氢气输送设备的制作方法

本实用新型涉及一种氢气输送设备，尤其是一种利用现有管道进行氢气输送的设备。

背景技术：

氢气燃料电池将化学能直接转化成电能。与燃烧发电相比，它具有很高的能量转化效率。以氢气燃料电池为主要能量转化手段的氢气燃料电池车比传统的汽油和柴油车能量效率要高很多。此外，氢气燃料电池车仅排放水，比汽油和柴油车的排放要清洁很多。与市场上现有的新能源车相比，氢气燃料电池是真正环保的新能源车。

燃料电池的研究可以追溯到100多年以前。然而，氢气燃料电池车却没有迅速普及；其中一个重要原因就是把氢气从氢气工厂送到氢气加气站很困难。氢气的输送方法大致包括车辆运输和管道输送两种方法。采用氢气管道输送，需要大量投资新建氢气管道，成本太高。此外，氢气管道输送的所谓氢脆问题是对管道材料和寿命的一个挑战

CN105090738A公开了一种天然气和氢气的多功能混合加气站，包括天然气供气系统、氢气供气系统、至少一台混气加气机和数据采集与监视控制(SCADA)系统；所述氢气供气系统包括：至少一辆氢气管束运气车，通过管道连接至所述混气加气机，所述每辆氢气管束运气车的下游管道上设有一氢气卸气柱；至少一组高压氢气储气瓶组，通过管道连接至所述混气加气机；所述氢气管束运气车经过对应的氢气卸气柱后通过管道和所述高压氢气储气瓶组连接；至少一台氢气压缩机，连接对应的氢气管束运气车，用于将所述氢气管束运气车中的氢气增压输送至所述混气加气机或所述高压氢气储气瓶组。但是，采用氢气管束运气车运输氢气，其成本太高，不利于普及应用。

CN101432399A公开了一种用来增加管线和其它容器的能量容量的高能输送气体和输送所述高能输送气体的方法，所述管线和容器被设计在环境条件下以压缩状态或液化状态运送天然气。甲烷和其它气体用作原料，甲烷来自天然气田、煤床或由氢气与作为一级能源的煤反应衍生。该方法可以给氢气生产提供丰富的来源，但并没有公开采用天然气管道输送氢气，并且存在化学转化过程。

因此，仍然需要开发一种氢气输送设备，其可以采用现有管道输送氢气，并且可以更加便宜的输送氢气。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种氢气输送设备，其可以采用现有的管道直接输送氢气，不需要新建管道。本实用新型的进一步目的在于提供一种氢气输送设备，其能够以较低的压力混合氢气，可以更加便宜地输送氢气。

本实用新型采用如下技术方案实现上述目的。

本实用新型提供一种氢气输送设备，其特征在于，所述的设备包括氢气供给装置、天然气输送段、氢气混合装置和混合气输送段；所述氢气供给装置用于将压缩氢气供给至所述氢气混合装置；所述天然气输送段用于将天然气输送至所述氢气混合装置；所述氢气混合装置包括氢气分离膜组件，该氢气分离膜组件将来自所述氢气供给装置的氢气与来自所述天然气输送段的天然气混合以形成混合气；所述混合气输送段用于输送所述混合气。

根据本实用新型的设备，优选地，所述天然气输送段和混合气输送段均为天然气输送管道。

根据本实用新型的设备，优选地，所述氢气分离膜组件为缠绕膜组件和/或中空纤维膜组件。

根据本实用新型的设备，优选地，所述氢气混合装置包括壳体，所述壳体的两端设置有氢气入口和氢气出口，所述壳体的两侧设置有天然气入口和混合气出口；所述氢气分离膜组件设置在所述壳体的内部；所述氢气入口与所述氢气供给装置相连接，所述天然气入口与所述天然气输送段相连接，所述混合气出口则与所述混合气输送段相连接。

根据本实用新型的设备，优选地，所述氢气入口设置在所述壳体的顶部，且所述氢气出口设置在所述壳体的底部。

根据本实用新型的设备，优选地，所述天然气入口设置在所述壳体的下部，且所述混合气出口设置在所述壳体的上部。

根据本实用新型的设备，优选地，所述氢气分离膜组件为中空纤维膜组件，该中空纤维膜组件包括多根中空纤维。

根据本实用新型的设备，优选地，所述多根中空纤维的内腔形成氢气通道，所述多根中空纤维之间的空隙形成混合通道；所述氢气通道分别与所述氢气入口和所述氢气出口相连通；所述混合通道分别与所述天然气入口和所述混合气出口相连通。

根据本实用新型的设备，优选地，所述的设备还包括压缩装置，其用于将来自所述氢气混合装置的氢气经压缩后输送至所述混合气输送段。

根据本实用新型的设备，优选地，所述压缩装置包括进气端和出气端；该进气端与所述氢气出口相连通，该出气端与所述混合气输送段相连通。

本实用新型的设备对现有的天然气管道进行改造，使得氢气可以以较低的压力注入管道中进行输送。本实用新型的设备不需要新建专门的氢气输送管道，大大提高了氢气普及速度。根据本实用新型的优选的技术方案，使得氢气注入压力远低于天然气管道内压力，从而不需要将氢气加压至很高的程度，这样可以显著降低输送成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种氢气输送设备的结构示意图。

图2为本实用新型的另一种氢气输送设备的结构示意图。

图3为本实用新型的单根中空纤维的氢气与天然气混合示意图。图中，白色箭头表示氢气，黑色箭头表示天然气。

附图标记说明如下：

1-天然气输送段、2-氢气混合装置、3-混合气输送段、4-压缩设备、5-氢气入口、6-氢气出口、7-天然气入口、8-混合气出口、9-中空纤维膜组件、10-壳体、91-氢气通道、92-混合通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

在本实用新型中，氢气输送设备表示可以将氢气从氢气生产地输送至氢气使用终端的设备，例如从氢气工厂送到氢气加气站。

在本实用新型中，术语“段”表示具有管道的一部分，但不限定具体长度。

本实用新型的氢气输送设备包括氢气供给装置、天然气输送段、氢气混合装置和混合气输送段。本实用新型的氢气供给装置用于将压缩氢气供给至所述氢气混合装置。氢气供给装置的材质并没有特别限制，只要其可以耐高压即可。本实用新型的氢气供给装置的形状或结构并没有特别限制，可以为罐体或管道等，优选为罐体。本实用新型的压缩氢气为高压氢气，因而其密度较大，有利于提高传输效率。

本实用新型的天然气输送段用于将天然气输送至所述氢气混合装置。该天然气输送段可以为现有的天然气输送管道。该天然气输送段的截面可以为圆形或椭圆形，优选为圆形；其材质并没有特别要求，可以采用铸铁管或钢管等。

本实用新型的混合气输送段用于输送含有氢气和天然气的混合气。该混合气输送段可以为现有的天然气输送管道。该混合气输送段的截面可以为圆形或椭圆形，优选为圆形；其材质并没有特别要求，可以采用铸铁管或钢管等。该混合气输送段可以将混合气输送至用氢气加气站等氢气使用终端。

本实用新型的氢气混合装置包括氢气分离膜组件，该氢气分离膜组件将来自所述氢气供给装置的氢气与来自所述天然气输送段的天然气混合以形成混合气。气体膜分离是根据气体分子在分离膜(例如高分子膜)中的溶解和扩散速度来分离不同气体分子的。根据溶解和扩散的不同，有的分子如氢气非常容易透过分离膜，而有的分子如甲烷就非常难透过。气体分离膜通常用于将混合气体进行分离为比较纯净的气体，但是，很少见到将其用于将较为纯净的气体进行混合的报道，尚没有将其用于氢气和天然气的混合的报道。采用上述氢气分离膜组件，可以显著降低氢气注入压力，使得氢气与天然气在较低的压力下即可实现混合。

在本实用新型中，所述氢气分离膜组件可以为缠绕膜组件和/或中空纤维膜组件，优选为中空纤维膜组件。中空纤维膜组件包括很多的中空纤维，具有非常大的比表面积，因而可以加速氢气与天然气的混合效率。本实用新型的中空纤维的种类并没有特别限制，可以为醋酸纤维素中空纤维、聚砜中空纤维、聚酰亚胺中空纤维等。为了提高氢气选择性，本实用新型的中空纤维优选为聚酰亚胺中空纤维。

在本实用新型中，氢气混合装置包括壳体以及设置在其内部的氢气分离膜组件。壳体的两端设置有氢气入口和氢气出口。所述氢气入口与所述氢气供给装置相连接；所述氢气出口则与氢气回收装置相连接。作为优选，所述氢气入口设置在所述壳体的顶部，所述氢气出口设置在所述壳体的底部。壳体的两侧设置有天然气入口和混合气出口。所述天然气入口与天然气输送段相连接；所述混合气出口则与混合气输送段相连接。作为优选，所述天然气入口设置在所述壳体的下部，且所述混合气出口设置在所述壳体的上部。采用上述设置，更加有利于氢气与天然气的平稳混合。

在本实用新型中，氢气分离膜组件优选为中空纤维膜组件，该中空纤维膜组件包括多根中空纤维。本实用新型并不限定中空纤维的数量，其可以实际情况进行调整。这些中空纤维的内腔形成氢气通道，而这些中空纤维之间的空隙在形成混合通道。氢气通道分别与氢气入口和氢气出口相连通。混合通道分别与天然气入口和混合气出口相连通。氢气在流经氢气通道时，从中空纤维的内腔扩散至其外部的混合通道中，从而与其中的天然气混合。只要以较低的压力就可以将氢气从中空纤维的内腔扩散至其外部，因而整个混合过程可以平稳进行。

本实用新型的设备还可以包括压缩装置，其用于将来自所述氢气混合装置的氢气经压缩后输送至所述混合气输送段。一方面，来自氢气出口的氢气可以被送入氢气回收装置；另一方面，其可以被送至压缩装置。所述压缩装置包括进气端和出气端；该进气端与所述氢气出口相连通，该出气端与所述混合气输送段相连通。经过压缩的氢气也被送至所述混合气输送段，这样可以提高氢气输送效率。

实施例1

图1为本实用新型的一种氢气输送设备的结构示意图。由图可知，该氢气输送设备包括氢气供给装置(未图示)、天然气输送段1、氢气混合装置2和混合气输送段3。氢气供给装置中储存有压缩氢气，其通过管线与氢气混合装置2的氢气入口5相连接。

天然气输送段1为现有的天然气输送管道，其为圆形截面的钢管。混合气输送段3为现有的天然气输送管道，其为圆形截面的钢管。天然气输送段1和混合气输送段3的内径相同。

氢气混合装置2包括壳体10和中空纤维膜组件9。壳体10包括氢气入口5、氢气出口6、天然气入口7和混合气出口8。氢气入口5设置在壳体10的顶部，其与氢气供给装置相连接；氢气出口6设置在壳体10的底部，其与氢气回收装置(未图示)相连接。天然气入口7设置在壳体10的下部，其与天然气输送段1相连接；混合气出口8设置在壳体10的上部，其与混合气输送段3相连接。中空纤维膜组件9设置在壳体10的内部，其包括多根中空纤维。如图3所示，这些中空纤维的内腔形成氢气通道91，多根中空纤维之间的空隙形成混合通道92。氢气通道91分别与氢气入口5和氢气出口6相连通；混合通道92分别与天然气入口7和混合气出口8相连通。

以下描述本实施例的设备的操作方法：来自氢气供给装置的压缩氢气通过氢气入口5进入氢气混合装置2；来自天然气输送段1的天然气则通过天然气入口7进入氢气混合装置2。氢气流经中空纤维膜组件9的氢气通道91，并扩散至混合通道92；天然气流经中空纤维膜组件9的混合通道92。氢气和天然气在混合通道92混合形成混合气，然后通过混合气出口8输送至混合气输送段3。过量的氢气则通过氢气出口6进入氢气回收装置。

实施例2

图2为本实用新型的另一种氢气输送设备的结构示意图。由图可知，该氢气输送设备包括氢气供给装置(未图示)、天然气输送段1、氢气混合装置2和混合气输送段3。氢气供给装置中储存有压缩氢气，其通过管线与氢气混合装置2的氢气入口5相连接。

天然气输送段1为现有的天然气输送管道，其为圆形截面的钢管。混合气输送段3为现有的天然气输送管道，其为圆形截面的钢管。天然气输送段1和混合气输送段3的内径相同。

氢气混合装置2包括壳体10和中空纤维膜组件9。壳体10包括氢气入口5、氢气出口6、天然气入口7和混合气出口8。氢气入口5设置在壳体10的顶部，其与氢气供给装置相连接；氢气出口6设置在壳体10的底部。天然气入口7设置在壳体10的下部，其与天然气输送段1相连接；混合气出口8设置在壳体10的上部，其与混合气输送段3相连接。中空纤维膜组件9设置在壳体10的内部，其包括多根中空纤维。如图3所示，这些中空纤维的内腔形成氢气通道91，多根中空纤维之间的空隙形成混合通道92。氢气通道91分别与氢气入口5和氢气出口6相连通；混合通道92分别与天然气入口7和混合气出口8相连通。

该氢气输送设备还包括压缩装置4，其包括进气端和出气端；进气端与氢气出口6相连通，出气端与混合气输送段3相连通。

以下描述本实施例的设备的操作方法：来自氢气供给装置的压缩氢气通过氢气入口5进入氢气混合装置2；来自天然气输送段1的天然气则通过天然气入口7进入氢气混合装置2。氢气流经中空纤维膜组件9的氢气通道91，并扩散至混合通道92；天然气流经中空纤维膜组件9的混合通道92。氢气和天然气在混合通道92混合形成混合气，然后通过混合气出口8输送至混合气输送段3。过量的氢气通过氢气出口6进入压缩装置4，经压缩后输送至混合气输送段3。

本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的范围。