[发明专利]一种采用混合制冷氢气液化设备及其使用方法

说明书

本发明专利设计了一种采用混合制冷氢气液化设备，以实现降低能耗的目的，方法包含：常压预冷冷箱Ⅱ，真空深冷冷箱Ⅲ，氢制冷循环压缩机组，氮循环制冷机组，混合冷剂循环制冷机组，预冷段采用混合制冷剂工艺和氮循环制冷工艺作为主要得冷量来源，制冷剂制冷循环为303K至113K温区主要冷量来源，液氮制冷循环为130K至80K温区主要冷量来源，氢制冷循环为80K至20K温区提供冷量，通过引射器回收大部分存储部分产生的BOG。板翅式换热器中装填正‑仲氢转化催化剂实现液化氢的仲氢含量≥98%。本氢液化工艺能耗低，预冷冷箱和深冷冷箱采用不同形式的设计方案，节省了设备造价和制造成本。

技术领域

本发明涉及气体低温液化领域，主要是一种采用混合制冷氢气液化设备及其使用方法。

背景技术

液氢作为重要得清洁能源，主要的市场需求是航空航天和新能源汽车行业。航空航天对液氢的利用日渐成熟，其需求增长较为稳定。液氢作为大规模氢气运输的主要手段日益重要，制约液氢发展的是生产液氢的能耗很高。现有的氢液化设备的能耗预冷段能耗4.86kw/kg_LH2，深冷段能耗8.65 kw/kg_LH2，整体能耗在13.5 kw/kg_LH2。通过流程的优化降低氢液化过程的能耗势在必行。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种采用混合制冷氢气液化设备，大幅降低氢液化过程能耗。本发明能使预冷段的能耗降低到3.2kw/kg_LH2，深冷段能耗降低到6.78kw/kg_LH2，整体能耗10kw/kg_LH2，大幅低于常规氢液化装置。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：一种采用混合制冷氢气液化设备，所述设备包括冷剂压缩单元，预冷冷箱单元，深冷冷箱单元三部分，相互之间通过管道进行连接，其中冷剂压缩单元内设有脱水分子筛吸附器、氢气压缩机组、氮气压缩机组、混合冷剂压缩机组，预冷冷箱单元内设有一级预冷换热器、二级预冷换热器、低温分子筛吸附器，深冷冷箱单元内设有深冷换热器、引射器、过冷换热器、气液分离器、一级氢气膨胀机、二级氢气膨胀机。

作为优选：所述冷剂压缩单元中的脱水分子筛吸附器通过第二管道，第三管道，第四管道依次与预冷冷箱中的一级预冷换热器和二级预冷换热器的原料氢气通道、低温分子筛吸附器连接，再通过第五管道，第六管道，第七管道依次与深冷冷箱中的深冷换热器的原料氢气通道、引射器、过冷换热器的原料氢气通道连接，形成原料氢气到液氢整个过程的流通通道。

作为优选：所述冷剂压缩单元中的氢气压缩机组出口通过第十一管道，第十二管道，第十三管道依次与预冷冷箱中的一级氢气膨胀机和二级氢气膨胀机的增压端、一级预冷换热器和二级预冷换热器的高压循环氢气通道连接，再通过第十四管道与深冷冷箱中的深冷换热器的高压循环氢气通道连接，通过三个分支管道中的第十五管道，第十七管道，第十九管道分别与一级氢气膨胀机、二级氢气膨胀机、节流阀连接，节流阀通过第二十管道，第二十一管道，第二十二管道依次与气液分离器、过冷换热器的低压循环氢气通道连接；气液分离器通过第二十三管道，第二十四管道，第二十五管道，第二十六管道依次与深冷换热器的第一低压循环氢气通道、二级预冷换热器和一级预冷换热器的第一低压循环氢气通道、氢气压缩机低压段连接，一级氢气膨胀机、二级氢气膨胀机分别通过第十六管道，第十八管道都与深冷换热器的第二低压循环氢气通道连接，再经第二十七管道，第二十八管道，第二十九管道与二级预冷换热器和一级预冷换热器的第二低压循环氢气通道、氢气压缩机组高压段连接，构成氢制冷循环通道。

作为优选：所述氮气压缩机组出口通过第三十管道，第三十一管道依次与预冷冷箱中一级预冷换热器的高压氮气通道、节流阀连接，再通过第三十二管道，第三十三管道，第三十四管道依次与二级预冷换热器、一级预冷换热器、氮气压缩机入口连接，构成氮制冷循环通道，所述混合冷剂压缩机组出口通过第三十五管道，第三十六管道依次与预冷冷箱中一级预冷换热器的高压冷剂通道、节流阀连接，再通过第三十七管道，第三十八管道依次与一级预冷换热器、混合冷剂压缩机入口连接，构成混合冷剂制冷循环通道。