生产液态氢的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种通过液化器(2)生产液态氢的方法和设备，所述液化器是电动类型的，并且具有取决于所消耗的电功率的可变冷却功率，所述液化器(2)由第一电源(4)供电，并与提供一定量的间歇的或随时间变化的电力的至少一个附加电源(5、6)连接，其特征在于，当以预定的标称电能水平向液化器(2)供电时，所述液化器在第一热力学条件下生产液态氢，并且当以超过所述标称水平的能量水平向液化器(2)供电时，由所述液化器(2)生产的氢相对于第一热力学条件过冷。

【技术实现步骤摘要】
生产液态氢的方法和设备
本专利技术涉及一种生产液态氢的方法和设备。具体而言，本专利技术涉及一种通过由气态氢源供料的液化器生产液态氢的方法，该液化器为电动型，其冷却功率随消耗的电功率而变化，该液化器由第一电源供电，并连接到至少一个附加电源，该附加电源提供一定量的间歇的或随时间变化的电力。
技术介绍
当需要远距离大量运输产品时，因其密度，液态氢较气态氢更适合。液态氢的另一个优点与其密度和为燃料电池汽车填充燃料箱的服务站的高存储容量有关。例如，液态氢的密度比水低，这就限制了流体静压高度可提供的压力。在低温下，这会在转移过程中因蒸发造成相当大的损失。在氢液化工厂，用于装载罐车和储罐的系统会造成高达产量的15％的损失(0.2％的损失源于储罐，5％源于储罐填充阀中的闪蒸，10％源于充装罐车的过程)。当然，这些蒸发造成的损失可以被回收、再加热、再压缩并重新注入液化器中。这需要对损失再循环系统进行投资，并对液化系统进行冗余工程设计。对于某些类型的液化器(特别是那些以氦为基础的循环运行的液化器)，另一种可能的解决方案是将液态氢过冷至其饱和温度以下。这使得可以通过在储罐中使用冷氢来重新冷凝闪蒸气体，以弥补在充装阶段期间蒸发造成的损失。这种过冷处理通过消耗液化器的特定能量来实现(因为在液体饱和温度下液化所需能量基础上，有必要进一步增加用于过冷的特定能量)。氢的液化需要相当高的电能：每千克液化氢需要大约6至14kWh的电能(取决于液化技术和工厂规模)。为了减少液化过程的碳排放，最好将液化器与可再生能源联接，该可再生能源可以为间歇性的，诸如太阳能或风能。可再生能源的间歇性使液化器的操作极其困难，因为要维持工艺的稳定性。因此，液化设备通常不采用间歇性能源供能。这是因为液化器通常物理地集成在生产气态氢(大部分时间是通过天然气重整)的工厂中，为使设备耐用，气态氢的生产也必须在稳定的条件下进行。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是克服现有技术的前述全部或部分缺陷。为此，除了按照上述序言给出的一般定义之外，根据本专利技术的方法的主要特征在于，当以预定的标称电能水平向液化器供电时，液化器生产第一热力学条件下的液态氢，并且当以超过所述标称水平的能量水平向液化器供电时，液化器生产的氢相对于第一热力学条件过冷。这使得可以在间歇能量可用时使用间歇能量不时地(如果合适的话)过冷却氦循环液化器的产物，该氦循环液化器在稳定的液化功率下以稳定的液化流速运行。被添加到液化功率中的这种过冷功率随着可用的可再生能源的供应而波动。此外，本专利技术的实施例可以包括以下一个或多个特征：-当以标称电能水平向液化器供电时，液化器生产的液态氢处于饱和状态，-当以超过所述标称水平的能量水平向液化器供电时，液化器生产的液态氢相对于其饱和状态过冷，-被提供给液化器的超过所述标称水平的电能的至少一部分被液化器用来将所生产的液态氢过冷至低于其饱和温度的温度，-被提供给液化器的超过所述标称水平的电能的至少一部分由所述至少一个附加电源提供，-液化器被配置为生产一定量的液态氢，该液态氢随着时间被预定为具有零或非零的过冷度/过冷水平，该过冷度是超过提供给所述液化器的所述标称水平的电能水平的函数。-液化器生产的过冷氢的温度比第一热力学条件下降0.01K至几乎7K，特别是在0.001K至4K之间，特别是降低至可达到氢的三相点温度水平的温度，即13.8K，-超过所述标称水平的电能水平可在标称电能水平的0％至25％之间、特别是在0％至15％之间变化，-第一电源包括与液化器连接的电网，-所述至少一个附加电源包括如下至少一个：风力发电机、太阳能发电机，-液化器生产的液态氢被转移到液体存储设施，-当以预定的标称电能水平向液化器供电时，液化器生产的液态氢在对应于储罐中的存储压力下的氢泡点的第一热力学条件下被转移到储罐中，并且当以超过所述标称水平的能量水平向液化器供电时，液化器生产的氢以相同的流速在低于储罐中的存储压力下的氢泡点的温度下被转移到储罐中，-液化器以稳定或不变的流速生产液态氢。本专利技术还涉及一种生产液态氢的设备，其包括液化器、连接到液化器的气态氢源，液化器为电动型，并且具有取决于所消耗的电功率的可变冷却功率，所述设备包括连接至液化器以向后者供电的第一电源、和至少一个附加电源，所述至少一个附加电源提供一定量的间歇的或随时间变化的电力并且连接至液化器以向后者供电，所述设备还包括电子控制器，所述电子控制器配置为管理所述液化器的制冷功率，以便当以预定的标称电能水平向所述液化器供电时生产处于第一热力学条件下的液态氢，或者当以超过所述标称水平的能量水平向液化器供电时生产相对于第一热力学条件过冷的液态氢。根据其他可能的实施例：-电子控制器电连接至第一电源、至少一个附加电源以及液化器，电子控制器被配置为由第一电源向液化器提供预定的标称电能水平的电力，并且通过采用由所述至少一个附加电源提供的可用的附加电能补充由第一电源提供的电能，以大于预定的标称电能水平的电能水平供电。本专利技术还涉及包括上述及以下权利要求的任意特征组合的任意替代方法或装置。附图说明通过阅读以下参照附图所做的描述，其他区别特征和优点将显而易见。其中：图1表示根据本专利技术的设备的结构和操作的示例的局部示意图。图2表示设备的液化器的电力、供应和液化功率的变化的示例的局部示意图。具体实施方式生产液态氢的设备1包括连接到气态氢源3的液化器2。气态氢源3包括例如天然气重整(SMR)单元，该单元生产被供应至液化器2的气态氢。可以具有一个或多个其它气体源。因此，源3可以包括氢网络和/或用于生产氢的单元(例如蒸汽重整和/或通过电解或任何其他合适的源)。因此，源3还可以包括从不纯的源(炼厂残余气体，来自氯碱电解槽的不可避免的氢，等等)回收的氢。氢源3提供例如稳定的待液化的(优选为纯的)氢气流速，其压力可以在7至150barabs(绝对压力)之间，并且处于环境温度下。在SMR的情况下，后者生产的不变的氢气流速优选在液化器可接受的最大流速和液化器2功能降低的最小流速之间(通常最小流速为最大流速的30％至40％)。流速的变化率优选大致为每分钟瞬时流速的百分之几。液化器2是电动型的，其冷却功率随消耗的电力变化。例如，但不限于此，液化器2可以是使用包含氦的工作流体的液化器(“氦循环液化器”，但是可以设想使用另一种工作气体：氮气或任何其他混合物等)，其提供压缩(压缩机)、冷却、降压(一个或多个涡轮)以及再加热。特别地，液化功率可以通过管理驱动压缩机的一个或多个马达的转速来控制。这些马达可以是电动机(特别是磁性轴承上的同步高速电动机)。压缩机优选为直接驱动离心式压缩机，以实现高输出。有利地，一个或多个涡轮的功率可以被回收并用于减少一个或多个马达的消耗。因此，通过增加马达的速度(从而增加工作气体循环中的流速)，产生的制冷功率以及从而液化器的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过液化器(2)生产液态氢的方法，所述液化器(2)由气态氢源(3)供料，所述液化器(2)是电动类型的，并且具有取决于所消耗的电功率的可变冷却功率，所述液化器(2)由第一电源(4)供电，并与提供一定量的间歇的或随时间变化的电力的至少一个附加电源(5、6)连接，其特征在于，当以预定的标称电能水平向液化器(2)供电时，所述液化器在第一热力学条件下生产液态氢，并且当以超过所述标称水平的能量水平向液化器(2)供电时，由所述液化器生产的氢相对于第一热力学条件过冷。/n

【技术特征摘要】
20190708 FR 19075711.一种通过液化器(2)生产液态氢的方法，所述液化器(2)由气态氢源(3)供料，所述液化器(2)是电动类型的，并且具有取决于所消耗的电功率的可变冷却功率，所述液化器(2)由第一电源(4)供电，并与提供一定量的间歇的或随时间变化的电力的至少一个附加电源(5、6)连接，其特征在于，当以预定的标称电能水平向液化器(2)供电时，所述液化器在第一热力学条件下生产液态氢，并且当以超过所述标称水平的能量水平向液化器(2)供电时，由所述液化器生产的氢相对于第一热力学条件过冷。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当以标称电能水平向所述液化器(2)供电时，所述液化器(2)生产的液态氢处于饱和状态。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当以超过所述标称水平的能量水平向所述液化器(2)供电时，所述液化器(2)生产的液态氢相对于其饱和状态过冷。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，被提供给所述液化器(2)的超过所述标称水平的电能的至少一部分被所述液化器(2)用来将所生产的液态氢过冷至低于其饱和温度的温度。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，被提供给所述液化器(2)的超过所述标称水平的电能的至少一部分由所述至少一个附加电源(5、6)提供。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，液化器(2)被配置为生产一定量的液态氢，该液态氢随着时间被预定为具有零或非零的过冷度，该过冷度是超过提供给所述液化器的所述标称水平的电能水平的函数。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，液化器(2)生产的过冷氢的温度比第一热力学条件降低0.01K至几乎7K，特别是在0.001K至4K之间，特别是降低至能达到氢的三相点温度水平的温度，即13.8K。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，超出所述标称水平的电能水平能在标称电能水平的0％至25％之间、特别是在0％至15％之间变化。


9...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·阿利迪耶斯，G·里戈特，P·巴嘉奥克斯，PG·马里耶，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR