燃料处理器210的处理模块以确定中间重整产品的计算流。来自产物传感器260的检测到的产物数据传送给控制器270，用虚线E’表示。输入/输出装置271用来选择一种或多种要输送给燃料处理器的供给料和/或由装置200生成的富氢重整产品输出量，用于确定中间重整产品的计算流。基于中间重整产品的计算流和检测到的产物数据，包括中间重整产品流的成分、压力和/或流速数据，控制器270确定净化单元240的合适的吸附阶段。马达241的速度设置和/或调节指令传送给马达，用虚线D’表示。

图3示出的实施例300包括燃料处理器310、压缩单元330、净化单元340、储罐380和控制器370。如图所示，输送管302输送燃料301、氧化剂303和水305，在燃料处理器310中重整。燃料处理器310包括氧化器313，在这里面，燃料和氧化剂进行预热并且水转化成蒸汽。燃料处理器还包括重整反应器311，在这里面，预热过的反应物转化成包含氢和一种或多种杂质的中间重整产品。

此处应当注意的是，来自燃料处理器310的中间重整产品流的成分、压力、和/或流速都可以有变化。为了减少这些变化，设置具有入口321和可变开度阀323的管道320以将中间重整产品的压缩控制流导向管道312。在压缩单元330的上游设置传感器325以检测管道312中的中间重整产品的压力和/或流速。来自传感器325的压力和/或流速传感数据直接传送给可变开度阀323，用虚线I”表示，用于控制阀323的位置。在一个方案中，传感数据传送给控制器370用于操作阀323，用虚线H”和G”表示。通过管道320流向管道312的中间重整产品压缩流起到衰减输送给压缩单元的中间重整产品的压力和/或流速变化的作用并且防止在管道312中形成真空，否则会吸入大气气体并且与中间重整产品混合。

燃料处理器310生成的中间重整产品通过管道312导向压缩单元320。压缩单元接收中间重整产品并且生成中间重整产品压缩流，通过管道332导向净化单元330。净化单元330具有多个吸附床350、阀组件345和使吸附床与阀组件之间产生旋转的变速马达341。净化单元330的运转与图1和图2所示的净化单元的运转相似。产物传感器360位于净化单元的下游以检测富氢重整产品通过管道342流出净化单元。检测到的产物数据传送给控制器370，用虚线B′表示。产物阀365是可变开度阀，设在管道342中以控制富氢重整产品流出净化单元。从净化单元和产物传感器360的下游设置储罐380，至少是临时地，在分配或作进一步处理之前接收和储存富氢重整产品。

控制器370监测和控制燃料处理器310、压缩单元330和净化单元340的运转。反应物数据传送给控制器370，用虚线A”、B”和C”表示，输入燃料处理器310的处理模块以确定中间重整产品的计算流。输入/输出装置371用来选择一种或多种要输送给燃料处理器的供给料和/或由装置300生成的富氢重整产品输出量，用于确定中间重整产品的计算流。来自产物传感器360的检测到的产物数据传送给控制器370，用虚线E”表示。由传感器325检测到的中间重整产品的压力和/或流速传送给控制器370，用虚线H”表示。控制器370响应于中间重整产品计算流以及传感器325检测到的中间重整产品的压力和/或流速，来控制或操纵可变开度阀323。设置和/或调节阀323的开度的指令传送给阀，用虚线G”表示。控制器370响应于中间重整产品计算流、传感器325检测到的中间重整产品的压力和/或流速、和/或来自产物传感器360的检测到的产物数据，来确定净化单元340的合适的吸附阶段。马达341的速度设置和/或调节指令传送给马达，用虚线D”表示。控制器370响应于中间重整产品计算流、传感器325检测到的中间重整产品的压力和/或流速和/或来自产物传感器360的检测到的产物数据，来控制或操纵可变开度阀323。设置和/或调节阀363的开度的指令传送给阀，用虚线F”表示。

图4是燃料处理器能生成中间重整产品流的各个工序的示意框图。图4所示的步骤在上文中作了详细描述，此处不再重复。图5是示出了从包含氢和杂质的中间重整产品流生成富氢重整产品的方法的步骤的框图。该方法的步骤在上文中作了详细描述，此处不再重复。

上文描述的特定实施例只是示例性的，得益于本文的启示，本领域技术人员可以显而易见地以不同但等效的方式对本发明进行变型和实施。而且，并不想对本文示出的结构或设计的细节作任何限制，除下面权利要求描述的之外。很明显，上文描述的特定实施例的改变或变型及所有变化都考虑进本发明的范围和要旨内。因此，下面的权利要求阐述了本文所要求保护的内容。

Claims (30)

1.制备氢的装置，包括：

一燃料处理器，其能够生成一包含氢和杂质的中间重整产品流；

一净化单元，其位于所述燃料处理器的下游，并且能够从所述中间重整产品流中清除杂质，以生成一富氢的重整产品流；

一控制器，其能够由所述燃料处理器的一处理模块确定一中间重整产品计算流，并且部分地响应于所述中间重整产品计算流来操纵所述净化单元。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述燃料处理器包括一氧化器和一重整器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述净化单元包括多个吸附床和一阀组件，所述阀组件能够有选择地控制所述中间重整产品向所述多个吸附床中的一个或多个流动。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多个吸附床包括一从所述中间重整产品流中有选择地吸附杂质的吸附剂。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述净化单元包括一能在所述阀组件与所述多个吸附床之间产生旋转的变速马达。

6.如权利要求1所述的装置，其还包括一产物传感器，该产物传感器位于所述净化单元下游，用于检测所述富氢的重整产品和/或一贫氢的重整产品，以生成检测到的产物数据，并且其中，所述控制器部分地响应于所述检测到的产物数据来操纵所述净化单元。

7.如权利要求1所述的装置，其还包括一产物阀，该产物阀位于所述净化单元下游，用于控制所述富氢的重整产品流出所述净化单元，该产物阀是一可变开度阀，该可变开度阀部分地响应于所述中间重整产品的计算流被操纵。

8.如权利要求1所述的装置，其还包括，一位于所述燃料处理器下游的压缩单元，该压缩单元能够接收所述中间重整产品流，并且生成一压缩的中间重整产品流，以输送给所述净化单元。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述压缩单元包括一变速或定速压缩器；并且，所述控制器独立于所述压缩器速度地操纵所述净化单元。

10.如权利要求8所述的装置，还包括一管道，所述管道具有一可变开度阀，该可变开度阀能够控制一补充流体通过所述管道流向所述压缩单元的一入口，并且其中，所述控制器部分地响应于所述中间重整产品的计算流来操纵所述可变开度阀。

11.如权利要求8所述的装置，还包括一传感器，其位于所述压缩单元上游，能够检测所述中间重整产品的压力和/或流速，并且其中，所述可变开度阀响应于所述检测到的压力和/或流速被操纵。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制器部分地响应于所述检测到的压力和/或流速来操纵所述净化单元。

13.如权利要求1所述的装置，还包括一缓冲器，其位于所述燃料处理器和所述净化单元中间，以缓冲所述中间重整产品流。

14.如权利要求1所述的装置，还包括一储罐，其位于所述净化单元下游，能够接收和储存所述富氢的重整产品。

15.如权利要求1所述的装置，还包括一供给料，其输送给所述燃料处理器，所述供给料包括燃料、空气、水和它们的混合物；和一供给料传感器，其用于检测所述供给料，并且传送供给料数据给所述控制器。

16.制备富氢的重整产品的方法，该方法包括以下步骤：

在一燃料处理器中生成一包含氢和杂质的中间重整产品流；

从所述中间重整产品中清除杂质，以生成一富氢的重整产品流；

由所述燃料处理器的处理模块确定一由所述燃料处理器产生的中间重整产品计算流；

部分地响应于所述中间重整产品计算流来操纵所述净化单元。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述净化单元包括多个吸附床，所述吸附床包括一吸附剂材料，所述吸附剂材料能够有选择地吸收杂质；并且，在吸附阶段，通过引导中间重整产品流穿过所述多个吸附床中的一个或多个，从中间重整产品流中清除杂质。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，通过响应于所述中间重整产品的计算流调整所述吸附阶段，所述净化单元响应于所述中间重整产品的计算流受到操纵。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述净化单元还包括一阀组件，其能够有选择地控制所述中间重整产品向多个吸附床中的一个或多个流动。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述净化单元还包括一变速马达，其能在所述阀组件与所述多个吸附床之间产生旋转；并且，通过改变该变速马达的速度来调整所述吸附阶段。

21.如权利要求16所述的方法，还包括，在一压缩单元中压缩所述中间重整产品，以在从中间重整产品中清除杂质之前生成一经压缩的中间重整产品流。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述中间重整产品在由定速或变速马达驱动的一压缩器中受到压缩；并且，独立于所述压缩器的速度来操纵所述净化单元。

23.如权利要求16所述的方法，还包括，在从所述中间重整产品中清除杂质之前，缓冲所述中间重整产品流。

24.如权利要求16所述的方法，还包括，检测所述富氢的重整产品，以生成检测到的产物数据，并且响应于所述检测到的产物数据来操纵所述净化单元。

25.如权利要求16所述的方法，还包括，响应于所述中间重整产品计算流来控制所述富氢的重整产品流流出所述净化单元。

26.如权利要求24所述的方法，还包括，检测所述富氢的重整产品，以生成检测到的产物数据，并且响应于所述检测到的产物数据来控制所述富氢的重整产品流流出所述净化单元。

27.如权利要求16所述的方法，还包括，选择富氢重整产品的输出量，并且基于所选取的富氢重整产品输出量确定所述中间重整产品计算流。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，从对照表中确定所述中间重整产品计算流。

29.如权利要求28所述的方法，还包括，响应于所述中间重整产品计算流来控制输送给所述燃料处理器的供给料。

30.如权利要求16所述的方法，还包括，选择一种或多种供给料输送给所述燃料处理器，并且其中，部分地从所选定的供给料中确定所述中间重整产品计算流。

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