[发明专利]用于制氢的系统

说明书

技术领域

本发明一般性地涉及用于制氢的柔性(flexible)模块式系统，更特别地涉及包括通过接口彼此连接的集装箱模块的系统。

背景技术

氢是宇宙中最丰富的元素，然而，在地球上不存在纯净形式的氢。氢可在燃料电池中用作生产电能的能量载体，或作为高价值的用品而在加工工业中用作原料。氢极具挥发性，并难以贮存和运输。因此较大规模的氢的使用是受限的。因此，非常需要消除或至少减少将氢从生产地点运输至使用地点的需要。就氢气纯度水平而言，不同的工业中也存在不同的需要。在一些工业中，不需要高纯氢，因此这些工业不愿意进行过量的纯化。反之，在一些工业中，高水平的氢纯度是必需的。

存在使用氢的数种工业，例如玻璃、钢、石油、交通工具和化学工业。氢可用于平面窗户玻璃的生产，其中使用锡浴制造玻璃平面。在该工艺中氢用于产生还原气氛。在由铁制备钢的过程中，有可能使用氢作为还原元素，例如用于还原钢表面。当在该工艺中使用氢时，不存在温室气体的排放。在石油工业中，使用大量氢用于氢-碳链的重整。随着对柴油的新的和增加的需求，炼油厂寻求将更多的石油转化为柴油而不是汽油。在该工艺中使用氢。当在汽车中使用氢和燃料电池时，总效率得以增加。当制备氨时，氢气与氮气在催化转化器中反应。氨可用于例如制造肥料。

由于工业工艺持续发展，也需要能够相应地调节氢的纯度水平。同时，取决于工业的地点，可用到工艺的不同的能量来源(即原料)或用于制氢的体系。因此，重要的是体系可利用数种类型的原料并优选所有形式，即气体、液体和/或固体形式。因此，需要提供针对不同工业的需要而高度柔性且易于调节的体系。也需要以高于电解法(其目前常用于工业工艺中)的效率来制氢。

等离子体气化已知为通过将有机材料中的能量转化为氢气中的另一能量态以后续使用而自有机材料产生能量和氢的有效方式，例如在US 7,163,758中有述。在现有技术中，大多数等离子体发生器使用直流电(DC)以产生放电。使用交流电的等离子体发生器在现有技术中是已知的，但它们通常不稳定，并且通常需要使用导电材料如熔融金属池以能够引发电弧。使用DC或需要导电材料引发电弧使得该体系进行重新设计并适应变化的需求时不是柔性的而且昂贵。US 6,215,678描述了处理废料的方法和装置，所述装置包括等离子体炉和作为与燃气轮机、内燃机或燃料电池发电设备的整合系统的电弧焦耳加热熔融炉，其可在模块式单元中配置并可按比例放大以处理大体积的市政固体废料。然而，所述系统需要使用导电材料以引发电弧，并且主要适合使用固体废料作为原料。

非常需要可根据使用者的需求而易于调节或定制的易于运输的系统。所述系统还应该易于适应不同的工业地点，因此使用AC作为电源以及能够使用来自不同来源的有机材料是重要的。因此需要以这样的方式改进现有技术系统，使得所述系统变得可更易于运输和调节，并且也能够使用固体、液体和气体的不同形式的有机材料。

本发明的目的是提供用于从废料产生能量的环境友好的系统。另一目的是提供柔性的、易于适应不同需要且易于运输和重新设计的系统。又一目的是促进氢用于能量产生或用作工业工艺中的原料。

发明内容

本发明至少部分消除了现有技术系统的上述缺点和问题，其中有机材料来自例如生物质，且废料被气化。考虑到用途，开启氢使用的扩展的最佳方式是消除运输氢的需要。特别地，根据本发明的解决方案适于满足不同用户对于不同氢纯度的考虑的需求。通过在包括分离过滤器的一个或数个模块中设置氢分离段，可提取具有不同纯度水平的氢。这是独特的性质。

本发明涉及由集装箱模块(下文也称为模块)组成的柔性模块式系统，其中每个模块具有特定的任务。系统的基于标准集装箱的模块构造便于系统的运输和组装，且该工艺可调整以适应每个用户的单独需要。具有模块构造的系统便于在产品升级过程中模块的更换。竞争技术的常规分配通常为在长时间内运行的大工程。模块构造的益处在于系统可在一个地点使用之后得以移动和拆卸，并在另一地点重新安置以制氢。模块概念也有利于在需求改变时重新设计设施。本发明易于在用户近旁装配，因此消除了对运输氢的需求。仅原料(即有机材料)必须运输至工艺，这简单得多，因为特别是接近居住区存在现成的废料运输和存储系统。

本发明涉及一种用于自有机材料制氢的柔性模块式系统，该系统包括：

(i)至少一个加载装置或加载模块；

(ii)至少一个气化模块，所述气化模块包括至少一个由交流电供以动力的等离子体发生器；

(iii)至少一个气体冷却模块；