[發明專利]一種保障野外作業電力與二氧化碳供應的方法及裝置

在審

• 申請號: 202110531930.X
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113292073A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 陳奕璇;劉安漣;韓冬;施宏毅;王俊新;范皓霆;宋劭;嚴軍;范灝;申廣浩;王晨;顧修筑;謝東紅;賈吉來;沈曉冬
• 申請（專利權）人: 上海穗杉實業股份有限公司;國網上海綜合能源服務有限公司;穗杉（寧波）科技有限公司;上海和容節能科技有限公司
• 主分類號: C01B32/50
• 分類號: C01B32/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種保障野外作業電力和二氧化碳供應的方法，其特征在于，首先，將現場資源甲醇、水源為原料，通過甲醇/水重整工藝產生氫氣與二氧化碳的混合氣；然后，采用膜分離器從混合氣中提取純氫，以氫/空燃料電池輸出電力，以滿足野外現場施工的電力需求；同時，采用基于變壓吸附技術的二氧化碳提純工藝，從混合氣中提取高純度的二氧化碳氣體；然后將高純度二氧化碳氣體通過加壓液化成液態二氧化碳，以滿足野外現場施工所需的二氧化碳需求；其中：

所述甲醇/水重整工藝中，甲醇輸入壓力為3～10bar，溫度200～300℃，重整氣體即產生的混合氣體的輸出壓力為3～8bar；產生的混合氣中，氫氣含量為75%左右 ，二氧化碳含量為25% 左右，還有少量一氧化碳等雜質氣體；

所述膜分離器從混合氣中提取純氫，工作溫度為400～900℃；

所述基于變壓吸附技術的二氧化碳提純工藝，具體采用二氧化碳吸附劑的二氧化碳提純工藝，提取的高純度二氧化碳氣體，二氧化碳的含量為70～90%；

所述加壓液化成液態二氧化碳，具體壓力為3～6.5MPa，溫度為10～20℃；得到液態二氧化碳送儲槽，備用；

在所述高純度二氧化碳氣體通過加壓液化成液態二氧化碳過程中，不凝氣體主要為氫氣，將其全部閉式返回至前級作為燃料電池的原料氣；

工藝本身所需的電力來自甲醇重整制氫燃料電池供電，富余電力輸出供現場其它施工機具使用。

2.一種基于權利要求1所述方法的保障野外作業實用新型電力和二氧化碳供應的裝置，其特征在于，包括：

（1）至少一套甲醇/水重整制氫裝置，用于將甲醇轉化為氫氣與二氧化碳的混合氣；

（2）至少一套膜分離器，用于從上述含氫混合氣提取純氫氣，為燃料電池提供純氫燃料；所述膜分離器采用鎳基膜分離器；

（3）至少一套二氧化碳提純裝置，用于將膜分離器提取純氫之后的含少量氫氣與二氧化碳的混合氣提純至更高純度的二氧化碳混合氣；

（4）至少一套加壓/制冷液化裝置，用于將上述高純度的二氧化碳混合氣制冷、加壓液化為液態二氧化碳；

（5）至少一套二氧化碳儲存裝置，作為二氧化碳液化儲存設施，為現場施工提供緩存備用；

（6）至少一套氫/空燃料電池，采用氫為燃料，將其轉化為電力，并輸出；

（7）至少一套電池組，用以為系統啟動提供初始電力，以及作為電力緩存；

（8）至少一套控制系統以及電力管理模塊，為整套系統提供控制、電力管理；

（9）系統還包括必要的系統底盤、連接管線、布線電纜。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所有部件集成布置安裝在一個集裝箱內，并配套有相應的控制、檢測設備，以及散熱通風、減震降噪設施，形成一個完整的現場保障機具。

4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述二氧化碳提純裝置，采用基于變壓吸附機理的變壓吸附分離器，變壓吸附分離器裝有二氧化碳吸附劑；所述二氧化碳吸附劑選用13X或其它改性的具有平衡吸附特性可再生的吸附劑。

5.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述加壓/制冷液化裝置，包括依次連接的壓縮機、冷媒換熱器、過濾器、液化器。

6.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，裝置的工作流程如下：

（1）電池組，預先充滿電力，為控制及電力管理模塊提供初始電力；

（2）加入甲醇，注入水，甲醇/水重整制氫裝置啟動，在控制及電力管理模塊的作用下輸出兩路二氧化碳與氫氣的混合氣；

（3）其中，一路在控制及電力管理模塊的作用下經由膜分離器提取純氫；另外一路在控制及電力管理模塊的作用下經二氧化碳提純裝置提取純度較高的二氧化碳混合氣；

（4）氫/空燃料電池在控制及電力管理模塊的作用下接收膜分離器提取的純氫與來自大氣的空氣進行能量轉化，并輸出電力，首先充滿電池組，并接受控制及電力管理模塊的作用對外輸出電力，以滿足系統本身的電力需求，富余電力送現場其它用電負載使用；

（5）在控制及電力管理模塊的作用下將由二氧化碳提純裝置提取的較高純度的二氧化碳送入加壓/制冷液化模塊，得到液態二氧化碳，送入二氧化碳儲存裝置,備用，以滿足現場二氧化碳需求；同時，經過加壓/制冷液化模塊的不凝氣體主要是氫氣，在控制及電力管理模塊的作用下與來自膜分離器提取的純氫混合，一并進入氫/空燃料電池，作為原料氣。