一种高压HCNG燃料的制备系统及制备方法与流程

本发明主要属于气体燃料技术领域，具体涉及一种高压HCNG燃料的制备系统及制备方法。

背景技术：

HCNG为混氢天然气，是将氢气（H₂）与压缩天然气（CNG）按一定比例混合而得到的代用气体燃料。HCNG综合了氢气与天然气各自的优点：

1.氢气燃烧速率高，大约是天然气的8倍，在天然气中掺入氢气可以提高混合气的燃烧速度，点火可以更靠近发动机上止点，减少压缩负功，提高燃烧定容度，可以提高热效率；

2.氢气的点火能量低，不需要高能点火系统；

3.氢气的可燃混合界限宽，稀薄燃烧极限达0.068（相对燃空比）；淬熄距离只有天然气的30%。因此，少量氢气可以拓宽混合气的可燃混合比例，可实现稀薄燃烧；

4.天然气的体积热值较高，比纯氢气具有更高的体积热量。

在现有的HCNG燃料的制备技术中仍存在着：制备过程繁琐、设备占地体积大、压力低的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明一种高压HCNG燃料的制备系统，本发明所提供的高压HCNG燃料的制备系统，可以制备获得压力范围在15-35MPa的HCNG燃料，并且制备过程简单，制备所用设备的体积以及占地面积小。

本发明技术方案为：

一种高压HCNG燃料的制备系统，所述制备系统包括高压天然气储存罐、高压氢气储存罐、高压混合器以及高压HCNG储存罐，所述制备系统应用所述高压混合器将高压氢气储存罐中的高压氢气以及高压天然气储存罐中的高压天然气直接混合以制备获得高压HCNG，制备获得的高压HCNG存储于所述高压HCNG储存罐中或直接加注使用。

进一步地，控制所述高压天然气储存罐内的压力为15-35MPa，控制所述高压氢气储存罐内的压力为15-70MPa；控制所述高压混合器以及所述高压HCNG储存罐内的压力为15-35MPa。

进一步地，所述制备系统还包括用于制备产生氢气的水电解制氢设备，水电解制氢设备产生的氢气被输送至氢气压缩机或增压器进行增压，增压后的氢气依次经由氢气高压输送管道输送至所述高压氢气储存罐，沿着氢气的输送方向在所述氢气高压输送管道上依次设置氢气流量计和氢气调节阀。

进一步地，所述制备系统还包括与天然气管道连接的天然气干燥器、与所述天然气干燥器的出气端连接的天然气加臭器、与所述天然气加臭器出气端连接的用于对天然气进行增压的天然气压缩机，增压后的天然气经由天然气高压输送管道输送至所述高压天然气储存罐，沿着天然气的输送方向在所述天然气高压输送管道上依次设置天然气流量计和天然气调节阀。

进一步地，所述制备系统还包括系统控制器、气体成分分析仪，所述系统控制器与所述氢气调节阀、天然气调节阀以及所述气体成分分析仪连接；所述系统控制器根据气体成分分析仪的分析结果控制所述氢气调节阀、天然气调节阀，以使调控进入所述高压混合器中的天然气和氢气的比例。

进一步地，所述高压混合器包括壳体、进气法兰、出气法兰和螺旋内构件，所述进气法兰设置在壳体的进气口端，所述出气法兰设置在壳体的出气口端，所述螺旋内构件固定设置在所述壳体内部。

进一步地，在所述螺旋内构件上均匀设置通气孔洞，所述通气孔洞直径控制在10-20mm，在所述螺旋内构件上设置通气孔洞的数量控制在7-8个/m²。

进一步地，控制所述壳体厚度范围在50-80mm。

进一步地，控制所述螺旋内构件的厚度范围为40-60mm。

一种高压HCNG燃料的制备方法，所述制备方法应用所述的制备系统，所述制备方法应用罐内压力为15-70MPa的所述高压氢气储存罐提供氢气，应用罐内压力为15-35MPa的所述高压天然气储存罐提供天然气，经由所述高压混合器对天然气以及氢气进行混合，获得压力范围为15-35MPa的高压HCNG燃料，所述高压HCNG经由所述高压HCNG输送管被输送到所述高压HCNG储存罐中存储或直接加注使用。

本发明的有益技术效果：

（1）利用本发明提供的高压HCNG燃料的制备系统，可以制备获得压力范围在15-35MPa的HCNG燃料，并且制备过程简单，制备所用设备的体积以及占地面积小。

（2）本发明所公开的高压混合器，可实现氢气与天然气在高压状态下的充分混合，与传统技术相比，制备过程减少了加压的步骤，简化了制备过程。

附图说明

图1为一种高压HCNG燃料的制备系统的结构示意图；

图2为本发明中高压混合器的结构示意图；

附图标记：1.水电解制氢设备设备、2.氢气压缩机或增压器、3.高压氢气储罐、4.氢气流量计、5. 氢气调节阀、6.系统控制器、7.天然气干燥器、8.天然气加臭器、9.天然气压缩机、10.高压天然气储罐、11.天然气流量计、12.天然气调压阀、13.高压混合器、14.气体成分分析仪、15.高压HCNG储存罐、16.壳体、17.进气法兰、18.出气法兰、19.螺旋内构件、20.通气孔洞。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

一种高压HCNG燃料的制备系统，所述制备系统包括高压天然气储存罐10、高压氢气储存罐3、高压混合器13以及高压HCNG储存罐15，所述制备系统应用所述高压混合器13将高压氢气储存罐3中的高压氢气以及高压天然气储存罐10中的高压天然气直接混合以制备获得高压HCNG，制备获得的高压HCNG存储于所述高压HCNG储存罐15中或直接加注使用。

控制所述高压天然气储存罐10内的压力为15-35MPa，控制所述高压氢气储存罐3内的压力为15-70MPa；控制所述高压混合器13内的压力为15-70MPa；以及所述高压HCNG储存罐15内的压力为15-35MPa。

所述制备系统还包括用于制备产生氢气的水电解制氢设备1，水电解制氢设备1产生的氢气被输送至氢气压缩机或增压器2进行增压，增压后的氢气依次经由氢气高压输送管道输送至所述高压氢气储存罐3，沿着氢气的输送方向在所述氢气高压输送管道上依次设置氢气流量计4和氢气调节阀5；在水电解制氢设备1和氢气压缩机或增压器2之间、氢气压缩机或增压器2和高压氢气储存罐3之间、高压氢气储存罐3和氢气流量计4之间均设置气体调节阀。

所述制备系统还包括与天然气管道连接的天然气干燥器7、与所述天然气干燥器7的出气端连接的天然气加臭器8、与所述天然气加臭器8出气端连接的用于对天然气进行增压的天然气压缩机9，增压后的天然气经由天然气高压输送管道输送至所述高压天然气储存罐10，沿着天然气的输送方向在所述天然气高压输送管道上依次设置天然气流量计11和天然气调节阀12；在天然气干燥器7和天然气加臭器8之间、天然气加臭器8和天然气压缩机9之间、天然气压缩机9和高压天然气储存罐10之间、高压天然气储存罐10和天然气流量计11之间均设置气体调节阀。

所述制备系统还包括系统控制器6、气体成分分析仪14，所述系统控制器6与所述氢气调节阀5、天然气调节阀12以及所述气体成分分析仪14连接。所述系统控制器6根据气体成分分析仪14的分析结果控制所述氢气调节阀5、天然气调节阀12，以实现可以根据需要来调控进入所述高压混合器13中的天然气和氢气的比例。

所述高压混合器包括壳体16、进气法兰17、出气法兰18和螺旋内构件9，所述进气法兰17设置在壳体16的进气口端，所述出气法兰设置18在壳体16的出气口端，所述螺旋内构件9固定设置在所述壳体16内部。

在所述螺旋内构件9上均匀设置通气孔洞20，所述通气孔洞20直径控制在10-20mm，在所述螺旋内构件9上设置通气孔洞20的数量控制在7-8个/m²。

控制所述壳体16厚度范围在50-80mm。

控制所述螺旋内构件9的厚度范围为40-60mm。

一种高压HCNG燃料的制备方法，所述制备方法应用所述的制备系统，所述制备方法应用罐内压力为15-70MPa的所述高压氢气储存罐提供氢气，应用罐内压力为15-35MPa的所述高压天然气储存罐提供天然气，经由所述高压混合器对天然气以及氢气进行混合，获得压力范围为15-35MPa的高压HCNG燃料，所述高压HCNG燃料经由所述高压HCNG输送管被输送到所述高压HCNG储存罐中存储或直接加注使用。

在现有HCNG燃料的制备技术中，首先将高压氢气（压力大约为15-45MPa）降压为低压氢气（压力大约为0.4-6MPa），再与低压天然气（压力大约为0.4-6MPa）通过混合器混合制备获得的低压HCNG（压力大约为0.4-6MPa），然后通过增压将制备获得的低压HCNG升压，从而获得高压HCNG（大约15-25MPa）。该制备过程工艺繁琐，天然气储存罐、氢气存储罐、混合罐以及低压HCNG储存罐的体积及占地面积大。本发明所提供的一种高压HCNG燃料的制备方法通过将高压氢气以及升压后的高压天然气进行混合制备获得压力范围为15-35MPa的高压HCNG燃料，该过程与传统技术相比，能够减少加压步骤，使制备过程简化 ，并且能够降低设备的占地面积。