一种基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统技术方案

本发明专利技术涉及基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，包括电厂供热中压蒸汽、电厂供热低压蒸汽、氢气提纯用蒸汽轮机、氢气提纯用压缩机、氢气提纯设备、氢气液化用蒸汽轮机、氢气液化用压缩机、冷箱、液氢罐、减温减压系统和液氮罐；电厂供热中压蒸汽与电厂供热低压蒸汽之间连接有减温减压系统；氢气提纯用蒸汽轮机和氢气液化用蒸汽轮机的进气端连接电厂供热中压蒸汽，氢气提纯用蒸汽轮机和氢气液化用蒸汽轮机的出气端连接电厂供热低压蒸汽。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术通过蒸汽轮机驱动氢气压缩机的方式，实现了电厂供热的高效阶梯利用，提升了能源综合利用效率，降低了液氢制备系统的运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统
本专利技术涉及液氢制备系统，具体涉及一种基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统。
技术介绍
响应国家对综合能源供应的号召，依托“电厂+”优势，目前国内大部分燃煤机组都对外供热，并且呈现明显增长趋势。蒸汽供热主要应用在化工园区。目前，为满足低压蒸汽用户需求，国内供热机组普遍采用减温减压系统，减温减压系统能够对热源(电站锅炉或热电厂等处)输送来的一次蒸汽进行减温减压，输出的二次蒸汽压力、温度达到生产工艺的要求。然而采用减温减压系统的方式，蒸汽能量没有实现梯级利用，“高品位”热能转变为“低品位”热能过程中造成了的浪费，属“粗放型”生产方式。氢气液化系统一般采用电驱动，中大型氢气液化系统一般都是基于克劳德制冷循环的改进型，克劳德制冷循环中氢气压缩机为主要耗能设备。降低氢气压缩机能耗成本，对提升氢气液化系统的整体经济性具有显著意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统。这种基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，包括电厂供热中压蒸汽、电厂供热低压蒸汽、氢气提纯用蒸汽轮机、氢气提纯用压缩机、氢气提纯设备、氢气液化用蒸汽轮机、氢气液化用压缩机、冷箱、液氢罐、减温减压系统和液氮罐；电厂供热中压蒸汽与电厂供热低压蒸汽之间连接有减温减压系统；氢气提纯用蒸汽轮机和氢气液化用蒸汽轮机的进气端连接电厂供热中压蒸汽，氢气提纯用蒸汽轮机和氢气液化用蒸汽轮机的出气端连接电厂供热低压蒸汽；氢气提纯用蒸汽轮机和氢气提纯用压缩机之间机械连接；氢气液化用蒸汽轮机和氢气液化用压缩机之间机械连接；氢气提纯用压缩机与氢气提纯设备连接；氢气提纯设备和氢气液化用压缩机均连接至冷箱。作为优选：冷箱包括氢气液化部分和氢气制冷循环部分，氢气液化部分主要由吸附器-正仲氢转换模块和不同温区换热器组成，氢气制冷循环部分主要由不同温区换热器和透平膨胀机组组成。作为优选：氢气提纯设备连接至冷箱的氢气液化部分，氢气液化部分连接液氢罐。作为优选：冷箱中的不同温区换热器连接液氮罐。作为优选：氢气液化用压缩机连接至冷箱的氢气制冷循环部分。作为优选：氢气提纯用蒸汽轮机的蒸汽入口处设有第一蒸汽流量控制阀，氢气液化用蒸汽轮机的蒸汽入口处设有第二蒸汽流量控制阀，减温减压系统的蒸汽入口处设有第三蒸汽流量控制阀。作为优选：氢气提纯用蒸汽轮机和氢气液化用蒸汽轮机采用背压式汽轮机。作为优选：氢气液化用压缩机采用活塞式压缩机或螺杆式压缩机。这种基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统的制备方法，包括以下步骤：1)电厂供热中压蒸汽中的部分蒸汽通过减温减压系统、氢气提纯用蒸汽轮机和氢气液化用蒸汽轮机进行减温减压进入电厂供热低压蒸汽，在满足氢气提纯用蒸汽轮机和氢气液化用蒸汽轮机所需蒸汽流量的情况下，调整第三蒸汽流量控制阀的开度，以平衡中压蒸汽用户和低压蒸汽用户的需求；同时氢气提纯用蒸汽轮机驱动氢气提纯用压缩机工作，氢气液化用蒸汽轮机驱动氢气液化用压缩机工作；2)原料氢气进入氢气提纯用压缩机，压缩至一定压力后进入氢气提纯设备，在氢气提纯设备中完成去杂质提纯，得到高纯氢气；3)高纯氢气通入冷箱中的氢气液化部分，通过吸附器-正仲氢转化模块进一步提纯，并进行正仲氢转化，同时通过不同温区换热器实现降温液化；4)氢气液化用压缩机为氢气制冷循环部分提供高压氢气；5)液氮罐中的液氮通入冷箱的不同温区换热器中实现预冷。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过蒸汽轮机驱动氢气压缩机的方式，实现了电厂供热的高效阶梯利用，提升了能源综合利用效率，降低了液氢制备系统的运行成本。附图说明图1为基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统的流程示意图。附图标记说明：1电厂供热中压蒸汽；2电厂供热低压蒸汽；3.1氢气提纯用蒸汽轮机；3.2氢气提纯用压缩机；3.3氢气提纯设备；4氢气液化用蒸汽轮机；5氢气液化用压缩机；6冷箱；6.1氢气液化部分；6.2氢气制冷循环部分；6.3.1吸附器-正仲氢转化模块；6.3.2不同温区换热器；6.3.3透平膨胀机组；7液氢罐；8减温减压系统；9液氮罐；11.1第一蒸汽流量控制阀；11.2第二蒸汽流量控制阀；11.3第三蒸汽流量控制阀。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。所述基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，包括电厂供热中压蒸汽1、电厂供热低压蒸汽2、氢气提纯用蒸汽轮机3.1、氢气提纯用压缩机3.2、氢气提纯设备3.3、氢气液化用蒸汽轮机4、氢气液化用压缩机5、冷箱6、液氢罐7、减温减压系统8、液氮罐9。氢气提纯用蒸汽轮机3.1和氢气液化用蒸汽轮机4，两者的进气端连接电厂供热中压蒸汽1，出气端连接电厂供热低压蒸汽2。氢气提纯用蒸汽轮机3.1和氢气提纯用压缩机3.2，两者机械连接。氢气液化用蒸汽轮机4和氢气液化用压缩机5，两者机械连接。冷箱6，根据功能可分为氢气液化部分6.1、氢气制冷循环部分6.2；冷箱6，根据设备类型可分为吸附器-正仲氢转换模块6.3.1、不同温区换热器6.3.2、透平膨胀机组6.3.3。原料氢气进入氢气提纯用压缩机3.2，压缩至一定压力后进入氢气提纯设备3.3，在氢气提纯设备3.3中完成去杂质提纯，得到高纯氢气。高纯氢气通入冷箱6中的氢气液化部分6.1，通过吸附器-正仲氢转化模块6.3.1进一步提纯，并进行正仲氢转化，同时通过不同温区换热器6.3.2实现降温液化。采用预冷方式，可有效降低液氢制备过程的能耗，液氮预冷是较为通用的方式。在传统方案中，液氮罐9中的液氮通入冷箱6中的不同温区换热器6.3.2实现预冷。氢气液化用压缩机5为氢气制冷循环部分6.2提供高压氢气。氢气提纯用蒸汽轮机3.1和氢气液化用蒸汽轮机4，可部分代替电厂供热中压蒸汽1与电厂供热低压蒸汽2之间的减温减压系统8的作用，对蒸汽进行减温减压，完成中压蒸汽到低压蒸汽的转换，同时输出机械功。氢气提纯用压缩机3.2，由电厂供热中压蒸汽1与电厂供热低压蒸汽2之间的氢气提纯用蒸汽轮机3.1驱动，实现了电厂供热梯级利用。氢气液化用压缩机5，由电厂供热中压蒸汽1与电厂供热低压蒸汽2之间的氢气液化用蒸汽轮机4驱动，实现了电厂供热梯级利用。第一蒸汽流量控制阀11.1用于控制氢气提纯用蒸汽轮机3.1的蒸汽流量。第二蒸汽流量控制阀11.2用于控制氢气液化用蒸汽轮机4的蒸汽流量。第三蒸汽流量控制阀11.3用于控制减温减压系统8的蒸汽流量。在满足氢气提纯用蒸汽轮机3.1和氢气液化用蒸汽轮机4所需蒸汽流量的情况下，调整第三蒸汽流量控制阀11.3的开度，以平衡中压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，其特征在于：包括电厂供热中压蒸汽(1)、电厂供热低压蒸汽(2)、氢气提纯用蒸汽轮机(3.1)、氢气提纯用压缩机(3.2)、氢气提纯设备(3.3)、氢气液化用蒸汽轮机(4)、氢气液化用压缩机(5)、冷箱(6)、液氢罐(7)、减温减压系统(8)和液氮罐(9)；电厂供热中压蒸汽(1)与电厂供热低压蒸汽(2)之间连接有减温减压系统(8)；氢气提纯用蒸汽轮机(3.1)和氢气液化用蒸汽轮机(4)的进气端连接电厂供热中压蒸汽(1)，氢气提纯用蒸汽轮机(3.1)和氢气液化用蒸汽轮机(4)的出气端连接电厂供热低压蒸汽(2)；氢气提纯用蒸汽轮机(3.1)和氢气提纯用压缩机(3.2)之间机械连接；氢气液化用蒸汽轮机(4)和氢气液化用压缩机(5)之间机械连接；氢气提纯用压缩机(3.2)与氢气提纯设备(3.3)连接；氢气提纯设备(3.3)和氢气液化用压缩机(5)均连接至冷箱(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，其特征在于：包括电厂供热中压蒸汽(1)、电厂供热低压蒸汽(2)、氢气提纯用蒸汽轮机(3.1)、氢气提纯用压缩机(3.2)、氢气提纯设备(3.3)、氢气液化用蒸汽轮机(4)、氢气液化用压缩机(5)、冷箱(6)、液氢罐(7)、减温减压系统(8)和液氮罐(9)；电厂供热中压蒸汽(1)与电厂供热低压蒸汽(2)之间连接有减温减压系统(8)；氢气提纯用蒸汽轮机(3.1)和氢气液化用蒸汽轮机(4)的进气端连接电厂供热中压蒸汽(1)，氢气提纯用蒸汽轮机(3.1)和氢气液化用蒸汽轮机(4)的出气端连接电厂供热低压蒸汽(2)；氢气提纯用蒸汽轮机(3.1)和氢气提纯用压缩机(3.2)之间机械连接；氢气液化用蒸汽轮机(4)和氢气液化用压缩机(5)之间机械连接；氢气提纯用压缩机(3.2)与氢气提纯设备(3.3)连接；氢气提纯设备(3.3)和氢气液化用压缩机(5)均连接至冷箱(6)。


2.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，其特征在于：冷箱(6)包括氢气液化部分(6.1)和氢气制冷循环部分(6.2)，氢气液化部分(6.1)主要由吸附器-正仲氢转换模块(6.3.1)和不同温区换热器(6.3.2)组成，氢气制冷循环部分(6.2)主要由不同温区换热器(6.3.2)和透平膨胀机组(6.3.3)组成。


3.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，其特征在于：氢气提纯设备(3.3)连接至冷箱(6)的氢气液化部分(6.1)，氢气液化部分(6.1)连接液氢罐(7)。


4.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，其特征在于：冷箱(6)中的不同温区换热器(6.3.2)连接液氮罐(9)。


5.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的供热蒸汽驱动液氢制备系统，其特征在于：氢气液化用压缩机(5)连接至冷箱(6)的氢气制冷循环部分(6.2)。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王惠挺，厉劲风，秦刚华，刘玉涛，孙士恩，缪文峰，邱利民，张志宇，王峰，王西明，林俊光，吕敏，卢涵，李想，许好好，俞李斌，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33