CN220851735U - 一种制氢加氢一体化站 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及加氢技术领域，公开了一种制氢加氢一体化站，包括依次连通的储氢系统、氢气增压装置、高压氢气装置、加氢机，储氢系统包括低压固态储氢装置、中压气态储氢装置；其中，低压固态储氢装置指压力范围为[1.6MPa,5.0MPa]的储氢装置，中压气态储氢装置指压力范围为[3.0MPa,5.0MPa]的储氢装置，高压氢气装置指压力范围为[40MPa,45MPa]的储氢装置。本实用新型解决了现有技术存在的安全风险大、运输成本高等问题。

Description

一种制氢加氢一体化站

技术领域

本实用新型涉及加氢技术领域，具体是一种制氢加氢一体化站。

背景技术

加氢站是氢能在交通领域实现规模化应用的重要设施，目前建设的加氢站主要有两类，一类是采用固定式建设方式的固定式加氢站，一类是采用集装箱型式建设布局的撬装式加氢站。近年来，我国氢能产业呈现爆发式发展，加氢站作为氢能的交通基础设施正在全国多个城市布局建设。加氢站供应的氢气主要依靠长管拖车运输，而长管拖车运输氢气存在安全风险，并且装卸载时间长，运输能力低，运输成本高，综合能效不合理，使得加氢站的氢气保供与价格问题变得越来越突出，成为制约整个氢能产业持续发展的关键要素。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种制氢加氢一体化站，解决现有技术存在的安全风险大、运输成本高等问题。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

一种制氢加氢一体化站，包括依次连通的储氢系统、氢气增压装置、高压氢气装置、加氢机，储氢系统包括低压固态储氢装置、中压气态储氢装置；其中，低压固态储氢装置指压力范围为[1.6MPa,5.0MPa]的储氢装置，中压气态储氢装置指压力范围为[3.0MPa,5.0MPa]的储氢装置，高压氢气装置指压力范围为[40MPa,45MPa]的储氢装置。

作为一种优选的技术方案，还包括依次连通的原料气缓冲装置、提纯集成系统，提纯集成系统与储氢系统连通。

作为一种优选的技术方案，还包括产品氢气缓冲装置，提纯集成系统、产品氢气缓冲装置、储氢系统依次连通。

作为一种优选的技术方案，氢气增压装置包括若干台并联的气驱泵。

作为一种优选的技术方案，气驱泵的入口压力范围为[3.0MPa,5.0MPa]、排气压力范围为[40MPa,45MPa]。

作为一种优选的技术方案，还包括与高压氢气装置连通的氢燃料电池发电装置。

作为一种优选的技术方案，氢燃料电池发电装置为UPS电源。

作为一种优选的技术方案，还包括若干隔板、由隔板隔成的四个隔离室，分别记为第一隔离室、第二隔离室、第三隔离室、第四隔离室，原料气缓冲装置、提纯集成系统、产品氢气缓冲装置设于第一隔离室内，储氢系统设于第二隔离室内，氢气增压装置、高压氢气装置、加氢机设于第三隔离室内，氢燃料电池发电装置设于第四隔离室内。

作为一种优选的技术方案，还包括设于第四隔离室内的气源供给系统、控制系统，气源供给系统与提纯集成系统连通，控制系统与提纯集成系统、氢气增压装置、加氢机、氢燃料电池发电装置分别电连接，第四隔离室被隔板隔离为第一分隔离室、第二分隔离室，氢气增压装置、高压氢气装置、加氢机设于第一分隔离室内，气源供给系统、控制系统设于第二分隔离室内。

作为一种优选的技术方案，隔板为防爆隔板。

本实用新型相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的撬装式加氢站耦合了副产气提纯制氢，实现了氢源稳定供给，提升加氢站运行稳定性；

(2)本实用新型提供的撬装式加氢站采用低压安全的固态储氢和气态储氢耦合技术作为氢气储存途径，规避了传统单一的高压气态储氢方式，实现氢能的安全储存与加注；

(3)本实用新型提供的撬装式加氢站具有设备配置调整灵活的特点，可针对不同的工业副产气组分情况，定制化配置不同类型的副产气提纯装置，所适用的工业副产气包括但不限于焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢尾气、甲醇弛放气等；

(4)本实用新型提供的撬装式加氢站采用紧凑的结构布局，实现了更小的占地面积；

(5)本实用新型提供的撬装式加氢站耦合氢燃料电池发电装置，实现了应急状态下的孤网加氢系统匹配，拓宽了撬装站的应用场景，提升了使用便利性能。

附图说明

图1为本实用新型的系统构成示意图；

图2为本实用新型的俯视图。

附图中标记及其相应的名称：1、原料气缓冲装置，2、提纯集成系统，3、产品氢气缓冲装置，4、储氢系统，5、氢气增压装置，6、高压氢气装置，7、加氢机，8、氢燃料电池车，9、氢燃料电池发电装置，10、气源供给系统，11、防爆隔板，12、控制系统。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图2所示，本实用新型利用产量丰富、地域分布广、价格低的工业副产氢为原料，耦合气体分离技术和加氢站集成技术，构建制加氢一体化系统，减少氢气储运环节带来的高额成本，提高氢气的经济性。

本实用新型因其工艺系统简单、占地面积小、投资成本低等特点，在氢能基础设施领域得到了广泛应用。本实用新型提供的撬装式副产氢制加一体化站不仅可以避免氢气长距离运输的高额成本和安全风险，而且可以解决目前固定式加氢站工艺复杂、占地大的缺陷，还通过气固耦合储氢替代传统的单一气态储氢，有效提升了系统运行的安全性和可靠性。

本实用新型提供了一种撬装式副产氢制加一体化站，同时耦合了氢燃料电池发电装置，可解决当前固定式加氢站及单一气态储氢加氢站的诸多问题，适用于对各类型氢燃料电池汽车进行氢气加注。

本实用新型系统主要由原料气缓冲装置1(优选原料气缓冲罐)、提纯集成系统2、产品氢气缓冲装置3(优选产品氢气缓冲罐)、储氢系统4、氢气增压装置5、高压氢气装置6(优选高压氢气罐)、加氢机7、氢燃料电池车8、氢燃料电池发电装置9构成。

本实用新型所述的原料气缓冲装置1指储存缓冲焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢等原料气，作为缓冲装置连接前端原料气和后端提纯集成系统2，经缓冲后为加氢站提供稳定原料气。

本实用新型所述的提纯集成系统2指将副产氢提纯的装置，包括一组吸附塔、一组快速响应气动阀和一组逻辑控制运行程序，该系统主要根据原料气中杂质组分性能差异选择不同气体分离技术完成氢气提纯，氢气品质满足燃料电池氢气要求，纯度≥99.97％，非氢杂质≤0.03％。

本实用新型所述的产品氢气缓冲装置3分别与提纯集成系统2、储氢系统4通过氢气管道相连接，可以为纯化后的氢气提供缓冲稳压场所。

本实用新型所述的储氢系统4指多种类型储氢装置，主要包括低压固态储氢装置和中压气态储氢装置，实现气固耦合储氢工艺系统设计，产品氢气经管道和阀门控制后进入分别进入储氢系统，后端用氢时通过氢气管道与氢气增压装置5相连。

本实用新型所述的氢气增压装置5由若干台气驱泵组成，主要为加氢机提供额定压力的氢气，采用仪表气驱动，减少电气结构，安全性高，通过氢气管道与储氢系统4、高压氢气装置6相连，优选入口压力3MPa、排气压力45MPa的高压缩比的气驱泵类型。

本实用新型所述的高压氢气装置6指氢气增压装置5的不稳定氢气流，为加氢机7提供持续稳定的氢气，保证系统运行稳定性和安全性。

本实用新型所述的加氢机7指为氢燃料电池车8提供加注的核心设备，包括冷水机和加氢软管等部件，通过氢气管道与高压氢气装置6相连，打开氢气阀门后通过软管与氢燃料电池车8储氢瓶组相连。

本实用新型所述的氢燃料电池发电装置9利用低压高密度装置提供氢源，实现撬装站离网供电，拓宽了撬装站应急状态启动加氢的应用场景，主要包括固态储氢装置和氢燃料电池发电成套装置。

本实用新型提供了一种撬装式副产氢制加一体化站，适用于对各类型氢燃料电池汽车进行氢气加注。

如图1所示，本实用新型系统包括原料气缓冲装置1、提纯集成系统2、产品氢气缓冲装置3、储氢系统4、氢气增压装置5、高压氢气装置6、加氢机7、氢燃料电池车8、氢燃料电池发电装置9。

所述原料气缓冲装置1、产品氢气缓冲装置3、高压氢气装置6优选立式摆放，节省占地面积，合理利用高度空间。

所述的缓冲罐选型，低压缓冲时间优选5-15min、高压缓冲时间优选15-30min(以氢气流量计)。

所述的提纯集成系统2适用于焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢尾气及甲醇驰放气等行业尾气中的一种，可采用变压吸附、变温吸附、金属氢化物吸附、膜分离等中的一种或多种组合，优选吸附压力≥3MPa的纯化技术。

所述储氢系统4采用气体和固态储氢耦合技术路线，优选储氢压力与纯化压力相当，可采用内层不锈钢立式摆放的气态储氢以及低压高密度的固态储氢，优选储氢压力≤3MPa。

所述氢气增压装置5优选气驱泵，也可采用隔膜式氢气压缩机、液驱式氢气增压泵、离子液体压缩机等多种型式。

所述氢燃料电池发电装置9包含各类以氢气为原料的燃料电池发电装置，为全站提供给UPS电源，拓宽撬装站在应急状态下的应用，提升系统运行稳定性和安全性。

所述加氢站采用隔板11将副产氢纯化、气固耦合储氢、加氢、燃料电池等腔体隔离，同时增设隔板将电气控制系统隔离，提升了撬装站的安全性。

本实用新型具有以下技术效果：

1.本实用新型提供的撬装式加氢站以廉价易得的副产氢为氢源，实现了制氢与加氢站的深度耦合，提升了加氢站运行的稳定性；

2.本实用新型提供的撬装式加氢站采用“气固”耦合的储氢方式，规避单一气态储氢的风险，实现氢能的安全储存与加注；

3.本实用新型提供的撬装式加氢站系统简单，采用紧凑的结构布局，实现了更小的占地面积；

4.本实用新型提供的撬装式加氢站耦合氢燃料备用电源系统，实现了离网加氢功能，设计备用电源系统，提升了系统运行稳定性。

实施例2

如图1至图2所示，作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下技术特征：

本实用新型优选500kg/d@12h规模撬装加氢站，配置各子系统参数，并提供了一种撬装式副产氢制加一体化站，适用于对各类型氢燃料电池汽车进行氢气加注。

本实用新型系统包括原料气缓冲装置1、提纯集成系统2、产品氢气缓冲装置3、储氢系统4、氢气增压装置5、高压氢气装置6、加氢机7、氢燃料电池车8、氢燃料电池发电装置9。

本实用新型所述的原料气缓冲装置1根据原料气规模适配缓冲一定水容积的缓冲罐，用于缓冲各类工业副产气，缓冲时间优选5-15min，装置接口与原料气工艺管道连接，为撬装站提供稳定原料气。

本实用新型所述的提纯集成系统2指将副产氢提纯的装置，包括一组吸附塔、一组快速响应气动阀和一组逻辑控制运行程序，该系统主要根据原料气中杂质组分性能差异选择不同气体分离技术完成氢气提纯，氢气品质满足燃料电池氢气要求，纯度≥99.97％，非氢杂质≤0.03％。

本实用新型所述的产品氢气缓冲装置3指缓冲提纯集成系统2合格的氢气进行缓冲，通过氢气管道分别与后端储氢系统4相连，前端连接多个吸附塔出口，根据加氢能力，适配产品氢气缓冲装置3水容积约3m³。

本实用新型所述的储氢系统4指多种类型储氢装置，按照500kg/d加氢能力，适配1/12倍加氢规模的储氢容量，气态储氢规模11kg，气态储氢罐水容积约5m³，固态储氢规模30kg，主要包括低压固态储氢和中压气态储氢，实现气固耦合储氢工艺系统设计，产品氢气经管道和阀门控制后进入分别进入储氢系统，后端用氢时通过氢气管道与氢气增压装置5相连。

本实用新型所述的氢气增压装置5由若干台气驱泵组成，主要为加氢机提供额定压力，采用仪表气驱动，减少电气结构，安全性高，通过氢气管道与储氢系统4、高压氢气装置6相连，优选入口压力3MPa、排气压力45MPa的高压缩比的气驱泵类型。

本实用新型所述的高压氢气装置6指氢气增压装置5的不稳定氢气流，按照氢气流量适配一定缓冲间的氢气罐，缓冲时间一般优选15-30min，水容积约1m³，为加氢机7提供持续稳定的氢气，保证系统运行稳定性和安全性。

本实用新型所述的加氢机7指为氢燃料电池车8提供加注的核心设备，包括冷水机和加氢软管等部件，通过氢气管道与高压氢气装置6相连，打开氢气阀门后通过软管与氢燃料电池车8储氢瓶组相连。

本实用新型所述的氢燃料电池装置9为全站提供UPS电源，保证系统安全高效稳定运行，通过氢气管道与氢气增压装置5相连，同时系统配置减压阀，满足发电装置运行压力，系统设置50kW额定发电，并匹配15kg固态储氢。

实施例3

如图1至图2所示，本实施例在实施例1、实施例2的基础上，提供更细化的实施方式。

在实施例2的基础上，还包括如下布置方式：

如图2所示，该撬装式副产氢制加一体化站的左侧布置有多个副产气纯化吸附塔和阀门集成的提纯集成系统2，其右侧布置有原料气缓冲装置1和产品氢气缓冲装置3，集装箱中间位置布置有储氢系统4，储氢装置采用气固联合储氢方式，两侧并设置隔板11(优选防爆隔板)与纯化制氢和加氢隔离，集装箱右侧布置有氢气增压装置5，采用两台并联完成氢气增压，右侧中间布置有高压氢气装置6和加氢机7，下方布置有控制系统12和气源供给系统10(气源供给系统10与四个隔离室包含的工艺系统连接管道和提纯集成系统2连通，控制系统12与四个隔离室包含的阀门、仪表、提纯集成系统2、氢气增压装置5、加氢机7、氢燃料电池发电装置9电连接，)，集装箱最右侧布置有氢燃料电池发电装置9，为全站提供UPS电源，氢气系统与控制电气系统之间采用隔板11隔离，保证系统安全稳定运行。如上所述，可较好地实现本实用新型。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制氢加氢一体化站，其特征在于，包括依次连通的储氢系统(4)、氢气增压装置(5)、高压氢气装置(6)、加氢机(7)，储氢系统(4)包括低压固态储氢装置、中压气态储氢装置；其中，低压固态储氢装置指压力范围为[1.6MPa,5.0MPa]的储氢装置，中压气态储氢装置指压力范围为[3.0MPa,5.0MPa]的储氢装置，高压氢气装置(6)指压力范围为[40MPa,45MPa]的储氢装置。

2.根据权利要求1所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，还包括依次连通的原料气缓冲装置(1)、提纯集成系统(2)，提纯集成系统(2)与储氢系统(4)连通。

3.根据权利要求2所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，还包括产品氢气缓冲装置(3)，提纯集成系统(2)、产品氢气缓冲装置(3)、储氢系统(4)依次连通。

4.根据权利要求1所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，氢气增压装置(5)包括若干台并联的气驱泵。

5.根据权利要求4所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，气驱泵的入口压力范围为[3.0MPa,5.0MPa]、排气压力范围为[40MPa,45MPa]。

6.根据权利要求3至5任一项所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，还包括与高压氢气装置(6)连通的氢燃料电池发电装置(9)。

7.根据权利要求6所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，氢燃料电池发电装置(9)为UPS电源。

8.根据权利要求6所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，还包括若干隔板(11)、由隔板(11)隔成的四个隔离室，分别记为第一隔离室、第二隔离室、第三隔离室、第四隔离室，原料气缓冲装置(1)、提纯集成系统(2)、产品氢气缓冲装置(3)设于第一隔离室内，储氢系统(4)设于第二隔离室内，氢气增压装置(5)、高压氢气装置(6)、加氢机(7)设于第三隔离室内，氢燃料电池发电装置(9)设于第四隔离室内。

9.根据权利要求8所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，还包括设于第四隔离室内的气源供给系统(10)、控制系统(12)，气源供给系统(10)与提纯集成系统(2)连通，控制系统(12)与提纯集成系统(2)、氢气增压装置(5)、加氢机(7)、氢燃料电池发电装置(9)分别电连接，第四隔离室被隔板(11)隔离为第一分隔离室、第二分隔离室，氢气增压装置(5)、高压氢气装置(6)、加氢机(7)设于第一分隔离室内，气源供给系统(10)、控制系统(12)设于第二分隔离室内。

10.根据权利要求9所述的一种制氢加氢一体化站，其特征在于，隔板(11)为防爆隔板。