專利名稱：：生產(chǎn)氫氣的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大致涉及氫氣生產(chǎn)領(lǐng)域。本發(fā)明的設(shè)備和方法通過選擇性吸附從包括氫氣和一種或多種雜質(zhì)的重整物(reformate)中移除雜質(zhì)而制造富氫重整物。所述選擇性吸附可在變壓吸附單元中執(zhí)行，其中吸附周期可以被控制和調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)更高的產(chǎn)品純度。更特別地，本發(fā)明涉及具有燃料處理單元的變壓吸附單元的集成和操作，以生產(chǎn)富氫的重整物。
背景技術(shù)：
：氫被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，從航空到食品生產(chǎn)，到油氣生產(chǎn)和提煉。氫在這些領(lǐng)域中用作促進劑、氛圍氣體、運載氣體、稀釋氣體、燃燒反應(yīng)的燃料、燃料電池的燃料，以及各種化學反應(yīng)和工藝中的還原劑。此外，氫還被認為是發(fā)電的一種可替換的燃料，因為它可再生、充足、有效，并且不像其它替換物，它在生產(chǎn)時零排放。雖然對氫有大規(guī)模消耗和更多的潛在需求，但是一種抑制氫消耗進一步增長的不利之處在于，缺少用于氫生產(chǎn)、儲存和廣泛配送的基礎(chǔ)設(shè)備。一種克服這種困難的方式是分布式的氫生產(chǎn)，例如通過使用燃料處理器將基于碳氫化合物的燃料重整為富氫的重整物。燃料重整工藝，例如蒸汽重整，部分氧化，和自動熱重整，可用于將基于碳氫化合物的燃料，例如天然氣，LPG，汽油和柴油在需要氫的場所轉(zhuǎn)化為富氫的重整物。然而，除所需要的氫產(chǎn)品之外，燃料重整器典型地會產(chǎn)生出降低重整產(chǎn)品價值的不需要的雜質(zhì)。例如，在傳統(tǒng)的蒸汽重整過程中，碳氫化合物供料例如甲烷、天然氣、丙烷、汽油、石腦油或柴油被蒸發(fā)，與蒸汽混合，并且通過蒸汽重整催化劑。碳氫化合物供料的大部分被轉(zhuǎn)化為氫和雜質(zhì)的重整混合物，所述雜質(zhì)例如是一氧化碳和二氧化碳。為了降低一氧化碳的含量，所述重整物典型地接受水-氣轉(zhuǎn)移反應(yīng)(shiftreaction),其中一氧化碳與蒸汽反應(yīng)以形成二氧化碳和氫。在轉(zhuǎn)移反應(yīng)之后，額外的提純步驟可用于將氫純度提高至可接受的等級。這些提純步驟可包括但不限于甲烷化作用、選擇性氧化反應(yīng)、薄膜分離技術(shù)和選擇性吸附例如變溫吸附和/或變壓吸附工藝。通過變壓吸附(PSA)進行的氣體分離，是通過在吸附床上配合的壓力循環(huán)實現(xiàn)的，其中，相對于混合物中的不容易被吸收組分，所述吸附床優(yōu)先吸收更容易被吸附組分。在傳統(tǒng)的PSA設(shè)備中，兩個或多個吸附床通過方向閥以交替順序連接到壓力源和壓力接收器(sinks),以便實現(xiàn)工作壓力和流向的改變。在另一種傳統(tǒng)的PSA設(shè)備中，流向和來自吸附床的流動被旋轉(zhuǎn)分配閥控制，所述旋轉(zhuǎn)分配閥可被旋轉(zhuǎn)從而將所述吸附床在吸附階段和再生階段之間循環(huán)。例如，從空氣中分離氧是這種傳統(tǒng)的PSA設(shè)備的公知的用途。然而，在這種應(yīng)用中，氣體混合物的成分，其壓力和/或流量典型地是固定的和已知的。相反，PSA設(shè)備與生產(chǎn)具有變化的成分、壓力和/或流量的重整物的燃料處理器的一體化，將對這種一體化的系統(tǒng)的有效操作提出挑戰(zhàn)。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種用于制造富氫重整物的設(shè)備。該設(shè)備包括用于產(chǎn)生包括氫氣和雜質(zhì)的重整物的燃料處理器，所述重整物在壓力和/或流量上具有波動。還提供了用于降低所述重整物在壓力和/或流量上的這種波動的裝置。該設(shè)備還包括能夠從重整物中去除雜質(zhì)以生產(chǎn)富氫重整物的提純單元。所述提純單元具有多個吸附床和一個閥組件，該閥組件能夠選擇性地控制輸送至所述多個吸附床中的一個或多個床的重整物流。該設(shè)備可選擇性地包括壓縮單元，壓縮單元用于生產(chǎn)壓縮后的重整物，以便將其輸送到提純單元。用于降低重整物壓力和/或流量上的波動的裝置包括設(shè)置在燃料處理器和提純單元之間的一個或多個緩沖器，和用于向壓縮單元的入口提供受控制的補充流體流的導管。產(chǎn)品傳感器設(shè)置在提純單元的下游，能夠檢測所述富氫重整物和/或貧氫重整物，以產(chǎn)生檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。所述閥組件響應(yīng)所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來控制重整物流。在本發(fā)明的工藝方面，提供了一種生產(chǎn)富氫重整物的方法。該方法包括在燃料處理器中生產(chǎn)包括氬氣和雜質(zhì)的重整物的步驟。所生產(chǎn)的重整物在燃料處理器的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)操作過程中在壓力和/或流量上具有波動。結(jié)果，該方法還包括降低所述重整物在壓力和/或流量上的波動。重整物流被引入提純單元中的所述多個吸附床中的一個或幾個床，持續(xù)一個吸附周期，以從所述重整物中去除雜質(zhì)并生產(chǎn)出富氫重整物。檢測富氫重整物或貧氫重整物以產(chǎn)生檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并且根據(jù)這些檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)對吸附周期進行調(diào)整。本發(fā)明可通過參考下述結(jié)合附圖的說明而得以理解。圖l是本發(fā)明的實施例的示意圖，包括燃料處理器和提純單元。圖2是本發(fā)明的實施例的示意圖，包括燃料處理器和提純單元。圖3是本發(fā)明的實施例的示意圖，包括燃料處理器和提純單元。圖4是描繪了燃料處理器中的生產(chǎn)流程的方框圖。圖5是描繪了本發(fā)明的方法的方框圖。雖然本發(fā)明可以進行各種修改和采取可替換的形式，其特定實施例已經(jīng)在附圖中以示例的形式示出并在本文中詳細的描述了，然而應(yīng)當理解，此處關(guān)于特定實施例的描述并不意味著將本發(fā)明限定為所公開的特定形式，而是相反地，本發(fā)明應(yīng)當覆蓋落在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的全部修改、等價物和替換形式。具體實施例方式下面將描述本發(fā)明的示意性的實施例。為了清楚起見，并不是實際實施例的全部特征都在本說明書中加以描述。當然應(yīng)當理解，在任何實施例的實際開發(fā)中，各種特殊實施決定必須根據(jù)開發(fā)者的具體目的來實現(xiàn)，例如為了符合系統(tǒng)方面的或經(jīng)濟方面的限制，這些限制在各種實施過程中都是不同的。此外，應(yīng)當理解，這種開發(fā)努力可能是復雜的并且很耗時間，但是對從本發(fā)明公開內(nèi)容中受益的本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員來說，所述開發(fā)努力將變成一種日常的工作。燃料處理器的重整物流典型是富氫的但可能包含一種或多種雜質(zhì)，例如一氧化碳、二氧化碳、水、蒸汽、惰性組分例如氮和氬、各種含疏和氮的化合物以及未反應(yīng)的碳氬化合物。這些雜質(zhì)必須被去除或降低至非常低的水平，以使氫重整物安全和可靠。此外，該重整物流可能在壓力和/或流量上具有波動，其可影響所述重整物的提純和凈化。本發(fā)明涉及可降低或抑制由燃料處理器生產(chǎn)的重整物在壓力和/或流量上的波動，并調(diào)節(jié)提純單元的操作，從而補償所述波動，以生產(chǎn)出具有更均勻的成分的富氫重整物。本發(fā)明的設(shè)備包括能夠產(chǎn)生包括氫氣和雜質(zhì)的重整物的燃料處理器。所述重整物在成分、壓力和/或流量上具有波動，并且提供了用于降低這種波動的裝置。可選擇地，在燃料處理器的下游設(shè)置壓縮單元，用于接收所述重整物并產(chǎn)生壓縮的重整物，以便輸送到提純單元。提純單元設(shè)置在燃料處理器的下游，用于從重整物流中去除雜質(zhì)并從而生產(chǎn)富氫重整物。該提純單元具有多個吸附床和一閥組件，該閥組件可選擇性地控制輸送至所述多個吸附床中的一個或多個床的重整物流。一個產(chǎn)品傳感器設(shè)置在提純單元的下游，以檢測所述富氫重整物并產(chǎn)生檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。所述閥組件響應(yīng)所述由產(chǎn)品傳感器產(chǎn)生的檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來控制輸送至所述多個吸附床的重整物流。適用于本發(fā)明的設(shè)備的燃料處理器包括能夠制造包括氫氣和一種或多種雜質(zhì)的重整物的裝置或設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備的最終目的是制造基本上純凈的氫氣產(chǎn)品，這種氫氣產(chǎn)品可安全可靠地用于任何消耗氫氣的裝置或工藝中。如上，本文中的"雜質(zhì)"包括可能污染、損壞或其它干涉耗氫裝置或工藝以及氫氣儲存裝置的操作的所有材料。這種雜質(zhì)典型地包括含疏的化合物、含氮的化合物、碳的氧化物，液態(tài)水，蒸汽、未反應(yīng)的碳氫化合物和惰性氣體。根據(jù)燃料處理器的類型及其工作狀態(tài)，可能會發(fā)生重整物的壓力、流量和/或成分的變化或波動。在一些實施例中，所述燃料處理器包括氧化劑和重整器，用于將燃料重整為包括氫和一種或多種雜質(zhì)的重整物。在燃料處理器領(lǐng)域，重整器是公知的并且可被設(shè)計為執(zhí)行蒸汽重整、部分氧化和自動熱重整以及其它工藝中的一種或多種。雖然用作燃料處理器的一些燃料處理器可采用任意已知的重整器，但是下文中與圖4有關(guān)的說明適合于美國專利申請第10/006,963號，其由Krause等人于2001年12月5日提交，標題為"CompactFuelProcessorForProducingaHydrogenRichGas(用于制造富氫氣體的緊湊的燃料處理器)"，并且于2002年7月18日公開(公開號為US2002/0094310Al)，其描述了一種執(zhí)行蒸汽重整和自動熱重整的組合的燃料處理器。如圖4所示，所述燃料處理器的供料可以包括基于碳氫化合物的燃料、氧、水及其混合物。適用于該處理器的基于碳氫化合物的燃料可以包括天然氣、LPG、汽油，柴油、乙醇及其混合物。天然氣是優(yōu)選的基于碳氫化合物的燃料。氧可以是空氣、富氧空氣或基本上為純氧的形式。燃料和水作為液體和/或蒸汽導入。然而，根據(jù)供給材料的初始狀態(tài)和轉(zhuǎn)化反應(yīng)的特性，可能需要一定程度的供料制備。例如，優(yōu)選地，液態(tài)水和燃料都被轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，并且反應(yīng)物在被引導進入重整器的反應(yīng)區(qū)域之前被預熱。圖4的方框A表示重整步驟，在一個特定的實施例中，在該方框中執(zhí)行兩個反應(yīng)，部分氧化(下文的公式I)和蒸汽重整(下面的公式II)，以便將所述供料轉(zhuǎn)化為包含氫氣和一氧化碳的合成氣體。公式I和II是示例性的反應(yīng)公式，其中的甲烷被認為是所述碳氫化合物。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(I)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(II)供料流中的氧氣的濃度越高，則有利于放熱的部分氧化反應(yīng)，而水蒸氣的濃度越高，則有利于吸熱的蒸汽重整反應(yīng)。因此，氧氣與碳氫化合物，和水與碳氫化合物的比以及反應(yīng)溫度是影響氫產(chǎn)生的特征參數(shù)。根據(jù)供給狀況和催化劑，重整步驟A的反應(yīng)溫度可從約550°C至約900。C。部分氧化和蒸汽重整催化劑的例子在燃料重整領(lǐng)域是公知的，因此不再詳細描述。方框B表示冷卻步驟，其中，來自重整步驟A的合成氣流被冷卻到約200。C至約600。C的溫度，并且優(yōu)選地從約375。C至約425°C，以準備將該合成氣體用于工藝步驟C(下文中討論)。該冷卻可通過散熱片、導熱管、熱交換器或類似設(shè)備實現(xiàn)，取決于設(shè)計規(guī)定和從合成氣體中回收/再循環(huán)的熱量的程度。合成氣體的冷卻還可通過所述領(lǐng)域中的其它已知裝置實現(xiàn)，例如將低溫蒸汽注入合成氣流中。方框c表示脫硫步驟。許多燃料中的一種主要雜質(zhì)是硫，其通常在重整步驟A中被轉(zhuǎn)化為硫化氫。脫硫優(yōu)選地采用氧化鋅和/或可吸收和轉(zhuǎn)化硫化氫的其它材料，這些材料可具有或不具有支撐(例如整塊、擠壓物、片粒等)?？筛鶕?jù)下面的反應(yīng)式III將硫化氫轉(zhuǎn)化為硫化鋅實現(xiàn)脫硫H2S+ZnO—H20+ZnS(III)脫硫優(yōu)選地在約300'C至約500'C的溫度下執(zhí)行，并且更優(yōu)選地從約375。C至約425°C。脫硫后的工藝物料流接下來被送至混合步驟D，其中可選擇地添加來自水子系統(tǒng)的水。水的添加具有降低工藝流的溫度和為下面的水-氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)(shiftreaction)提供額外的水的雙重目的。水蒸氣和其它物流成分通過穿過惰性材料級(stage)而被混合，其中，所述惰性材料可以是例如陶瓷珠或可有效混合和/或有助于水的汽化的其它類似材料?？商鎿Q地，額外的水可在重整步驟A之前加入，并且混合步驟可重復設(shè)置或取消。在工藝流將受到選擇性的氧化的情況下，混合步驟還可用于在氧化之前將氧化劑與工藝流混合。方框E表示水-氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)步驟，其根據(jù)反應(yīng)式IV將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳H20+CO—H2+C02(IV)通常，根據(jù)催化劑，水-氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)可在約150。C至約600。C的溫度下執(zhí)行。在這種條件下，氣流中的多數(shù)一氧化碳被轉(zhuǎn)化為二氧化碳。在富氫重整物將要被用作燃料或燃料電池的情況下，一氧化碳的濃度需要被降低到燃料電池催化劑可接受的等級，典型地低于約50ppm。水-氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑的例子，無論低溫或高溫催化劑都是燃料重整領(lǐng)域公知的，因此不在此處詳細討論。方框F表示冷卻步驟，其可在惰性級(inertstage)或其它級中執(zhí)行，以將工藝流的溫度降低到優(yōu)選地處于約90。C至約150。C的溫度。當冷卻步驟F之后是選擇性的或優(yōu)選的氧化步驟時，來自空氣子系統(tǒng)的氧氣也可添加到工藝流中。方框G表示可選擇的選擇性或優(yōu)先的氧化步驟，其中工藝流中剩余的一氧化碳中的大部分被轉(zhuǎn)化為二氧化碳。盡管該氧化是在具有氧化一氧化碳活性的催化劑的情況下執(zhí)行的，但是典型地發(fā)生了兩個反應(yīng)，即需要的一氧化碳的氧化(反應(yīng)式V)，不需要的氫氣的氧化(反應(yīng)式VI)。co+Io2—co2(V)2H2+i02~^H20(VI)2由于兩個反應(yīng)都產(chǎn)生熱并且由于優(yōu)選的一氧化碳的氧化在低溫下進行是有利的，因此有利的是，可選擇地在氧化反應(yīng)區(qū)域內(nèi)包括一冷卻元件例如冷卻盤管。氧化反應(yīng)溫度優(yōu)選地保持在約卯。C至約150。C的范圍內(nèi)。由于本發(fā)明的設(shè)備包括提純單元，例如用于將氫氣與雜質(zhì)分離的變壓吸附單元，所以采用選擇性的氧化步驟G可被省略。例如結(jié)合圖4描述的燃料處理器所生產(chǎn)出的重整物是富氬的，但可能含有一種或多種雜質(zhì)，例如一氧化碳、二氧化碳、水、蒸汽、惰性組分例如氮和氬、各種含硫和氮的化合物以及未反應(yīng)的碳氫化合物。因此，所述重整物必須接受提純或清潔工藝，以去除雜質(zhì)或?qū)㈦s質(zhì)降低至非常低的水平。此外，所述重整物典型地處于低壓，大致小于約50psig，并且優(yōu)選地小于約25psig，并且更優(yōu)選地小于約10psig并且仍然更優(yōu)選地小于約5psig。根據(jù)所采用的提純技術(shù)的特性，需要在輸送到提純單元之前增加重整物的壓力。因此，本發(fā)明的設(shè)備可以選擇性地包括位于燃料處理器下游的壓縮單元，該壓縮單元用于接收重整物并且生產(chǎn)壓縮后的重整物，以便輸送到提純單元。在一些實施例中，例如在排出提純單元的富氫重整物被送往儲存單元例如高壓儲存罐的情況下，第二壓縮單元可選擇性地設(shè)置在提純單元和儲存單元之間，以用于增加富氫重整物的壓力。壓縮單元是所述領(lǐng)域公知的，用于在使含有氫氣的氣體混合物接收分離技術(shù)和/或儲存之前將所述含有氫氣的氣體混合物壓縮。這種壓縮技術(shù)的詳細描述可在化學工程參考資料中找到，例如Perry的《化學工程手冊》第4版(McGraw-Hill,1963)，和專利文獻，例如1987年9月1日授權(quán)給Doshi的美國專利No.4,690,695;2002年12月3日授權(quán)給Keefer等人的美國專利No.6,488,747;和2003年9月18日公開出版的Mitlitsky等人的美國專利申請US2003/0175564Al;其說明被結(jié)合于此作為參考。雖然壓縮單元不需要詳細描述，但是應(yīng)當認識到，穩(wěn)定的壓縮單元可包括在單級或包括兩個或三個壓縮機的多級壓縮單元中的由恒速或變速電動機驅(qū)動的壓縮機。此外，適當?shù)膲嚎s單元可包括軸流式、離心式、往復式、旋轉(zhuǎn)式壓縮才幾和它們的組合。在所述壓縮單元包括在選定的速度下操作的壓縮機的情況下，提純單元優(yōu)選地控制重整物流向多個吸附床的流量，而與所述壓縮機的選定速度無關(guān)o壓縮單元應(yīng)該能夠施加在流體上的壓力取決于該單元的壓縮所需的壓力要求。在提純單元包括變壓吸附單元的情況下，輸送到PSA的重整物流量所需壓力可以在lpsig至600psig之間變化。在需要壓縮以利于富氫重整物的儲存的情況下，富氫重整物的所需壓力可從剛過零變化至高于10，000psig。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，適當?shù)膲嚎s單元將基于下列因素進行選擇，例如重整物成分、流量、壓力和溫度，下游單元的所需壓力，以及下述因素，例如壓縮單元的功耗、工作性能和成本。在提純單元包括變壓吸收單元("PSA，，)的實施例中，流向PSA中的多個吸收劑床的重整物流量和通過吸附床從重整物流中吸附雜質(zhì)的吸附周期以獨立于壓縮機的轉(zhuǎn)速或輸出的形式進行控制。更特別地，在提純單元包括旋轉(zhuǎn)式PSA,所述PSA具有用于控制流動至吸收劑床的材料流的旋轉(zhuǎn)分配閥的情況下，所述旋轉(zhuǎn)分配閥優(yōu)選地獨立于壓縮單元的轉(zhuǎn)速或輸出進行操作，在這些實施例中，壓縮單元可包括恒速壓縮機。在壓縮單元包括由恒速電動機或感應(yīng)電動機驅(qū)動的壓縮機的實施例中，在啟動過程中當該壓縮機首先被激勵時應(yīng)注意，確保在壓縮機的入口處具有足夠的流體，以防止真空的形成。在關(guān)閉過程中和燃料處理器的瞬態(tài)操作過程中，瞬態(tài)操作例如是從備用狀態(tài)到恢復氫氣生產(chǎn)之前，應(yīng)該同樣注意這一點。作為確保存在足夠流體的一種替換，壓縮機電機的轉(zhuǎn)速可通過調(diào)節(jié)作用在壓縮單元和電動機上的功率來調(diào)整。用于調(diào)整功率的適當?shù)难b置包括用于調(diào)節(jié)作用在電動機上的線頻(linefrequency)的變頻驅(qū)動器，用于改變作用于電動機的電壓的軟啟動裝置，和其它本領(lǐng)域已知的用于調(diào)節(jié)作用于電動機上的功率的裝置。如上所述，來自燃料處理器的重整物流可能在瞬態(tài)操作和穩(wěn)態(tài)操作過程中還在壓力和/或流量上具有波動。因此，本發(fā)明的設(shè)備包括在到達下游提純單元之前降低或消除這些波動的裝置。本文中所用的"降低壓力和/或流量的波動"指的是降低被送至提純單元的重整物的壓力和/或流量波動的大小和次數(shù)。此外，還可采用這種裝置來防止在壓縮單元的入口處的將重整物輸送至壓縮單元的管路中形成真空。用于降低這種波動的裝置可包括設(shè)置在燃料處理器和提純單元之間的緩沖器。盡管這種緩沖器可設(shè)置在燃料處理器和提純單元之間的任何位置，但優(yōu)選地設(shè)置在壓縮單元的上游，從而可向壓縮單元的入口提供更均勻的重整物流。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，該緩沖器具有足夠容量以從燃料處理器接收可變的重整物流量，同時向提純單元釋放更均勻的流量。此外，在一個實施例中，該緩沖器設(shè)置在壓縮單元的上游，來自緩沖器的重整物流應(yīng)當足以防止在啟動或穩(wěn)態(tài)操作過程中在壓縮單元的入口形成真空。在壓縮單元設(shè)置在燃料處理器和提純單元之間的實施例中，用于降低壓力和/或流量波動的裝置還可包括導管，該導管用于向壓縮單元的入口提供補充流體的受控的流量。所述補充流體可包括來自壓縮單元的出口的重整物的壓縮流、來自提純單元的富氬重整物、或其混合物。該導管具有出口，該出口可將補充流體引入到將重整物從燃料處理器輸送到壓縮單元的管線中。導管入口的數(shù)量和位置由補充流體的成分決定。當所述補充流體包括壓縮后的重整物時，該導管具有位于壓縮單元下游的入口。當所述補充流體包括富氫重整物時，該導管具有位于提純單元下游的入口。在該實施例中，提純單元可選擇性地包括引導富氫重整物的第一出口和引導貧氫重整物從提純單元出來的第二出口，并且導管的入口與提純單元的第一出口流體連通。此外，所述導管可根據(jù)補充流體的成分而具有兩個或多個入口。特別地，當所述燃料處理設(shè)備具有設(shè)置在壓縮單元下游的提純單元時，所述導管可具有設(shè)置在壓縮和提純單元之間的用于引導壓縮后的重整物進入導管的入口，和位于提純單元下游的用于將富氫重整物引入導管的第二入口。在一些實施例中，所述導管可具有可變開度的閥，用于控制從中穿過的補充流體的流量。當所述設(shè)備包括用于檢測從燃料處理器流出的流體例如重整物、補充流體等的可選擇的傳感器的情況下，所述可變開度的閥可響應(yīng)所述傳感器產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)而進行操作。更特別地，傳感器可設(shè)置在壓縮單元入口上游并緊靠著其入口，以便獲取進入壓縮單元的流體的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述傳感器將包括用于檢測壓縮單元入口處的重整物的壓力和/或流量的傳感器。在一些實施例中，該傳感器將與控制器連接，從而檢測到的數(shù)據(jù)可傳遞到控制器，以便響應(yīng)該檢測到的數(shù)據(jù)來操作所述閥。作為說明，當控制器確定進入壓縮單元入口的重整物的壓力和/或流量低于預定等級時，信號或指令被輸送到閥致動器，以打開所述閥并增加進入壓縮單元入口的補充流體的流量。相反地，當檢測到位于壓縮單元入口的重整物的壓力和/或流量等于或高于預定等級時，控制器可指令所述閥致動器收縮或關(guān)閉所述閥。在本文中，控制器用于控制閥操作的預定等級是重整物的壓力和/或流量，其可防止在壓縮單元的供給管路中形成真空。此外，該控制器還可^L構(gòu)造為響應(yīng)下文所述的檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來操作所述閥組件。本發(fā)明的設(shè)備可以包括設(shè)置在壓縮單元下游的提純單元，用于接收壓縮重整物的至少一部分并產(chǎn)生富氫重整物。用于從重整物氣流中去除雜質(zhì)和/或濃縮其中氫的技術(shù)在本領(lǐng)域中是公知的，并且可包括甲烷化、選擇性氧化、薄膜分離技術(shù)、變溫吸附(temperatureswingadsorption)和變壓吸附工藝。例如，許多提純工藝通過選擇性的吸附將氬氣從雜質(zhì)中分離，即將含氫氣的帶壓流通過吸收劑材料柱或床和/或穿過氫選擇性薄膜。選擇性吸附可由吸附氫并允許貧氫氣流穿過的吸附材料執(zhí)行，也可由吸附雜質(zhì)并允許富氫氣流通過的吸附材料執(zhí)行。在上述任一種情況下，高度優(yōu)選的是，通過下列技術(shù)例如變壓(pressureswing)、變溫(temperatureswing)或類似4支術(shù)中的一種或幾種，吸附材料可再生。在本發(fā)明的實施例中，可通過采用選擇性地從重整物流中吸附雜質(zhì)并允許富氫重整物通過的吸附材料進行所述提純。所述提純單元包括多個吸附床，每個吸附床都能夠從流過該床的重整物中去除一種或多種雜質(zhì)。吸附床可包括容納吸附材料的容器。吸附材料可具有各種形式，包括成團的、片粒的、顆粒和/或小珠、整塊結(jié)構(gòu)的壓實床，以及涂敷吸附材料的各種支撐例如涂層薄板。在一些實施例中，吸附材料以壓實床的形式提供，其具有不同吸附材料的多個層和/或不同吸附材料的混合物。在另一些實施例中，所述吸附床包括被構(gòu)造為提供有流體從中穿過的通道的、具有涂層的整塊的或其它結(jié)構(gòu)。適用于多種提純單元的床的吸附材料將根據(jù)需要被吸附和從工藝流中去除的材料來確定。例如，公知的用于去除水蒸氣、二氧化碳和碳氫化合物的吸附材料可包括氧化鋁凝膠、活性炭、硅膠和沸石。此外，沸石例如低珪石X型沸石(lowsilicaXzeolite)和铞或鍶交換過的菱沸石(exchangedchabazite)是公知的用于去除一氧化碳和氮的材料。此處所用的術(shù)語"吸附周期"指的是中間或壓縮后的重整物流被引導穿過吸附床以便去除雜質(zhì)所需的周期或時間長度。在吸附周期結(jié)束時，穿過第一吸附床的重整物流被中斷并且該重整物流別重新引導至第二吸附床，從而在第一吸附床再生的同時繼續(xù)移除雜質(zhì)并且產(chǎn)生富氫重整物?？梢灶A期，在其它吸附床經(jīng)歷再生的各個階段的同時，在吸附階段需要操作兩個或多個吸附床。此外，適當?shù)奶峒儐卧獙切┛梢哉{(diào)節(jié)和控制吸附周期的裝置，從而補償供給到該單元的重整物的壓力和/或流量的波動。調(diào)節(jié)吸附周期以便實現(xiàn)所需純度的富氬重整物的方式將在下文中更加詳細地描述。在一些實施例中，所述提純單元包括變壓吸附("PSA，，)單元。適當?shù)腜SA單元包括那些本領(lǐng)域公知的用于從工藝流中分離氫氣的裝置，例如在下面的文件中所描述的1980年12月9日授權(quán)給Perry的美國專利No.4，238，204;1987年9月1日授權(quán)給Doshi的美國專利No.4,690,695;1993年10月26日授權(quán)給Kai等人的美國專利No.5，256，174;1995年7月25日授權(quán)給Anand等人的美國專利No.5，435，836;1997年9月23日授權(quán)給Couche的美國專利No.5,669,960;1998年5月19日授權(quán)給Sircar等人的美國專利No.5,753,010;2002年10月29日授權(quán)給Hill的美國專利No.6，471，744，上述文件的說明書被結(jié)合于此作為參考。在一些實施例中，所述提純單元將包括緊湊的PSA。適當?shù)木o湊的PSA可包括旋轉(zhuǎn)式PSA，例如在2000年5月16日授權(quán)給Keefer等人的美國專利No.6,063,161和2002年6月18日授權(quán)給Connor等人的美國專利No.6,406,523中所描述的，它們的說明書被結(jié)合于此作為參考。緊湊的PSA具有可從加拿大伯納比的QuestairTechnologies,Inc.購買旋轉(zhuǎn)元件。Questair的旋轉(zhuǎn)式PSA，型號為H3200，可用于本發(fā)明的開發(fā)。提純單元可包括閥組件，其可至少部分地響應(yīng)下文所述的檢測到的產(chǎn)品信息而選擇性地控制重整物向一個或多個吸附床的流量。該閥組件可包括具有固定或可變開度的單個或多個閥，它們可被打開和關(guān)閉以控制送至吸附床的材料流。該閥組件可通過控制某個吸附床接受重整物流和控制不同材料被引導通過吸附床的次序，從而提供對于送至吸附床的重整物流進行選擇性的控制。這樣，該閥組件的構(gòu)造提供了對于每個吸附床的吸附階段和再生階段的控制。根據(jù)床中的吸附材料的特性，控制再生可包括施加壓力和/或溫度變化，引導各種材料穿過所述床等步驟。在提純單元包括旋轉(zhuǎn)式PSA的實施例中，所述閥組件優(yōu)選地包括分配閥，其中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生在分配閥和多個吸附床之間，以通過吸附-再生循環(huán)來循環(huán)所述多個床，這種分配閥描述于下述文件1990年5月15授權(quán)給Rabenau等人的美國專利No.4,925,464;1997年1月14日授權(quán)給Hill等人的美國專利No,5,593,478;1998年9月15日授權(quán)給Lemcoff等人的美國專利No.5,807,423;2000年5月2日授權(quán)給Keefer等人的美國專利No.6,056,804;2002年4月16日授權(quán)給Takemasa等人的美國專利No.6,372,026Bl;2002年9月17日授權(quán)給Keefer等人的美國專利No.6，451，095;和2004年3月30日授權(quán)給Hill等人的美國專利No.6，712，087，它們的說明書被結(jié)合于此作為參考。閥組件和吸附床之間的旋轉(zhuǎn)優(yōu)選地通過變速電動機產(chǎn)生。其中閥組件控制多個床的每個階段的操作的次序，變速電動機控制每個操作的長度和操作變化的頻率。例如，通過調(diào)節(jié)該電動機的轉(zhuǎn)速，所述多個床的吸附周期可被增加或減少。此外，旋轉(zhuǎn)速度的變化改變重整物流在第一吸附床和笫二吸附床之間切換的頻率。本發(fā)明的設(shè)備包括設(shè)置在提純單元下游的產(chǎn)品傳感器，其可檢測所述富氫重整物和/或貧氫重整物并從中產(chǎn)生檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。這些由產(chǎn)品傳感器產(chǎn)生的檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)被傳送或連通至提純單元。提純單元中的閥組件可響應(yīng)這些檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來控制輸送到所述多個吸附床的重整物流。優(yōu)選地，該產(chǎn)品傳感器設(shè)置在提純單元的下游并靠近其出口的位置，從而產(chǎn)品或排氣成分的變化可被快速地探測到并且補償動作可被執(zhí)行。當可選擇的儲存罐設(shè)置在提純單元下游用于接收和儲存富氫重整物時，該產(chǎn)品傳感器被設(shè)置在儲存罐的上游，從而不合格的重整物可在被儲存罐接收之前被檢測并轉(zhuǎn)移。被檢測的產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括溫度、壓力、密度、流量和/或成分數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品傳感器優(yōu)選地包括氣體傳感器。傳感器類型的選擇可根據(jù)用于控制重整物流的數(shù)據(jù)的特點來確定。適當?shù)膫鞲衅骺砂切┠軌驒z測和傳送溫度、壓力、密度、流量和/或成分數(shù)據(jù)的傳感器。在一些實施例中，所述產(chǎn)品傳感器可包括成分類型的傳感器，用于檢測富氫重整物和/或貧氫重整物中的某一組分的濃度。例如，用于檢測一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、水、含硫化合物和含氮化合物的存在及其濃度的適當?shù)膫鞲衅魇强梢再徺I到的。在產(chǎn)品傳感器包括用于檢測成分數(shù)據(jù)的傳感器的實施例中，該傳感器優(yōu)選地不適用于檢測富氬重整物和/或貧氫重整物中的游離氧的濃度。在需要有關(guān)富氫重整物中的氫氣濃度的數(shù)據(jù)的實施例中，所述傳感器可包括能夠檢測氫氣濃度的傳感器，更優(yōu)選地，一個或多個能夠檢測可確定氫氣濃度數(shù)據(jù)的傳感器。用于間接地確定供給到燃料電池的重整物流中的氫氣濃度的方法和設(shè)備的說明，可從2004年8月3曰授權(quán)給Nelson等人的美國專利No.6,770,391B2中獲得，該文件的公開文本被結(jié)合于此作為參考。從提純單元出來的富氫重整物中的氫氣體積濃度應(yīng)當大于約99.96%,優(yōu)選地大于約99.97%,并且更優(yōu)選地大于約99.98%。當被傳送到提純單元的檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)指示氫氣的濃度在下降時，提純單元可增加重整物流從一個吸附床向下一個床引導的頻率。更特別地，當提純單元是具有變速電動機的旋轉(zhuǎn)式PSA單元的情況下，可增加變速電動機的轉(zhuǎn)速以縮短吸附周期。類似地，在檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)指示富氫重整物的壓力和/或流量在增加的情況下，變速電動機的轉(zhuǎn)速可增加以縮短吸附周期，并且保持富氫重整物中所需的氬氣濃度。如上所述，本發(fā)明的設(shè)備可選擇性地包括用于監(jiān)控和控制該設(shè)備的一個或多個部件的操作的控制器。特別地，適當?shù)膫鞲衅髂軌蚪邮账鰴z測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，確定閥組件是否需要調(diào)節(jié)并響應(yīng)檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)操作所述閥組件。當該設(shè)備包括用于控制來自提純單元的富氫重整物流動的產(chǎn)品閥時，所述控制器能夠響應(yīng)所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)操作所述產(chǎn)品閥。當所述設(shè)備還包括壓縮單元、向壓縮單元的入口提供受控制的補充流體流動的導管和用于檢測重整物的壓力和/或流量的傳感器時，所述控制器可響應(yīng)檢測到的壓力和/或流量來控制補充流體流動的流量。在一些實施例中，該控制器還包括用于將在給定壓力下的提純單元的吸附周期與要生產(chǎn)的富氫重整物的成分和流量相關(guān)聯(lián)的裝置。該裝置可包括提純單元的一個工藝模塊，其可決定提純單元的操作設(shè)定，例如，決定在不同的壓力下生產(chǎn)給定的富氬重整物的吸附周期或其它循環(huán)時間。在一種替換方案中，該裝置可包括一組相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，其優(yōu)選地以表格的形式儲存，并可由控制器獲取。不論使用何種裝置，所述裝置將向控制器提供指令，以設(shè)定或調(diào)節(jié)提純單元在不同壓力下的操作，從而生產(chǎn)出具有選定成分和流量的富氫重整物。在提純單元是具有變速電動機的旋轉(zhuǎn)式PSA的情況下，所述用于關(guān)聯(lián)的裝置可包括一個查找表(look-uptable)，其中不同壓力下的富氫重整物的成分和流量與不同的生產(chǎn)出所需的富氫重整物成分的電動機轉(zhuǎn)速相關(guān)聯(lián)。該查找表還可被控制器使用，以根據(jù)所檢測到的指定壓力下的富氫重整物的變化來調(diào)節(jié)或?qū)崿F(xiàn)變速電動機轉(zhuǎn)速的改變。在一些實施例中，所述控制器用于單個計算系統(tǒng)中，以控制非手動控制設(shè)備操作的每個方面。在另一些實施例中，所述控制器可包括多個計算系統(tǒng)，其每一個用于控制設(shè)備操作的某些指定的方面。所述控制器可以安裝在機架上或者以桌面?zhèn)€人電腦、工作站、筆記本電腦或膝上型計算機、嵌入式處理器或類似裝置的方式實現(xiàn)。實際上，任何給定的實現(xiàn)方式對于本發(fā)明的實施都沒有實質(zhì)影響。所述計算系統(tǒng)優(yōu)選地包括與總線系統(tǒng)上的記憶存儲裝置通訊的處理器。所述記憶存儲裝置可包括硬盤和/或隨機存儲器("RAM")和/或移動儲存器，例如軟盤和/或光盤。該記憶裝置用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行編碼，用于儲存獲取的數(shù)據(jù)、操作系統(tǒng)，用戶界面軟件和應(yīng)用程序。所述用戶界面軟件與顯示器一起顯示用戶界面。所述用戶界面可包括外圍1/0設(shè)備，例如按鍵板(keypad)或鍵盤、鼠標或操縱桿。處理器在操作系統(tǒng)的控制下運行，所述操作系統(tǒng)可以是本領(lǐng)域已知的任意操作系統(tǒng)。所述應(yīng)用程序可由操作系統(tǒng)根據(jù)啟動、重置或上述兩者進行調(diào)用，這取決于操作系統(tǒng)的實現(xiàn)方式。軟件實現(xiàn)的本發(fā)明的某些方面典型地被編碼于一些形式的程序儲存介質(zhì)上，或由一些類型的傳送介質(zhì)實現(xiàn)。所述傳送介質(zhì)可以是成對的絞合線、同軸電纜、光學纖維或其它本領(lǐng)域已知的適當?shù)膫魉徒橘|(zhì)。此處的詳細說明的一部分表現(xiàn)為軟件實現(xiàn)方法的形式，其涉及對計算系統(tǒng)的記憶裝置中的數(shù)據(jù)位進行操作的符號化表示。這些說明和表示是本領(lǐng)域的技術(shù)人員用來最有效地將他們工作的實質(zhì)傳遞給本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員的手段。所述方法和操作需要對物理量進行物理操作。通常，盡管不是必須的，這些量具有電、磁或光學信號的形式，這些信號能夠被儲存、傳遞、組合、比較和操作。已經(jīng)證明，主要出于通常使用的原因，將這些信號表示成位、數(shù)值、數(shù)據(jù)、元素、符號、指令、字符、術(shù)語、數(shù)字等常常是方便的。然而應(yīng)當記住，所有這些和類似的術(shù)語與適當?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)，并且僅僅是這些量的方便的標識。此外，電子裝置將電子裝置的存儲器中的用(電的、磁的或光學的)物理量表示的數(shù)據(jù)操作和轉(zhuǎn)換成以類似的物理量表示的其他數(shù)據(jù)，該電子裝置的動作和處理已經(jīng)被諸如"處理"、"計算"、"比較"、"確定"、"顯示"等術(shù)語表示。本發(fā)明的設(shè)備可選擇地包括產(chǎn)品閥，用于控制來自提純單元的富氫重整物流。在一些實施例中，該產(chǎn)品閥包括可變開度的閥。該產(chǎn)品閥可部分地響應(yīng)由產(chǎn)品傳感器產(chǎn)生的檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)而加以操作。當所述設(shè)備包括可以接收所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的控制器時，所述控制器可響應(yīng)所述檢測到的數(shù)據(jù)操作所述產(chǎn)品閥。優(yōu)選地，所述產(chǎn)品閥設(shè)置在產(chǎn)品傳感器的下游，從而富氫重整物中的變化可被快速地檢測出來并且可采取補償措施以保持富氫重整物的成分。此外，當一個可選擇的儲存罐設(shè)置在提純單元下游用于儲存富氫重整物時，所述產(chǎn)品閥被設(shè)置在所述罐的上游，從而不合格的重整物可被檢測出來并且可在其被儲存罐接收之前將其轉(zhuǎn)移。對于來自提純單元的富氫重整物流的控制還可用于在提純單元中產(chǎn)生背壓，以在提純單元內(nèi)保持更穩(wěn)定的壓力。此外，這種控制還可提供額外的對通過提純單元的重整物流量的控制，以便維持富氫重整物的成分。本發(fā)明的設(shè)備可選擇包括設(shè)置在提純單元下游的儲存單元，用于儲存富氫重整物。還可選擇性地包括壓縮單元，用于生產(chǎn)壓縮后的富氫重整物流，以便根據(jù)所選擇的特定儲存單元的壓力要求而儲存壓縮后的富氫重整物。此外，還可包括第二導管，其可向第二壓縮單元的入口提供受控制的壓縮后的富氫重整物流。所述第二導管優(yōu)選地具有設(shè)置在第二壓縮單元和儲存單元之間的入口，用于控制穿過該導管的壓縮的富氫重整物流的閥，和設(shè)置在提純單元的出口和笫二壓縮單元的入口之間的出口。適用于本發(fā)明的設(shè)備的儲存單元可以從本領(lǐng)域已知的氫儲存裝置中選擇。優(yōu)選地，所述氫儲存裝置將包括適合于以所需的形式儲存富氫重整物的儲存容器，所述形式包括但不限于壓縮氣、液化氣或固態(tài)。適當?shù)膬Υ嫒萜骺梢允强梢苿拥?、模塊化的、裝有滑板的或固定的。此外，所選的儲存單元優(yōu)選地具有足夠的儲存容量，從而使該單元可在燃料處理器不工作期間和/或在必須補充燃料處理器所生產(chǎn)的產(chǎn)品體積以滿足要求時的峰值需求期間內(nèi)，仍然能夠以選定的流量將所儲存的產(chǎn)品輸送到出口。所述氫儲存單元可包括與壓縮單元可操作地流體連通的高壓容器，以便儲存壓縮后的重整物。適當?shù)膬Υ鎲卧€可采用可逆的固定氫氣的固氫材料。固氫材料在氫氣儲存領(lǐng)域是公知的并且可包括活性炭、碳復合材料、基于球殼狀碳分子富勒烯(fullereiie)籠形的材料、金屬氫化物、帶有或不帶有額外元素的鈦、釩、鉻和錳合金、磁性氫吸附材料和由元素周期表的第二和第三排中選出的輕元素形成的納米結(jié)構(gòu)。容納固氫材料以便儲存壓縮后的氫的容器的例子在1986年7月8日授權(quán)給Wessel的美國專利No.4，598，836和2002年8月13日授權(quán)給Klos等人的美國專利No.6,432,176Bl中已有描述，它們的公開內(nèi)容被結(jié)合于此作為參考。在另一些實施例中，所述儲存單元可包括能夠通過低溫冷卻或其它液化技術(shù)將富氫產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為液化產(chǎn)品的液化單元。本發(fā)明的設(shè)備可選擇性地包括一個或多個設(shè)置在整個設(shè)備上的傳感器，用于在設(shè)備中的不同位置處檢測流體的溫度、成分、密度、壓力和/或流量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，所述檢測出的數(shù)據(jù)例如溫度和壓力可用于計算其它流體狀況，例如使用2003年9月16日授權(quán)給Cohen等人的美國專利No.6，619，336中描述的方法計算產(chǎn)品密度。此外，檢測到的成分信息可用于各種目的，包括估計產(chǎn)品中的氬的濃度，如2004年8月3日授權(quán)給Nelson等人的美國專利No.6,770,391B2中所述。用于檢測和監(jiān)控該設(shè)備和溫度、成分、壓力和流量的流體狀況的傳感器是公知的并且可購買到。在本發(fā)明的工藝方面，提供了一種生產(chǎn)富氫重整物的方法。該方法包括在燃料處理器中生產(chǎn)包括氫氣和雜質(zhì)的重整物流。由燃料處理器所生產(chǎn)的重整物在壓力和/或流量上具有波動，該方法包括減小所述這些波動。重整物流被引入提純單元中的所述多個吸附床中的一個或幾個床，持續(xù)一吸附周期，以從所述重整物中去除雜質(zhì)并生產(chǎn)出富氫重整物。檢測富氫重整物或貧氫重整物以產(chǎn)生檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并且根據(jù)這些檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)對吸附周期進行調(diào)整。可選擇地，該方法可以包括在壓縮單元中壓縮所述重整物，以生產(chǎn)壓縮的重整物，以便輸送到提純單元。重整物的生產(chǎn)已在上文中詳細描述，此處不再重復。生產(chǎn)的重整物可能還在成分、壓力和/或流量上具有波動，本方法還包括降低這些波動。這些波動可通過緩沖燃料處理器生產(chǎn)的重整物而被降低和抑制。在所述重整物被輸送到提純單元之前被壓縮的實施例中，壓力和/或流量上的波動可通過向壓縮單元的入口提供受控制的補充流體流量而降低。這種方法可選擇性地包括在壓縮所述重整物之前檢測該重整物的壓力和/或流量，并且響應(yīng)檢測到的壓力和/或流量控制補充流體的流量。所述重整物可在由恒速或變速電動機驅(qū)動的壓縮機中壓縮。在該方法中，當所述重整物在具有恒速或變速電動機的壓縮機中壓縮時，在啟動和其它瞬態(tài)過程中，施加在壓縮機上的功率應(yīng)當被調(diào)整并逐漸地增加以防止在輸送重整物至壓縮機的管線中形成真空。此外，當該方法包括在壓縮機中以選定的速度壓縮所述重整物時，所述吸附周期可優(yōu)選地獨立于壓縮機的轉(zhuǎn)速進行設(shè)定和調(diào)節(jié)。雜質(zhì)可在提純單元中從重整物中去除，以生產(chǎn)富氫重整物。優(yōu)選地，雜質(zhì)通過選擇性吸附從重整物中去除，并且因此該方法可包括在吸附周期內(nèi)將重整物流引導至多個吸附床中的一個或多個吸附床的步驟，以便從重整物中去除雜質(zhì)并生產(chǎn)富氫重整物。優(yōu)選地是，提純單元具有多個吸附床，從而通過第一吸附床的重整物流可被中斷并重新引導通過第二吸附床，從而繼續(xù)移除雜質(zhì)和生產(chǎn)富氫重整物。此外，通過第一吸附床的重整物流的中斷和重整物的重新引導可使第一吸附床得以再生。所述再生包括對所述床和其中的吸附材料進行減壓、清洗、加熱、冷卻和再加壓中的一種多幾種。吸附床的再生有利于釋放所吸附的雜質(zhì)，以產(chǎn)生包括前述所吸附的雜質(zhì)的排放流或貧氫產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的方法可選擇性地包括再生所述多個吸附床的至少一部分，以生產(chǎn)貧氫重整物，同時重整物流被引導至一個或多個其它吸附床。在提純單元包括PSA的實施例中，在PSA單元中從重整物流中去除雜質(zhì)的效力取決于PSA的設(shè)計和材料、重整物的流量和成分以及PSA中的壓力。適當?shù)腜SA的設(shè)計和材料在上文中詳細地描述了。典型地，從燃料處理器到PSA單元的吸附床的重整物流處于約150slpm至約370slpm，其中標準單位表示在1大氣壓，25。C的條件下。重整物的成分可能會變化，但是將典型地包括CO<l%，CH4<2%，C02>15%，和H2>40%。PSA單元中的壓力應(yīng)當介于約70psig至約350psig之間，優(yōu)選地小于約200psig。此外，在PSA單元從重整物中去除雜質(zhì)的過程中，PSA中的壓力優(yōu)選地是固定的或穩(wěn)定的。當所述PSA單元被適當?shù)卣{(diào)節(jié)時，具有至少約99.90%的氫氣體積濃度的富氫重整物能夠以約40slpm至約120slpm的流量凈皮生產(chǎn)。所述富氫重整物或貧氫重整物可被檢測，以產(chǎn)生檢測產(chǎn)品數(shù)據(jù)。所述富氫重整物或貧氫重整物在靠近提純單元的下游被檢測，從而可指示富氫重整物的成分變化的檢測數(shù)據(jù)可被檢測到并且可快速地采取補償操作。所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)可包括溫度、壓力、密度、流量和/或成分數(shù)據(jù)。所述吸附周期可響應(yīng)所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)。在所述提純單元包括變壓吸附單元，所述變壓吸附單元包括多個吸附床、閥組下，所述吸附周期可通過調(diào)節(jié)變速電動機的轉(zhuǎn)速來進行調(diào)節(jié)。用于生產(chǎn)具有所需的純度和流量的氫產(chǎn)品的電動機的轉(zhuǎn)速是特殊設(shè)計的。在QuestairH3200系列型號的PSA中，所述變速電動才幾的轉(zhuǎn)速優(yōu)選地凈皮選擇和調(diào)節(jié)在約3至約llrpm的范圍內(nèi)，以實現(xiàn)上述的成分和流量。提純單元的處理模塊或查找表中的相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)可用于調(diào)節(jié)吸附周期，并且從而調(diào)節(jié)提純單元的操作。例如，當富氫重整物中的氫濃度被檢測或確定為正在降低時，變速電動機的轉(zhuǎn)速可被增加，以提高重整物流從一個床引導向另一個床的頻率。通過采用這種方法增加所述頻率，重整物流流過一個或多個吸附床的吸附周期被縮短。在可選擇的但優(yōu)選的實施例中，所述吸附周期的調(diào)節(jié)獨立于壓縮機的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的方法可選擇性地包括響應(yīng)檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)至少部分地控制從提純單元出來的富氬重整物流。從提純單元出來的富氬重整物流可由具有可變開度的產(chǎn)品閥進行控制。如上所述，該閥可通過接收直接來自產(chǎn)品傳感器或直接來自可選擇的控制器的檢測到的產(chǎn)品信號進行控制。本發(fā)明的方法可選擇地包括儲存在儲存箱中的富氫重整物和檢測儲存罐上游的、提純單元和儲存罐之間的富氫重整物。當所述富氫重整物被儲存在需要該重整物處于增加壓力的儲存單元中時，來自提純單元的富氫重整物流可在不同于上述壓縮單元的第二壓縮單元中被壓縮。附圖的詳細說明如圖1所示，設(shè)備100包括具有供料管路102的燃料處理器110。燃料處理器的特性將控制供料的數(shù)量和特性。例如，當燃料處理器110包括重整器時，供料管路將根據(jù)需要執(zhí)行的燃料處理反應(yīng)的特性而包括用于輸送反應(yīng)物例如燃料、氧化劑和可選擇的水或蒸汽的導管。無論燃料處理器110的特性如何，供料可被轉(zhuǎn)化為包括氫氣和一種或多種雜質(zhì)的重整物。無論是在瞬態(tài)操作還是穩(wěn)態(tài)操作狀態(tài)下，由燃料處理器生產(chǎn)的重整物可能在壓力、流量和/或成分上具有波動。重整物流從燃料處理器110通過管路112引導至壓縮單元130。裝置120設(shè)置在壓縮單元和燃料處理器之間用于降低重整物的壓力和/或流量的波動。如圖所示，裝置120是具有足夠容量的緩沖器，其可接收重整物的變化的流量并向壓縮單元提供具有更加均勻的壓力、流量和成分的重整物流。壓縮單元130具有一個或多個壓縮機135，壓縮機135用于接收重整物并產(chǎn)生通過管路132輸送到提純單元140的壓縮后的重整物流。提純單元140使用選擇性吸附的方法從重整物中去除雜質(zhì)，即引導壓縮后的重整物穿過吸附材料床，所述吸附材料優(yōu)先吸附雜質(zhì)并允許富氫重整物從所述床流出。如圖1中所示，提純單元140是具有多個吸附床150和閥組件145的變壓吸附單元。流向所述多個吸附床150中的每一個的材料由閥組件145控制。所述提純單元還包括變速電動機141、用于在閥組件145和吸附床150之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。閥組件145的構(gòu)造和變速電動機141的轉(zhuǎn)速決定了吸附床的工作階段和所述床經(jīng)歷吸附和再生循環(huán)的流量。在這樣一個循環(huán)過程中，吸附床可接收重整物流和吹掃氣體流、可被減壓、排空、加熱、冷卻和/或再加壓以及其它可能的操作。應(yīng)當指出，增壓、吹掃氣體以及類似物的來源和接收器以及有關(guān)閥組件145的細節(jié)沒有在圖1中示出，以使本發(fā)明變得更清楚。在操作過程中，壓縮的重整物被導入提純單元，并流經(jīng)一個或多個吸附床150經(jīng)歷一段吸附周期。吸附周期的長度可由閥組件145的構(gòu)造和電動機141的轉(zhuǎn)速決定。在吸附周期內(nèi)，重整物流中的雜質(zhì)在吸附床中被去除，以生產(chǎn)富氫重整物流，其通過管路142被導出所述提純單元。如此處所述，富氫重整物的純度可取決于多種因素，這些因素包括吸附材料的類型、床的結(jié)構(gòu)和幾何形狀、重整物的成分和流量、以及壓力和溫度狀況。對于給定的床和吸附材料，吸附周期的長度將對富氫重整物的純度有直接影響并且可被調(diào)節(jié)，以控制富氫重整物的成分或補償燃料處理器110產(chǎn)生的重整物在壓力和/或流量的波動。產(chǎn)品傳感器160設(shè)置在提純單元140的下游，用于檢測流經(jīng)管路"2的富氫重整物并產(chǎn)生檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。該檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)可包括與富氫重整物有關(guān)的成分信息。如虛線A所示，檢測到的數(shù)據(jù)被傳送或輸送到變速電動機141，其至少部分地響應(yīng)所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行操作。通過響應(yīng)感測到的富氫重整物的成分的改變來調(diào)節(jié)電動機141的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)吸附周期，以補償重整物成分、流量、壓力和其它可負面地影響富氫重整物純度的因素的變化。此外，這種檢測出的數(shù)據(jù)可用于將不合格的富氫重整物在被輸送到儲存設(shè)備或終端用戶之前轉(zhuǎn)移出管路142。當所述吸附床150的一個或多個被再生時，將產(chǎn)生貧氳重整物。如圖1所示，貧氫重整物通過管路143引導出提純單元。管路143設(shè)置有產(chǎn)品傳感器161，用于檢測流過該管路143的貧氫重整物。如虛線A，所示，檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)被傳送或連通到變速電動機141，該電動機至少部分地響應(yīng)所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)而被操作。圖2描繪了本發(fā)明的實施例200，其中所述設(shè)備包括具有氧化劑213和重整器211的燃料處理器210。供料管路202輸送燃料、氧化劑和水，以便在燃料處理器210中重整。燃料處理器210中生產(chǎn)的重整物通過管路212引導至緩沖器220，并且接下來通過管路222引導至壓縮單元230。在被引導進入提純單元240之前，重整物流在壓縮單元中被壓縮機235壓縮。提純單元240與圖1中描述的提純單元類似，具有多個吸附床250、閥組件245和用于在吸附床和閥組件之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的變速電動機241。產(chǎn)品傳感器260設(shè)置在提純單元的下游，用于檢測通過管路242從提純單元中流出的富氫重整物。產(chǎn)品傳感器261設(shè)置在提純單元的下游，用于檢測通過管路243從提純單元中流出的貧氫重整物。檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)從產(chǎn)品傳感器260和261傳輸?shù)娇刂破?70,如虛線B和B，所示。至少部分地基于所檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，控制器確定是否變速電動機241的轉(zhuǎn)速需要調(diào)節(jié)。當需要調(diào)節(jié)時，控制器270確定所述調(diào)節(jié)并向電動機241傳送適當?shù)闹噶?，如虛線C所示。圖3中描繪的實施例300具有燃料處理器310、壓縮單元330、提純單元340、儲存罐380和控制器370。如圖所示，供料管路302輸送燃料、氧化劑和水，以便在燃料處理單元310中重整。燃料處理器310包括氧化劑313，其中燃料和氧化劑被預熱，水被轉(zhuǎn)化為蒸汽。燃料處理器還包括重整反應(yīng)器311，其中預熱后的反應(yīng)物被轉(zhuǎn)化為包括氬和一種或多種雜質(zhì)的重整物。如本文所述，來自燃料處理器310的重整物流可能在成分、壓力和/或流量上具有變化或波動。為了降低這種波動，提供了具有入口321和可變開度的閥323的導管320，用于引導受控制的壓縮后的重整物流至管路312。傳感器325設(shè)置在壓縮單元330的上游，用于檢測管路312中的重整物的壓力和/或流量。來自傳感器325的檢測到的壓力和/或流量數(shù)據(jù)可被直接傳送到可變開度的閥323,如虛線G所示，用于控制岡323的位置。在一種可替換的結(jié)構(gòu)中，由傳感器325產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可被傳送到控制器370，用于操作閥323，如虛線F和E所示。被壓縮的重整物流通過管道320輸送到管路312,用于減弱輸送到壓縮單元的重整物的壓力和/或流量的波動，并且防止在管路312中形成的可能會抽吸大氣氣體并使之與重整物混合的真空。燃料處理器310中生產(chǎn)的重整物通過管路312引導至壓縮單元320。壓縮單元接收該重整物并產(chǎn)生壓縮重整物流，該壓縮重整物流通過管路322被引導至提純單元340。提純單元340具有多個吸附床350、閥組件345和用于在吸附床和閥組件之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的變速電動機341。提純單元340的操作與圖1和圖2中描繪的提純單元的操作類似。產(chǎn)品傳感器360設(shè)置在提純單元的下游，用于檢測通過管路342從提純單元中流出的富氫重整物。產(chǎn)品傳感器361設(shè)置在提純單元的下游，用于檢測通過管路343從提純單元中流出的貧氫重整物。檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)如虛線B和B，所示分別從產(chǎn)品傳感器360和361傳輸?shù)娇刂破?70。至少部分地基于該檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，控制器確定是否變速電動機341的轉(zhuǎn)速需要調(diào)節(jié)。當需要調(diào)節(jié)時，控制器370確定所述調(diào)節(jié)并向電動機341傳送適當?shù)闹噶?，如虛線C所示。產(chǎn)品閥365是一個可變開度的閥，設(shè)置在管路342中，用于控制從提純單元流出的富氫重整物流。如圖所示，產(chǎn)品閥365基于來自控制器370的指令來控制，如虛線D所示?？苫诋a(chǎn)品傳感器360產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和/或傳感器325產(chǎn)生的數(shù)據(jù)產(chǎn)生來自控制器370的指令?？刂破?70還可基于來自產(chǎn)品傳感器360的產(chǎn)品數(shù)據(jù)指示產(chǎn)品閥365將不合格的富氫重整物轉(zhuǎn)移至管路367。儲存罐380位于提純單元和產(chǎn)品傳感器360的下游，用于至少臨時地在分配或進一步處理之前接收和儲存所述富氫重整物。圖4是描繪了燃料處理操作中的各種工藝步驟的方框圖。圖4中描繪的步驟已在上文中詳細的描述，此處不再重復。圖5是示出了用于從包含氫和雜質(zhì)的重整物流中生產(chǎn)富氫重整物的方法步驟的方框圖。該方法的步驟已在上文中描述，并且此處不再重復。上文公開的特定實施例僅僅是示意性的，顯然，通過本文的教導，對于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以被修改并以不同但等效的方式加以實施。此外，本發(fā)明不是要限制在本文中所給出的結(jié)構(gòu)或設(shè)計的細節(jié)上，而是限定在下文的權(quán)利要求書中。因此很顯然地，上文公開的特定實施例可以被更改或修改，并且應(yīng)當認為所有這些變化都在本發(fā)明的范圍和精神范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍由下述權(quán)利要求確定。權(quán)利要求1.一種用于生產(chǎn)富氫重整物的設(shè)備，包括燃料處理器，其用于生產(chǎn)包括氫氣和雜質(zhì)的重整物，所述重整物在壓力和/或流量上具有波動；用于降低所述壓力和/或流量上的波動的裝置；提純單元，其能夠從所述重整物中移除雜質(zhì)以生產(chǎn)富氫重整物，該提純單元具有多個吸附床和一個閥組件，該閥組件能夠選擇性地控制輸送至所述多個吸附床中的一個或多個床的重整物的流量；和設(shè)置在提純單元下游的產(chǎn)品傳感器，其能夠檢測富氫重整物和/或貧氫重整物，以產(chǎn)生檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)；其中，所述閥組件響應(yīng)所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來控制重整物的流量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述燃料處理器包括氧化劑和重整器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所迷多個吸附床的每一個床都包括從重整物流中選擇性地吸附雜質(zhì)的吸附材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述提純單元包括變速電動機，其能夠在所述閥組件和所述多個吸附床之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括溫度、壓力、密度、流量和/或成分數(shù)據(jù)中的一個或幾個。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括能夠響應(yīng)檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來操作所述閥組件的控制器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，還包括設(shè)置在產(chǎn)品傳感器下游的產(chǎn)品閥，所述控制器能夠響應(yīng)檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來操作該產(chǎn)品閥。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括壓縮單元，該壓縮單元能夠接收所述重整物并生產(chǎn)壓縮后的重整物，以便輸送至所述提純單元。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述壓縮單元包括以選定轉(zhuǎn)速操作的壓縮機，所述閥組件獨立于壓縮機的轉(zhuǎn)速來控制所述壓縮后的重整物向所述多個吸附床的流動。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述用于降低壓力和/或流量上的波動的裝置包括導管，該導管具有可變開度的閥，該閥能夠控制通過所述導管進入壓縮單元的入口的壓縮后的重整物流。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，還包括設(shè)置在壓縮單元上游的傳感器，該傳感器能夠檢測重整物的壓力和/或流量，所述可變開度的閥響應(yīng)檢測到的壓力和/或流量進行操作。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，還包括控制器，該控制器能夠響應(yīng)檢測到的壓力和/或流量來操作所述可變開度的閥。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述控制器能夠響應(yīng)檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來操作所述閥組件。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，用于降低壓力和/或流量上的波動的裝置包括設(shè)置在燃料處理器和提純單元之間的緩沖器。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括設(shè)置在產(chǎn)品傳感器下游的儲存罐，其能夠儲存所述富氫重整物。16.—種用于生產(chǎn)富氫重整物的方法，該方法包括如下步驟在燃料處理器中生產(chǎn)包括氫氣和雜質(zhì)的重整物，該重整物在壓力和/或流量上具有波動；降低所述壓力和/或流量上的波動；引導重整物流穿過閥組件至提純單元中的多個吸附床中的一個或幾個床，持續(xù)一個吸附周期，以從所述重整物中去除雜質(zhì)并生產(chǎn)富氫重整物。檢測富氫重整物或貧氫重整物，以產(chǎn)生檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)；和響應(yīng)所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)吸附周期。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在壓縮單元中壓縮所述重整物，以生產(chǎn)壓縮后的重整物。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中通過向壓縮單元的入口提供受控流動的補充流體的方式降低重整物在壓力和/或流量上的波動。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括檢測所述重整物的壓力和/或流量，并且響應(yīng)檢測到的壓力和/或流量來控制所述提供到壓縮單元入口的補充流體的流量。20，根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中降低壓力和/或流量上的波動包括減緩燃料處理器生產(chǎn)的重整物。21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中壓縮單元包括在選定轉(zhuǎn)速工作的壓縮機，所述吸附周期獨立于該壓縮機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中提純單元包括變速電動機，所述變速電動機能夠在閥組件和所述多個吸附床之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)所述變速電動機的轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)所述吸附周期。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述吸附周期的調(diào)節(jié)包括使用查找表，該查找表具有檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與富氫重整物成分、富氫重整物流量、重整物壓力、變速電動機的轉(zhuǎn)速中的一個或多個之間的對應(yīng)關(guān)系。24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中雜質(zhì)是在所述多個吸附床中通過能夠選擇性地吸附所述雜質(zhì)的吸附材料從重整物流中去除的。25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括溫度、壓力、密度、流量和/或成分數(shù)據(jù)。26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括響應(yīng)所述檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來控制從提純單元中流出的富氫重整物的流量。27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在儲存罐中儲存所述富氫重整物，所述富氫重整物在所述儲存罐的上游被檢測。28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括再生所述多個吸附床中的至少一個，以產(chǎn)生貧氫重整物。全文摘要一種用于降低壓力和/或流量上的波動的裝置。重整物包括由提純單元去除的雜質(zhì)，所述提純單元具有多個吸附床。閥組件基于由產(chǎn)品傳感器產(chǎn)生的檢測到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來控制輸送至所述吸附床的重整物的流量。在進入提純單元之前，壓縮單元可選擇地壓縮重整物。用于降低壓力和/或流量上的波動的裝置包括緩沖器和/或?qū)Ч埽鰧Ч苡糜谙驂嚎s單元的入口提供受控制的補充流體。產(chǎn)品閥能夠控制從提純單元流出的富氫重整物的流量?？刂破髂軌蚩刂崎y組件、補充流體的流量和產(chǎn)品閥以及其它設(shè)備部件，以便在提純單元中維持穩(wěn)定的壓力并生產(chǎn)所需的富氫重整物。文檔編號B01D46/46GK101102830SQ200580046988公開日2008年1月9日申請日期2005年12月9日優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日發(fā)明者B·巴拉蘇布拉馬尼安,V·R·米爾克維克,W·S·惠特,孫宏橋申請人:德士古發(fā)展公司