[发明专利]一种氢液化系统

说明书

一种氢液化系统，包括氦压缩机单元、第一一级换热器、第二一级换热器、预冷级透平膨胀机组、二级换热器组件、制冷级透平膨胀机组和氢节流阀；氦压缩机单依次连接第一一级换热器、第二一级换热器和二级换热器组件；预冷级透平膨胀机组的入口和第一一级换热器的高压出口连接，其出口和第二一级换热器的低压入口连接；制冷级透平膨胀机组的入口和二级换热器组件的高压出口连接，其出口和二级换热器组件的低压入口连接；第一一级换热器、第二一级换热器和二级换热器组件沿氢传输方向设置；上述氢液化系统，采用惰性气体氦气作为循环工质，相较于氢气作为工质的系统，不需要使用氢气作为冷却工质，进行液化的原料氢气进入系统压力较低，安全性较高。

技术领域

本发明涉及氢液化技术领域，尤其涉及一种氢液化系统。

背景技术

氢能源作为一种二次能源，其具有很多优点，例如热值高、利用无污染等。目前气体运输的高昂成本和较小的输送能力，是氢储能的一大瓶颈。氢能的有效利用必须要首先解决制取、储运和应用等一系列问题，而储运则是氢能应用的重要关键，也是目前氢气用户端价格高的主要原因。国内外除欧洲建有少量氢气长途输运管道外，各国氢储运主要还是依靠压缩氢气和液氢储运两种方式。而采用液氢储运，相比其他几种方式拥有以下几点优势：(1)液氢储运成本更低；(2)液氢储运运量更大；(3)液氢储运纯度更高；(4)液氢加压充装具有更高的效率和更低的成本。

氢液化器是液氢生产的主要装置，用于将常温氢气制冷液化为液体，并进行正仲氢转化，是航空航天、氢能储运等高技术产业的核心技术设备。我国曾自主研发过采用压缩节流的林德-汉普逊循环的氢液化器，但此种液化器采用氢本身作为工质，且运行压力高，安全性较差。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种安全性较好的氢液化系统。

一种氢液化系统，包括氦压缩机单元、一级换热器组件、预冷级透平膨胀机组、二级换热器组件、制冷级透平膨胀机组和氢节流阀，其中，所述一级换热器组件包括第一一级换热器和第二一级换热器；

所述氦压缩机单元的高压出口和所述第一一级换热器的高压入口连接，所述第一一级换热器的高压出口和第二一级换热器的高压入口连接，所述第二一级换热器的高压出口和所述二级换热器组件的高压入口连接；

所述预冷级透平膨胀机组的入口和所述第一一级换热器的高压出口连接，所述预冷级透平膨胀机组的出口和所述第二一级换热器的低压入口连接；

所述制冷级透平膨胀机组的入口和所述二级换热器组件的高压出口连接，所述制冷级透平膨胀机组的出口和所述二级换热器组件的低压入口连接；

所述第一一级换热器设有氢气入口，所述第一一级换热器、所述第二一级换热器和所述二级换热器组件沿氢传输方向设置，所述二级换热器组件设有液氢出口，所述第二一级换热器和所述二级换热器组件均填充有正仲氢催化剂；

所述氢节流阀设于所述二级换热器组件沿氢传输方向的最末端一个二级换热器的入口或出口。

在一个实施例中，所述氦压缩机单元包括氦压缩机组件和设于所述氦压缩机组件和所述第一一级换热器之间的油分离组件。

在一个实施例中，所述油分离组件包括依次设置的多级凝聚式过滤器、一级活性炭吸附筒和一级除尘过滤器。

在一个实施例中，所述氦压缩机单元还包括氦气缓冲罐、加载控制阀、卸载控制阀和旁通调节阀，所述加载控制阀和所述卸载控制阀串联连接，所述加载控制阀和所述油分离组件连接，所述卸载控制阀和所述氦压缩机组件连接，所述旁通调节阀的一端和所述加载控制阀和所述油分离组件之间的连接管路连接，所述旁通调节阀的另一端和所述卸载控制阀和所述氦压缩机组件之间的连接管路连接，所述氦气缓冲罐与所述加载控制阀和所述卸载控制阀之间的连接管路连接。

在一个实施例中，所述预冷级透平膨胀机组为单级透平、多级透平串联或多级透平并联的结构。