现场制氢站

燃料电池汽车用氢气质量检测

- 痕量气体分析仪 GA-370 -

步骤 1：城市燃气（主要成分为甲烷的天然气）通过管道直接输送至加氢站。

步骤 2： 在脱硫装置中去除天然气中的硫化合物。

步骤 3: 处理后的天然气进入蒸汽甲烷重整装置（SMR），该装置利用高温水蒸气将甲烷转化为氢气和一氧化碳（CH₄+H₂O=CO+3H₂）。高温加速了甲烷与水的反应，以尽可能多地获取氢气。

步骤 4：重整过程中产生的一氧化碳和水蒸气进入一氧化碳变换转化器，生成二氧化碳和更多氢气
(CO+H₂O= H2+CO₂).
该转化器内注满水并填充铁铬基催化剂，促使水蒸气分解为氧和氢。氢气被收集，而氧则与重整反应产生的一氧化碳结合生成二氧化碳。

步骤 5：氢气最终在变压吸附(PSA)装置中提纯，该装置通过高压回收高纯度氢气，同时低压吸附杂质。该单元采用碳分子筛等固体吸附剂床层，从氢气流中分离杂质。

测量变压吸附中 CO 含量的原因

CO 是氢燃料电池中最有害的杂质之一，因其难以去除且会导致催化剂中毒，从而引起燃料电池电压下降。尽管 ISO-14687 氢气质量标准（见表 2：ISO14687-3:2019）要求监测多种极低浓度的杂质成分，但对所有杂质组分进行监测存在极大技术挑战且成本高昂。

作为一种解决方案，存在一种称为"金丝雀杂质管理法"的杂质管理方法（参见表 3：金丝雀杂质管理方法），该方法在 ISO 标准中有明确规定。该方法以在氢气纯化步骤中最难去除且易混入产品的组分作为指标。将氢气中的杂质 CO 确定为金丝雀组分，通过连续红外分析仪持续监测 CO 浓度作为指标来维持氢气质量。CO 之所以是最难去除的组分，是因为其被确认为变压吸附(PSA)中的穿透组分。当变压吸附(PSA)中的吸附剂因劣化达到饱和时，CO 会最先从中逸出。

HORIBA 的痕量气体分析仪 GA-370 用于监测穿透组分 CO，以合理成本确保燃料电池级氢气质量。一氧化碳的检测需在变压吸附出口处进行。