專利名稱：變?nèi)葙A氫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及氣態(tài)氫的貯存，尤其是涉及在氫燃料供應(yīng)站的氣態(tài)氫貯存中使用離子液體。
背景技術(shù)：
氫被用于從航空航天到食品生產(chǎn)到油氣生產(chǎn)及精煉的各種行業(yè)中。氫在這些行業(yè)中被用作推進劑、氣氛、載氣、稀釋氣、燃燒反應(yīng)的燃料組分、燃料電池的燃料以及許多化學反應(yīng)與過程中的還原劑。另外，氫被認為是一種用于發(fā)電的替代燃料，因為它是可再生的、 豐富的、高效的，并且與其它替代燃料不同，氫產(chǎn)生零排放。雖然對氫有廣泛的消費并且存在更大消費的潛力，但是抑制氫消費進一步增長的缺點是缺乏用于提供普及性氫生成、貯存和分配的基礎(chǔ)設(shè)施?？朔摾щy的一種方式是通過氫燃料供應(yīng)站的操作來進行。在氫燃料供應(yīng)站，使用例如重整器或者電解器之類的氫發(fā)生器來將碳氫化合物轉(zhuǎn)化為富氫的氣流?；谔細浠衔锏娜剂?例如天然氣、液化石油氣(LPG)、汽油和柴油)需要轉(zhuǎn)化過程，以用作大部分燃料電池的燃料源?，F(xiàn)有技術(shù)采用多步驟的過程，該過程將初始轉(zhuǎn)化過程與幾個凈化過程結(jié)合起來。初始轉(zhuǎn)化過程通常是蒸汽重整(SR)、自熱重整(ATR)、催化部分氧化(CPOX)或非催化部分氧化(POX)、或者它們的組合。凈化過程通常是由脫硫、高溫水-煤氣變換、低溫水-煤氣變換、選擇性CO氧化、選擇性CO甲烷化或者它們的組合所組成的。用于回收凈化的富氫重整物的替代性過程包括使用氫選擇性膜反應(yīng)器和過濾器。然后將氣態(tài)氫壓縮并貯存在氫燃料供應(yīng)站的固定貯存罐中，以向燃料內(nèi)燃機和燃料電池車輛提供庫存。氫燃料供應(yīng)站的氣態(tài)氫貯存由于其低密度因而是非常昂貴的。需要很大體積的氣態(tài)氫以提供足夠多的庫存量，這導致用于貯存的占地面積大。因為燃料供應(yīng)站的空間是非常寶貴的，所以該很大的占地面積成為問題。除了關(guān)于在氫燃料供應(yīng)站氣態(tài)氫貯存所需空間的問題以外，確保完全填滿車輛是與氫燃料供應(yīng)站操作有關(guān)的另一問題。將所貯存的氣體壓縮到車輛中需要非常大的壓縮機來達到所需的燃料加注速度。采用壓力均衡來給車輛上的貯罐加注燃料。利用氫燃料供應(yīng)站的貯罐和車輛之間的壓力差來推動加注燃料過程。需要高壓來達到“滿”裝填密度。該高壓要求“低”壓氣體的相應(yīng)庫存量。具體地說，對于高于350巴的1公斤氣體，需要低于 350巴的5公斤以上的氣體。結(jié)果是貯罐中的“擱淺”氣體。該擱淺氣體是低壓氣體，它需要有一定體積的高壓氣體來用于分配。圖1顯示了根據(jù)來自一示范性氫燃料供應(yīng)站的數(shù)據(jù)進行的車輛充滿百分比與貯存庫存量的比較。如圖1所示，當貯罐中的氫庫存量小于75%時，車輛不能得到“滿”裝填。 當貯罐中的庫存量大于75% “滿”時，車輛是“滿的”。除了確保完全填滿車輛所涉及的問題以外，裝填速度是與氫燃料供應(yīng)站的操作有關(guān)的另一問題。利用壓力差將氣態(tài)氫從貯罐驅(qū)入至車輛中。因此，車輛裝填的速度取決于貯存壓力。高的壓力差相應(yīng)于高的流速和更短的燃料加注時間。低的壓力差相應(yīng)于低的流速和更長的燃料加注時間。能源部(DOE)已經(jīng)提出了平均裝填速度的目標。平均裝填速度的現(xiàn)有目標是1公斤/分鐘O006)。平均裝填速度的未來目標是1. 67公斤/分鐘Q010)。貯存壓力與貯罐中的庫存量有關(guān)。圖2顯示了來自兩個示范性氫燃料供應(yīng)站的填充速度與貯存庫存量的數(shù)據(jù)比較。如圖2所示，當貯存是不滿時，可以減小平均流速。當貯存是不到85%滿時，裝填速度可降低到1公斤/分鐘的目標以下。本發(fā)明致力于減小氫燃料供應(yīng)站的貯氫成本和尺寸的需求。另外，本發(fā)明還致力于提供完全且快速裝填的需求。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，公開了使用離子液體來用于貯存氣態(tài)氫的方法。使用離子液體來置換貯罐中的容積。通過利用離子液體置換貯罐中的容積，貯存壓力可以保持恒定，并且可以消除“擱淺”的氣體。該恒定壓力還能夠允許減少在氫燃料供應(yīng)站提供所需庫存量而需要的貯罐數(shù)量。另外，該恒定壓力將為車輛提供完全和快速的裝填。


參照附圖來進行說明，其中圖1顯示了根據(jù)來自一示范性氫燃料供應(yīng)站的數(shù)據(jù)進行的車輛充滿百分比與貯存庫存量的比較。圖2顯示了來自兩個示范性氫燃料供應(yīng)站的填充速度與貯存庫存量的數(shù)據(jù)比較。圖3描繪了在氣態(tài)氫貯存中采用離子液體的本發(fā)明方法的一個實施例。
具體實施例方式本發(fā)明公開了用于在氫燃料供應(yīng)站貯存氣態(tài)氫的方法。本發(fā)明的方法采用離子液體來置換貯罐中的容積。通過用離子液體來置換氫貯罐中的容積，就能改變貯罐的容積。通過改變?nèi)莘e，就能在貯罐中的質(zhì)量改變時使氫貯罐的壓力保持恒定。離子液體代表了熔點小于100°C的一類鹽。離子液體包括帶正電荷的離子(陽離子)和帶負電荷的離子(陰離子)。離子液體的一系列突出特性包括但不限于可忽略的蒸氣壓、熱穩(wěn)定性、不可燃性、高離子電導性和顯著的溶劑化性能。離子液體可從例如Merck Chemicals等公司購買到。在本發(fā)明中，在加注燃料時，使用離子液體來置換氫貯罐中的容積。除了上述性能以外，離子液體由于其低的蒸氣壓而不會污染高純度的氫。由于氫(在離子液體中)的低溶解度而可以使氫在離子液體中的滯留最少，并且將分離氫和離子液體。本發(fā)明選擇的離子液體將具有低蒸氣壓，然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白，不是所有的離子液體都適用于該目的。參照圖3，圖3描繪了本發(fā)明的方法的一個實施例。車輛301來到氫燃料供應(yīng)站 302以加注燃料。通過分配器303給車輛301分配氣態(tài)氫。壓縮機304將氫貯罐305中的氣態(tài)氫的壓力增加至大約6250磅/平方英寸(psig)。然后，車輛301和貯罐305之間的壓力差推動車輛301的燃料加注。同時，使用泵306來將離子液體從離子液體貯罐307泵送至氫貯罐305。泵306通過利用離子液體置換氫貯罐305的容積并且裝填氫貯罐305來在加注燃料期間保持氫貯罐305的壓力。當壓縮機304從氫發(fā)生器(未顯示)補充氣態(tài)氫貯罐305中的氣態(tài)氫庫存量時，置換了離子液體。通過本發(fā)明的方法，與壓縮氫氣相比，泵送離子液體節(jié)省了馬力。在不使用離子液體的情況下，對于高于350巴的1公斤氣體需要5公斤350巴以下的氣體。該低壓氣體是“擱淺”的氣體。通過用離子液體維持氫貯罐305中的恒定壓力并且消除“擱淺”的氣體，將能夠允許減少維持氫燃料供應(yīng)站302所需庫存量而需要的貯罐 305的數(shù)量。這樣，通過減少貯罐的數(shù)量而導致了氫燃料供應(yīng)站的經(jīng)濟節(jié)省和空間節(jié)省將消除額外貯罐的成本并且消除由額外貯罐所占用的空間。通過采用本發(fā)明的方法，氫燃料供應(yīng)站將能夠利用總是處于6250磅/平方英寸的單個貯罐來工作。另外，本發(fā)明的方法通過增加“可使用的”氫數(shù)量而產(chǎn)生了經(jīng)濟的節(jié)約。在上述實施例中，顯示了一個氫貯罐305。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，在氫燃料供應(yīng)站可以使用一個或多個氫貯罐。這些貯罐可設(shè)置為一個大型貯罐或者按“級聯(lián)”形式設(shè)置。 如全文所使用的，“一氫儲罐”可與“多個氫貯罐”可互換地使用，并且兩者都指一個或一個以上的氫儲罐。通過在氫貯罐305中維持恒定壓力，車輛301就能實現(xiàn)全滿和快速的裝填，這兩者都取決于氫貯罐305中的壓力。車輛301可包括任何氫內(nèi)燃機車輛或者氫燃料電池車輛， 包括但不限于小汽車、卡車、運動型多用途車輛和公共汽車。在上述實施例中，壓縮機將氫貯罐中的氣態(tài)氫的壓力增加至大約6250psig。在如上所述的實施例中，6250psig被用作一例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，本發(fā)明的方法不限于將氣態(tài)氫的壓力增加至大約6250psig的壓力。例如，氫貯罐可以維持在接近分配壓力的壓力，并仍然可以進行分配。雖然已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選或者示例性實施例描述了本發(fā)明的方法，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，在不脫離本發(fā)明的思想和范圍的情況下，可以對本文中所描述的過程進行改變。本領(lǐng)域技術(shù)人員所明白的所有類似替代方案和修改應(yīng)被認為是在以下權(quán)利要求所給出的本發(fā)明范圍和思想之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種用于貯存氣態(tài)氫的方法，包括 將氣態(tài)氫貯存在氫貯罐中；將離子液體貯存在離子液體貯罐中； 借助于壓縮機增大氣態(tài)氫的壓力； 將氣態(tài)氫分配給車輛；以及在將氣態(tài)氫分配給車輛時，借助于泵用來自離子液體貯罐的離子液體置換氫貯罐中的容積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在氫燃料供應(yīng)站貯存氣態(tài)氫。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在氫燃料供應(yīng)站生成氣態(tài)氫。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓縮機將氫貯罐中氣態(tài)氫的壓力增大至大約 6250磅/平方英寸。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓縮機將氫貯罐中氣態(tài)氫的壓力增大至大約 1200磅/平方英寸。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，借助于壓力差將氣態(tài)氫分配給車輛。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括借助于所述壓縮機來補充氫貯罐中氣態(tài)氫庫存量的同時置換出離子液體。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述離子液體具有低蒸氣壓。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，氫在所述離子液體中具有低溶解度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氫貯罐包括單個氫貯罐。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氫貯罐包括設(shè)置成單一罐的一組氫貯罐。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述車輛包括小汽車。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述車輛包括公共汽車。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，借助于壓力差來分配氣態(tài)氫。
全文摘要
在本發(fā)明中，公開了采用離子液體來貯存氣態(tài)氫的方法。使用離子液體來置換貯罐中的容積。通過用離子液體置換貯罐中的容積，貯存壓力可以保持恒定，并且可以消除“擱淺”的氣體。該恒定壓力還能夠允許減少在氫燃料供應(yīng)站提供所需庫存量而需要的貯罐數(shù)量。另外，該恒定壓力將為車輛提供完全的和快速的裝填。
文檔編號F17C5/04GK102265082SQ200980152013
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者D·G·凱西 申請人:德士古發(fā)展公司