[发明专利]变容贮氢

说明书

技术领域

本发明大体上涉及气态氢的贮存，尤其是涉及在氢燃料供应站的气态氢贮存中使用离子液体。

背景技术

氢被用于从航空航天到食品生产到油气生产及精炼的各种行业中。氢在这些行业中被用作推进剂、气氛、载气、稀释气、燃烧反应的燃料组分、燃料电池的燃料以及许多化学反应与过程中的还原剂。另外，氢被认为是一种用于发电的替代燃料，因为它是可再生的、丰富的、高效的，并且与其它替代燃料不同，氢产生零排放。虽然对氢有广泛的消费并且存在更大消费的潜力，但是抑制氢消费进一步增长的缺点是缺乏用于提供普及性氢生成、贮存和分配的基础设施。

克服该困难的一种方式是通过氢燃料供应站的操作来进行。在氢燃料供应站，使用例如重整器或者电解器之类的氢发生器来将碳氢化合物转化为富氢的气流。基于碳氢化合物的燃料(例如天然气、液化石油气(LPG)、汽油和柴油)需要转化过程，以用作大部分燃料电池的燃料源。现有技术采用多步骤的过程，该过程将初始转化过程与几个净化过程结合起来。初始转化过程通常是蒸汽重整(SR)、自热重整(ATR)、催化部分氧化(CPOX)或非催化部分氧化(POX)、或者它们的组合。净化过程通常是由脱硫、高温水-煤气变换、低温水-煤气变换、选择性CO氧化、选择性CO甲烷化或者它们的组合所组成的。用于回收净化的富氢重整物的替代性过程包括使用氢选择性膜反应器和过滤器。

然后将气态氢压缩并贮存在氢燃料供应站的固定贮存罐中，以向燃料内燃机和燃料电池车辆提供库存。氢燃料供应站的气态氢贮存由于其低密度因而是非常昂贵的。需要很大体积的气态氢以提供足够多的库存量，这导致用于贮存的占地面积大。因为燃料供应站的空间是非常宝贵的，所以该很大的占地面积成为问题。

除了关于在氢燃料供应站气态氢贮存所需空间的问题以外，确保完全填满车辆是与氢燃料供应站操作有关的另一问题。将所贮存的气体压缩到车辆中需要非常大的压缩机来达到所需的燃料加注速度。采用压力均衡来给车辆上的贮罐加注燃料。利用氢燃料供应站的贮罐和车辆之间的压力差来推动加注燃料过程。需要高压来达到“满”装填密度。该高压要求“低”压气体的相应库存量。具体地说，对于高于350巴的1公斤气体，需要低于350巴的5公斤以上的气体。结果是贮罐中的“搁浅”气体。该搁浅气体是低压气体，它需要有一定体积的高压气体来用于分配。

图1显示了根据来自一示范性氢燃料供应站的数据进行的车辆充满百分比与贮存库存量的比较。如图1所示，当贮罐中的氢库存量小于75％时，车辆不能得到“满”装填。当贮罐中的库存量大于75％“满”时，车辆是“满的”。

除了确保完全填满车辆所涉及的问题以外，装填速度是与氢燃料供应站的操作有关的另一问题。利用压力差将气态氢从贮罐驱入至车辆中。因此，车辆装填的速度取决于贮存压力。高的压力差相应于高的流速和更短的燃料加注时间。低的压力差相应于低的流速和更长的燃料加注时间。能源部(DOE)已经提出了平均装填速度的目标。平均装填速度的现有目标是1公斤/分钟(2006)。平均装填速度的未来目标是1.67公斤/分钟(2010)。

贮存压力与贮罐中的库存量有关。图2显示了来自两个示范性氢燃料供应站的填充速度与贮存库存量的数据比较。如图2所示，当贮存是不满时，可以减小平均流速。当贮存是不到85％满时，装填速度可降低到1公斤/分钟的目标以下。

本发明致力于减小氢燃料供应站的贮氢成本和尺寸的需求。另外，本发明还致力于提供完全且快速装填的需求。

发明内容

在本发明中，公开了使用离子液体来用于贮存气态氢的方法。使用离子液体来置换贮罐中的容积。通过利用离子液体置换贮罐中的容积，贮存压力可以保持恒定，并且可以消除“搁浅”的气体。该恒定压力还能够允许减少在氢燃料供应站提供所需库存量而需要的贮罐数量。另外，该恒定压力将为车辆提供完全和快速的装填。

附图说明

参照附图来进行说明，其中：

图1显示了根据来自一示范性氢燃料供应站的数据进行的车辆充满百分比与贮存库存量的比较。

图2显示了来自两个示范性氢燃料供应站的填充速度与贮存库存量的数据比较。

图3描绘了在气态氢贮存中采用离子液体的本发明方法的一个实施例。

具体实施方式

本发明公开了用于在氢燃料供应站贮存气态氢的方法。本发明的方法采用离子液体来置换贮罐中的容积。通过用离子液体来置换氢贮罐中的容积，就能改变贮罐的容积。通过改变容积，就能在贮罐中的质量改变时使氢贮罐的压力保持恒定。