[發明專利]基于溫度的擊穿檢測和變壓吸附系統以及包含其的燃料處理系統

有效

• 申請號: 200580048093.4
• 申請日: 2005-11-29
• 公開（公告）號: CN101119785A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 詹姆士·A·吉溫斯
• 申請（專利權）人: 益達科技有限責任公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司
• 代理人: 霍育棟;鄭霞

相關申請

本申請要求享有2004年12月20日提交的美國臨時專利申請系列號 No.60/638,086以及2005年2月10日提交的美國專利申請系列號 No.11/055,843的優先權。上述專利申請的全部內容在此引入作為各種用途 的參考。

發明領域

本發明的公開內容通常涉及變壓吸附系統以及含有該系統的產氫系 統和/或電池系統，且更具體地說，涉及利用基于溫度的擊穿檢測系統的此 類系統。

發明背景

產氫組件是將一種或更多種原料轉化成含有作為主要成分的氫氣的 產物流的組件。產生的氫氣可以用于多種用途。一種這樣的用途是產生能 量，如電化學燃料電池。電化學燃料電池是將燃料和氧化劑轉化成電、反 應產物和熱的裝置。例如，燃料電池可以將氫和氧轉化成水和電。在這樣 的燃料電池中，氫是燃料，氧是氧化劑，而水是反應產物。燃料電池通常 要求高純度的氫氣以防止燃料電池在使用時遭到損壞。來自產氫組件的產 物流可以含有雜質，雜質的示例包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、未反應 的原料和水中的一種或更多種。因此，在許多常規的燃料電池系統中需要 包括用于從產物氫氣流中除去雜質的合適結構。

變壓吸附(PSA)法是可用于通過從不純氫氣流中除去雜質的機理的 實施例，該機理是通過選擇性吸附一種或更多種存在于所述不純氫氣流中 的雜質。吸附的雜質隨后可以被解吸附并從PSA組件中除去。PSA是利用 多個吸附床的壓力驅動的分離過程。所述床通過一系列步驟循環，如加壓、 分離(吸附)、減壓(解吸附)和凈化步驟，以選擇性地從氫氣中除去雜 質并然后解吸附所述雜質。當使用PSA組件的時候，關注的是防止擊穿， 所述擊穿是指當床內吸附劑被所吸附的雜質充分飽和時，雜質穿過床并由 此留在氫氣中，而不是被留在床內。通常來說，防止擊穿需要昂貴的基于 成分的檢測器，如一氧化碳檢測器，以確定即使少量百萬分之一(ppm) 的一氧化碳何時通過床，或者需要故意降低PSA組件的性能。這樣，意味 著PSA組件低效操作，其中各床僅以其容量的一部分用作吸附雜質以提供 未使用吸附劑的可能寬的富余部分，并從而有望防止擊穿。此方法的一個 優勢在于所需的成本和設備減少了；然而，特別是當發現由于故障或產氫 組件內別的地方的其他原因使待凈化的流的成分發生波動時，系統的實際 擊穿檢測的缺乏和操作的低效可能會重于成本和設備的節約。

發明內容

本發明的公開內容涉及具有基于溫度的擊穿檢測系統的PSA組件，以 及包含其的產氫組件和/或燃料電池系統，以及操作其的方法。PSA組件包 括至少一個含有吸附區的吸附床，通常是包括多個吸附床，所述吸附區域 含有適合于從含有作為主要成分的氫氣和其他氣體的混合氣體流中去除 雜質的吸附劑。所述混合氣體流可由燃料處理系統的產氫區產生，PSA組 件可產生由燃料電池堆所消耗的產物氫氣流，以提供產生電流的燃料電池 系統。PSA組件包括基于溫度的擊穿檢測系統，其適合于監測至少一個與 各床內的吸附劑有關的溫度并至少部分地響應于所測量的溫度而控制至 少PSA組件的操作，并任選地控制與其一起使用的產氫組件和/或燃料電 池系統的其他部件。所述擊穿檢測系統可實施來控制至少PSA組件的操 作，以防止實際擊穿的發生。在一些實施方案中，至少部分地響應于測量 溫度，所述系統可適合于停止PSA組件和/或產生至少一種警報或其他通 知。在一些實施方案中，檢測系統適合于確定PSA組件所采用的至少吸附 步驟的時間，如果不是確定總的PSA循環時間的話。在一些實施方案中， 所述檢測系統適合于至少部分地響應于測量溫度和/或擊穿狀況的檢測而 調節總的PSA循環時間和/或其部件。在一些實施方案中，將所述測量溫 度與參考溫度相比較。在一些實施方案中，所述參考溫度是PSA組件的吸 附劑或其他部分的另一測量溫度。在一些實施方案中，所述參考溫度是之 前測量的溫度或選擇的溫度，包括存儲的溫度或閾值。

附圖簡述

圖1是能量產生和消耗組件的示例性實施例的示意圖，所述組件包括 具有相關原料輸送系統和燃料處理系統的產氫組件，以及燃料電池堆和能 量消耗裝置。

圖2是產氫組件的示意圖，其形式為適合于產生重整流的蒸汽重整器， 所述重整流含有來自水和至少一種含碳原料的氫氣和其他氣體。