氢气液化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氢气液化装置，包括：第一压缩机组、净化装置、第一冷箱、第二冷箱、节流膨胀阀、液氢储罐、液氮预冷装置、第二压缩机组和第三压缩机组，液氮预冷装置为第一冷箱提供冷量。该氢气液化装置能对液氢储罐中气化的低温气态氢进行回收利用，既能避免直接释放低温气态氢带来的安全隐患及能源浪费，还能为氢气液化提供冷量，降低氢气液化所需能耗，降低成本；此外该氢气液化装置可以制得液氢中的仲氢浓度不低于98%的高纯度液氢，有效降低了液氢中自会自发发生正仲转化的正氢浓度，液氢蒸发损失小，氢气液化装置中各气体及液体通道、管道不易出现堵塞现象，降低安全隐患。

Hydrogen liquefaction plant

The invention discloses a hydrogen liquefaction device, which comprises a first compressor set, a purification device, a first cold box, a second cold box, a throttle expansion valve, a liquid hydrogen storage tank, a liquid Nitrogen Precooling device, a second compressor set and a third compressor set, and a liquid nitrogen precooling device which provides cooling capacity for the first cold box. The hydrogen liquefaction unit can recover and utilize low-temperature gaseous hydrogen gasified in liquid hydrogen storage tank, not only avoid potential safety hazards and energy waste caused by directly releasing low-temperature gaseous hydrogen, but also provide cooling capacity for hydrogen liquefaction, reduce energy consumption required for hydrogen liquefaction and reduce costs; in addition, the hydrogen liquefaction unit can produce liquid hydrogen. The concentration of secondary hydrogen is not less than 98% of high purity liquid hydrogen, which effectively reduces the concentration of normal hydrogen which spontaneously occurs in liquid hydrogen. The evaporation loss of liquid hydrogen is small, and the blockage of gas and liquid passage and pipeline in hydrogen liquefaction unit is not easy to occur, thus reducing the hidden danger of safety.

【技术实现步骤摘要】
氢气液化装置
本专利技术涉及氢气液化技术，尤其涉及一种氢气液化装置。
技术介绍
随着工业的发展和人们物质生活水平的提高，能源的需求也与日俱增。由于煤炭、石油等化石能源在使用时不可避免地会污染环境，再加上其储量有限，人类面临着开发高效、洁净的二次能源的艰巨挑战，因而寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢作为可从多种途径获取的理想能源载体，是化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁之一，将为终端能源利用提供新的重要形式。氢能利用需要解决制取、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。当前氢能利用一般是“就地生产，就地消费”，这主要归因于氢储运困难。目前，氢储存方式主要有两种方式：高压气态储存和低温液态储存，高压气态储存是最普遍和最直接的储氢方式，氢气经过加压存储于储罐中，但是该种储氢方式的氢储存量小，且需要厚重的耐压储罐，运输成本非常高。而低温液态储存技术目前还不成熟，过去半个世纪以来，许多研究者围绕着提高氢的液化效率和降低液化费用开展了大量的理论和实验研究。然而，面向大规模的工业需求，目前氢气液化装置普遍存在液化效率低、投资大等问题。
技术实现思路
液氢是由氢气经过降温而得到的液体，是一种无色、无味的高能低温液体燃料，是仲氢（p-H2）和正氢（o-H2）的混合物。正氢和仲氢是分子氢的两种自旋异构体，这种异构现象是由于两个氢原子的核自旋有两种可能的偶合而引起的。正氢中两个核的自旋是平行的，仲氢中两个核的自旋则是反平行的。仲氢分子的磁矩为零，正氢分子的磁矩为质子磁矩的两倍。仲氢与正氢的化学性质完全相同，而物理性质有所差异，表现为仲氢的基态能量比正氢低。在室温或高于室温时，正、仲氢的平衡组成为75:25，称为标准氢（n-H2）或正常氢。低于常温时，正仲氢的平衡组成将发生变化，仲氢所占的百分比增加。气态氢的正仲态转化在存在催化剂的情况下才能发生，而液态氢则在没有催化剂的情况下自会自发地发生正仲转化，由正氢转化为仲氢。液氢的正仲转化是一放热反应，转化过程中放出的热量和转化时的温度有关。为减少正仲氢转化放热造成的液氢蒸发损失，所有液氢产品中要求仲氢含量至少在95%以上，即要求液化时将正氢基本上都催化转化为仲氢。本专利技术所需解决的技术问题是：提供一种能对液氢储罐中气化的低温气态氢回收利用、能耗低、安全可靠的氢气液化装置，采用该氢气液化装置制得的液氢中的仲氢浓度不低于98%。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：所述的氢气液化装置包括：第一压缩机组、净化装置、第一冷箱、第二冷箱、节流膨胀阀、液氢储罐、液氮预冷装置、第二压缩机组和第三压缩机组，液氮预冷装置为第一冷箱提供冷量。所述的第一冷箱包括：热交换器A和第一反应器；在热交换器A中设置有氢气通道A、第一液氮通道、循环氢气通道A、第一循环氢气返回通道A、第二循环氢气返回通道A，所述的氢气通道A、第一液氮通道、循环氢气通道A、第一循环氢气返回通道A和第二循环氢气返回通道A相互独立；在第一反应器中设置有第二液氮通道、第一氢气通道、第一正仲转化通道、第一液氢通道、第一循环氢气通道，所述的第二液氮通道、第一氢气通道、第一正仲转化通道、第一液氢通道和第一循环氢气通道相互独立。所述的第二冷箱包括：热交换器B、热交换器C、热交换器D、热交换器E、热交换器F、第二反应器、第二透平膨胀机组和第三透平膨胀机组；在热交换器B中设置有液氢通道B、循环氢气通道B、第一循环氢气返回通道B和第二循环氢气返回通道B，所述的液氢通道B、循环氢气通道B、第一循环氢气返回通道B和第二循环氢气返回通道B相互独立；在热交换器C中设置有液氢通道C、循环氢气通道C、第一循环氢气返回通道C和第二循环氢气返回通道C，所述的液氢通道C、循环氢气通道C、第一循环氢气返回通道C和第二循环氢气返回通道C相互独立；在热交换器D中设置有液氢通道D、循环氢气通道D、第一循环氢气返回通道D、第二循环氢气返回通道D和氢气膨胀通道，所述的液氢通道D、循环氢气通道D、第一循环氢气返回通道D、第二循环氢气返回通道D和氢气膨胀通道相互独立；在热交换器E中设置有液氢通道E、循环氢气通道E、第一循环氢气返回通道E和第二循环氢气返回通道E，所述的液氢通道E、循环氢气通道E、第一循环氢气返回通道E和第二循环氢气返回通道E相互独立；在热交换器F中设置有液氢通道F、循环氢气通道F和第一循环氢气返回通道F，所述的液氢通道F、循环氢气通道F和第一循环氢气返回通道F相互独立；在第二反应器中设置有第二液氢通道、第二正仲转化通道、第三液氢通道和第一循环氢气返回通道G，所述的第二液氢通道、第二正仲转化通道、第三液氢通道和第一循环氢气返回通道G相互独立。原料氢气通过氢气输送管道依次与第一压缩机组、净化装置、热交换器A中的氢气通道A、第一反应器中的第一氢气管道的进气口相连接，第一氢气管道的出气口通过第一连接管道与第一正仲转化通道的进气口相连接，第一正仲转通道的出气口通过第二连接管道与第一液氢通道的进气口相连接，第一液氢通道的出气口依次通过液氢输送管道与热交换器B中的液氢通道B、热交换器C中的液氢通道C、热交换器D中的液氢通道D、热交换器E中的液氢通道E、热交换器F中的液氢通道F、节流膨胀阀、第二反应器中的第二液氢通道的进气口相连接，第二液氢通道的出气口通过第三连接管道与第二正仲转化通道的进气口相连接，第二正仲转化通道的出气口通过第四连接管道与第三液氢通道的进气口相连接，第三液氢通道的出气口通过第五连接管道与液氢储罐相连接。在液氢储罐的蒸发气体出口设置有第一分支管道和第二分支管道，第一分支管道与节流膨胀阀相连接；第二分支管道与第二压缩机组相连接，第二压缩机组通过循环管道依次与热交换器A中的循环氢气通道A、第一反应器中的第一循环氢气通道、第三压缩机组、热交换器B中的循环氢气通道B的进气口相连接；在循环氢气通道B的出气口设置有第三分支管道和第四分支管道：第三分支管道与热交换器C中的循环氢气通道C相连接，热交换器C中的循环氢气通道C通过第一循环管道依次与热交换器D中的循环氢气通道D、热交换器E中的循环氢气通道E、热交换器F中的循环氢气通道F与第二反应器中的第一循环氢气返回通道G的进气口相连接，第一循环氢气返回通道G的出气口通过第一循环氢气返回管道依次与热交换器F的第一循环氢气返回通道F、热交换器E的第一循环氢气返回通道E、热交换器D的第一循环氢气返回通道D、热交换器C中的第一循环氢气返回通道C、热交换器B中的第一循环氢气返回通道B、热交换器A中的第一循环氢气返回通道A后与第二分支管道汇合连接，而后与第二压缩机组相连接。第四分支管道与第二透平膨胀机组相连接，第二透平膨胀机组通过第二循环管道依次与热交换器D中的氢气膨胀通道、第三透平膨胀机组与热交换器E中的第二循环氢气返回通道E的进气口相连接，第二循环氢气返回通道E的出气口通过第二循环氢气返回管道依次与热交换器D中的第二循环氢气返回通道D、热交换器C中的第二循环氢气返回通道C、热交换器B中的第二循环氢气返回通道B、热交换器A中的第二循环氢气返回通道A后与第二分支管道汇合连接，而后与第二压缩机组相连接。进一步地，前述的氢气液化装置，其中，所述的第一压缩机组由第一低压压缩机和第一高压压缩机构成，原料氢气通过氢气输送管道依次与第一低压压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氢气液化装置，其特征在于：包括：第一压缩机组、净化装置、第一冷箱、第二冷箱、节流膨胀阀、液氢储罐、液氮预冷装置、第二压缩机组和第三压缩机组，液氮预冷装置为第一冷箱提供冷量；所述的第一冷箱包括：热交换器A和第一反应器；在热交换器A中设置有氢气通道A、第一液氮通道、循环氢气通道A、第一循环氢气返回通道A、第二循环氢气返回通道A，所述的氢气通道A、第一液氮通道、循环氢气通道A、第一循环氢气返回通道A和第二循环氢气返回通道A相互独立；在第一反应器中设置有第二液氮通道、第一氢气通道、第一正仲转化通道、第一液氢通道、第一循环氢气通道，所述的第二液氮通道、第一氢气通道、第一正仲转化通道、第一液氢通道和第一循环氢气通道相互独立；所述的第二冷箱包括：热交换器B、热交换器C、热交换器D、热交换器E、热交换器F、第二反应器、第二透平膨胀机组和第三透平膨胀机组；在热交换器B中设置有液氢通道B、循环氢气通道B、第一循环氢气返回通道B和第二循环氢气返回通道B，所述的液氢通道B、循环氢气通道B、第一循环氢气返回通道B和第二循环氢气返回通道B相互独立；在热交换器C中设置有液氢通道C、循环氢气通道C、第一循环氢气返回通道C和第二循环氢气返回通道C，所述的液氢通道C、循环氢气通道C、第一循环氢气返回通道C和第二循环氢气返回通道C相互独立；在热交换器D中设置有液氢通道D、循环氢气通道D、第一循环氢气返回通道D、第二循环氢气返回通道D和氢气膨胀通道，所述的液氢通道D、循环氢气通道D、第一循环氢气返回通道D、第二循环氢气返回通道D和氢气膨胀通道相互独立；在热交换器E中设置有液氢通道E、循环氢气通道E、第一循环氢气返回通道E和第二循环氢气返回通道E，所述的液氢通道E、循环氢气通道E、第一循环氢气返回通道E和第二循环氢气返回通道E相互独立；在热交换器F中设置有液氢通道F、循环氢气通道F和第一循环氢气返回通道F，所述的液氢通道F、循环氢气通道F和第一循环氢气返回通道F相互独立；在第二反应器中设置有第二液氢通道、第二正仲转化通道、第三液氢通道和第一循环氢气返回通道G，所述的第二液氢通道、第二正仲转化通道、第三液氢通道和第一循环氢气返回通道G相互独立；原料氢气通过氢气输送管道依次与第一压缩机组、净化装置、热交换器A中的氢气通道A、第一反应器中的第一氢气管道的进气口相连接，第一氢气管道的出气口通过第一连接管道与第一正仲转化通道的进气口相连接，第一正仲转通道的出气口通过第二连接管道与第一液氢通道的进气口相连接，第一液氢通道的出气口依次通过液氢输送管道与热交换器B中的液氢通道B、热交换器C中的液氢通道C、热交换器D中的液氢通道D、热交换器E中的液氢通道E、热交换器F中的液氢通道F、节流膨胀阀、第二反应器中的第二液氢通道的进气口相连接，第二液氢通道的出气口通过第三连接管道与第二正仲转化通道的进气口相连接，第二正仲转化通道的出气口通过第四连接管道与第三液氢通道的进气口相连接，第三液氢通道的出气口通过第五连接管道与液氢储罐相连接；在液氢储罐的蒸发气体出口设置有第一分支管道和第二分支管道，第一分支管道与节流膨胀阀相连接；第二分支管道与第二压缩机组相连接，第二压缩机组通过循环管道依次与热交换器A中的循环氢气通道A、第一反应器中的第一循环氢气通道、第三压缩机组、热交换器B中的循环氢气通道B的进气口相连接；在循环氢气通道B的出气口设置有第三分支管道和第四分支管道：第三分支管道与热交换器C中的循环氢气通道C相连接，热交换器C中的循环氢气通道C通过第一循环管道依次与热交换器D中的循环氢气通道D、热交换器E中的循环氢气通道E、热交换器F中的循环氢气通道F与第二反应器中的第一循环氢气返回通道G的进气口相连接，第一循环氢气返回通道G的出气口通过第一循环氢气返回管道依次与热交换器F的第一循环氢气返回通道F、热交换器E的第一循环氢气返回通道E、热交换器D的第一循环氢气返回通道D、热交换器C中的第一循环氢气返回通道C、热交换器B中的第一循环氢气返回通道B、热交换器A中的第一循环氢气返回通道A后与第二分支管道汇合连接，而后与第二压缩机组相连接；第四分支管道与第二透平膨胀机组相连接，第二透平膨胀机组通过第二循环管道依次与热交换器D中的氢气膨胀通道、第三透平膨胀机组与热交换器E中的第二循环氢气返回通道E的进气口相连接，第二循环氢气返回通道E的出气口通过第二循环氢气返回管道依次与热交换器D中的第二循环氢气返回通道D、热交换器C中的第二循环氢气返回通道C、热交换器B中的第二循环氢气返回通道B、热交换器A中的第二循环氢气返回通道A后与第二分支管道汇合连接，而后与第二压缩机组相连接。...

【技术特征摘要】
1.氢气液化装置，其特征在于：包括：第一压缩机组、净化装置、第一冷箱、第二冷箱、节流膨胀阀、液氢储罐、液氮预冷装置、第二压缩机组和第三压缩机组，液氮预冷装置为第一冷箱提供冷量；所述的第一冷箱包括：热交换器A和第一反应器；在热交换器A中设置有氢气通道A、第一液氮通道、循环氢气通道A、第一循环氢气返回通道A、第二循环氢气返回通道A，所述的氢气通道A、第一液氮通道、循环氢气通道A、第一循环氢气返回通道A和第二循环氢气返回通道A相互独立；在第一反应器中设置有第二液氮通道、第一氢气通道、第一正仲转化通道、第一液氢通道、第一循环氢气通道，所述的第二液氮通道、第一氢气通道、第一正仲转化通道、第一液氢通道和第一循环氢气通道相互独立；所述的第二冷箱包括：热交换器B、热交换器C、热交换器D、热交换器E、热交换器F、第二反应器、第二透平膨胀机组和第三透平膨胀机组；在热交换器B中设置有液氢通道B、循环氢气通道B、第一循环氢气返回通道B和第二循环氢气返回通道B，所述的液氢通道B、循环氢气通道B、第一循环氢气返回通道B和第二循环氢气返回通道B相互独立；在热交换器C中设置有液氢通道C、循环氢气通道C、第一循环氢气返回通道C和第二循环氢气返回通道C，所述的液氢通道C、循环氢气通道C、第一循环氢气返回通道C和第二循环氢气返回通道C相互独立；在热交换器D中设置有液氢通道D、循环氢气通道D、第一循环氢气返回通道D、第二循环氢气返回通道D和氢气膨胀通道，所述的液氢通道D、循环氢气通道D、第一循环氢气返回通道D、第二循环氢气返回通道D和氢气膨胀通道相互独立；在热交换器E中设置有液氢通道E、循环氢气通道E、第一循环氢气返回通道E和第二循环氢气返回通道E，所述的液氢通道E、循环氢气通道E、第一循环氢气返回通道E和第二循环氢气返回通道E相互独立；在热交换器F中设置有液氢通道F、循环氢气通道F和第一循环氢气返回通道F，所述的液氢通道F、循环氢气通道F和第一循环氢气返回通道F相互独立；在第二反应器中设置有第二液氢通道、第二正仲转化通道、第三液氢通道和第一循环氢气返回通道G，所述的第二液氢通道、第二正仲转化通道、第三液氢通道和第一循环氢气返回通道G相互独立；原料氢气通过氢气输送管道依次与第一压缩机组、净化装置、热交换器A中的氢气通道A、第一反应器中的第一氢气管道的进气口相连接，第一氢气管道的出气口通过第一连接管道与第一正仲转化通道的进气口相连接，第一正仲转通道的出气口通过第二连接管道与第一液氢通道的进气口相连接，第一液氢通道的出气口依次通过液氢输送管道与热交换器B中的液氢通道B、热交换器C中的液氢通道C、热交换器D中的液氢通道D、热交换器E中的液氢通道E、热交换器F中的液氢通道F、节流膨胀阀、第二反应器中的第二液氢通道的进气口相连接，第二液氢通道的出气口通过第三连接管道与第二正仲转化通道的进气口相连接，第二正仲转化通道的出气口通过第四连接管道与第三液氢通道的进气口相连接，第三液氢通道的出气口通过第五连接管道与液氢储罐相连接；在液氢储罐的蒸发气体出口设置有第一分支管道和第二分支管道，第一分支管道与节流膨胀阀相连接；第二分支管道与第二压缩机组相连接，第二压缩机组通过循环管道依次与热交换器A中的循环氢气通道A、第一反应器中的第一循环氢气通道、第三压缩机组、热交换器B中的循环氢气通道B的进气口相连接；在循环氢气通道B的出气口设置有第三分支管道和第四分支管道：第三分支管道与热交换器C中的循环氢气通道C相连接，热交换器C中的循环氢气通道C通过第一循环管道依次与热交换器D中的循环氢气通道D、热交换器E中的循环氢气通道E、热交换器F中的循环氢气通道F与第二反应器中的第一循环氢气返回通道G的进气口相连接，第一循环氢气返回通道G的出气口通过第一循环氢气返回管道依次与热交换器F的第一循环氢气返回通道F、热交换器E的第一循环氢气返回通道E、热交换器D的第一循环氢气返回通道D、热交换器C中的第一循环氢气返回通道C、热交换器B中的第一循环氢气返回通道B、热交换器A中的第一循环氢气返回通道A后与第二分支管道汇合连接，而后与第二压缩机组相连接；第四分支管道与第二透平膨胀机组相连接，第二透平膨胀机组通过第二循环管道依次与热交换器D中的氢气膨胀通道、第三透平膨胀机组与热交换器E中的第二循环氢气返回通道E的进气口相连接，第二循环氢气返回通道E的出气口通过第二循环氢气返回管道依次与热交换器D中的第二循环氢气返回通道D、热交...

【专利技术属性】
技术研发人员：况开锋，倪中华，严岩，魏蔚，邬海强，郭道峰，王秋霞，
申请(专利权)人：张家港富瑞氢能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32