本发明专利技术涉及一种基于仲氢循环的液氢生产装置、系统及方法，该装置包括制冷循环路、预冷路、氢产品路、换热器和相分离器；预冷路用于对换热器进行预冷；制冷循环路采用仲氢为工质，通过换热器进行热量交换，降低氢产品路的温度；氢产品路通过换热器降低氢产品路中氢的温度，并进行正仲氢的催化转化，以向相分离器提供平衡氢；制冷循环路和氢产品路的氢经过降压处理形成气液两相并进入相分离器混合，进行气液分离。本发明专利技术可以保证液化装置中的工质不会出现随装置运行时长而发生变化的情况。出现随装置运行时长而发生变化的情况。出现随装置运行时长而发生变化的情况。
【技术实现步骤摘要】
一种基于仲氢循环的液氢生产装置、系统及方法
[0001]本专利技术属于液氢生产
，尤其涉及一种基于仲氢循环的液氢生产装置、系统及方法。
技术介绍
[0002]目前的液氢生产装置一般是基于氦气制冷循环或氢制冷循环，这两类循环中的氦气和氢气与待液化路的氢气不连通。如CN102080919A公开了一种氢液化工艺，包括氮制冷循环、氦制冷循环和氢制冷循环，任意一个循环相对于其余两种循环独立，且有互相之间进行热量交换，完成了最终的液氢生产，氢制冷循环则依次利用液氮、液氦的冷量，从而实现了氢气的液化。
[0003]一方面，对于氦制冷循环装置，由于氦物性与氢物性相差很大，存在较大的换热损失，氦气制冷循环装置的效率整体不高；另一方面，对于氢制冷循环装置，由于循环路的氢气与待液化路的氢气不连通，循环氢中的正仲氢含量随着装置运行时长变化很大且不可估计，即液化装置中的工质物性发生变化，导致整个液化装置偏离设计工况，引发效率降低。
[0004]氢分子是由两个氢气原子构成，由于两个氢原子核自旋方向的不同，存在着正、仲两种状态的氢。正、仲态的平衡氢组成与温度有关，不同温度下平衡氢的正、仲态浓度比例不同。正氢和仲氢的化学性质相同，但物理性质如熔、沸点、比热和热导率等有比较大的差异，通过氢的正态
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仲态之间的转化、循环可以实现液氢的生产。
[0005]如CN109028755A公开了一种生产液氢时的正
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仲氢转化工艺，利用循环氢制冷提供冷量，原料氢气经过多级换热器的换热冷却和多级反应器内进行的正
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仲态转化，达到在液化生产时正氢基本上都催化转化为仲氢的效果。
[0006]但是，目前利用氢转化实现液氢的生产的装置运行成本较高，除了因仲氢变化会引起装置效率降低以外，还包括以下几个原因：原料氢气及其运输成本高、预冷用液氮消耗量大、装置整体的电费较高、液氢产品外运的成本等等。
[0007]因此，设计一种仲氢含量满足预定要求，并且进行液化时的工质不会发生变化的制冷循环装置成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0008]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于仲氢循环的液氢生产装置、系统及方法，可以保证液化装置中的工质不会出现随装置运行时长而发生变化的情况。
[0009]第一方面，本专利技术提供一种基于仲氢循环的液氢生产装置，包括制冷循环路、预冷路、氢产品路、换热器和相分离器；
[0010]所述预冷路用于对所述换热器进行预冷；
[0011]所述制冷循环路采用仲氢为工质，通过所述换热器进行热量交换，降低氢产品路的温度；
[0012]所述氢产品路通过所述换热器降低所述氢产品路中氢的温度，并进行正仲氢的催化转化，以向所述相分离器提供平衡氢；
[0013]所述制冷循环路和所述氢产品路的氢经过降压处理形成气液两相并进入所述相分离器混合，进行气液分离。
[0014]其中，还包括设置于所述氢产品路与所述相分离器之间的氢产品节流阀，设置于所述相分离器内的液氢等温催化器，所述液氢等温催化器用于使得所述相分离器中产生的氢气和液氢向仲氢转化。
[0015]其中，所述制冷循环路包括低压路段、压缩组件和高压路段，所述低压路段、压缩组件、高压路段和相分离器循环连接，所述高压路段与所述相分离器之间设有高压节流阀；
[0016]所述高压路段被所述换热器降温，并通过高压节流阀生成气液两相的氢，所述低压路段用于通过所述换热器降低所述氢产品路和所述高压路段中氢的温度，所述压缩组件包括压缩机和冷却器，用于提高氢气压力。
[0017]其中，所述液氢生产装置还包括气体管理组件，所述气体管理组件包括至少一组阀门和至少一个存储罐，所述存储罐通过所述阀门连通不同压力路段；
[0018]所述低压路段依次经过所述换热器、所述气体管理组件和压缩组件，与所述高压路段连通；所述高压路段经过所述气体管理组件、所述换热器，与所述相分离器连通，并且所述高压路段的氢进行降压后进入所述相分离器。
[0019]其中，所述换热器包括用于对所述高压路段进行换热降温的Ⅰ区域、用于对所述低压路段进行换热升温的Ⅱ区域和用于对所述氢产品路进行换热降温的Ⅲ区域。
[0020]其中，所述换热器包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器，所述预冷路部分位于所述第一换热器内；
[0021]所述氢产品路依次经过第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器的Ⅲ区域，与所述相分离器连通，所述氢产品路的氢进行降压后进入所述相分离器；
[0022]所述高压路段依次经过第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器的Ⅰ区域，与所述相分离器连通，所述高压路段的氢进行降压后进入所述相分离器；
[0023]所述低压路段自所述相分离器依次经过第四换热器、第三换热器、第二换热器和第一换热器的Ⅱ区域，与所述高压路段连通，所述低压路段的氢进行升压后进入所述高压路段。
[0024]其中，所述制冷循环路还包括中压路段和膨胀路段，所述膨胀路段与位于所述第二换热器的Ⅰ区域内的所述高压路段连通，并自所述高压路段依次经过第一膨胀机、所述第三换热器的
Ⅴ
区域和第二膨胀机，进入所述第四换热器的Ⅳ区域与所述中压路段连通；
[0025]所述中压路段自所述第四换热器的Ⅳ区域，依次经过所述第三换热器的Ⅳ区域、所述第二换热器的Ⅳ区域、所述第一换热器的Ⅳ区域、所述气体管理组件，与所述高压路段连通，所述中压路段的氢进行升压后进入所述高压路段。
[0026]第二方面，本专利技术提供一种基于仲氢循环的液氢生产系统，包括上述的液氢生产装置。
[0027]其中，该液氢生产系统还包括与所述氢产品路连通的变压吸附提纯装置，所述变压吸附提纯装置用于对进入所述氢产品路的常规氢进行吸附、提纯和变压，以得到纯净、常温和高压的氢气。
[0028]第三方面，本专利技术还提供一种采用上述的液氢生产装置的液氢生产方法，包括如下步骤：
[0029]S1：预冷路对换热器预冷；
[0030]S2：向氢产品路通入常规氢，在换热器中进行换热降温并催化形成平衡氢；
[0031]S3：对平衡氢进行降压生成气液两相的平衡氢；
[0032]S4：相分离器对由氢产品路进入的平衡氢进行气液分离，气相进入制冷循环路，液相收集于相分离器内；
[0033]S5：制冷循环路内的气相平衡氢经过循环换热，并在进入相分离器时进行降压生成气液两相的平衡氢；
[0034]S6：相分离器对由制冷循环路进入的平衡氢进行气液分离，气相重新进入制冷循环路，液相收集于相分离器内。
[0035]本专利技术的相分离器将制冷循环路和氢产品路进行连通，即本专利技术可以将循环路的氢气与待液化路的氢气连通，使得装置整体中的仲氢含量满足预定要求，从而保证液化装置中的工质不会出现随装置运行时长而发生变化的情况。
附图说明
[0036]通过参考附图阅读下文本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于仲氢循环的液氢生产装置，其特征在于，包括制冷循环路(1)、预冷路(2)、氢产品路(3)、换热器(4)和相分离器(5)；所述预冷路(2)用于对所述换热器(4)进行预冷；所述制冷循环路(1)采用仲氢为工质，通过所述换热器(4)进行热量交换，降低氢产品路(3)的温度；所述氢产品路(3)通过所述换热器(4)降低所述氢产品路(3)中氢的温度，并进行正仲氢的催化转化，以向所述相分离器(5)提供平衡氢；所述制冷循环路(1)和所述氢产品路(3)的氢经过降压处理形成气液两相并进入所述相分离器(5)混合，进行气液分离。2.如权利要求1所述的液氢生产装置，其特征在于，还包括设置于所述氢产品路(3)与所述相分离器(5)之间的氢产品节流阀(31)，设置于所述相分离器(5)内的液氢等温催化器(51)，所述液氢等温催化器(51)用于使得所述相分离器(5)中产生的氢气和液氢向仲氢转化。3.如权利要求1
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2任一所述的液氢生产装置，其特征在于，所述制冷循环路(1)包括低压路段(11)、压缩组件和高压路段(12)，所述低压路段(11)、压缩组件、高压路段(12)和相分离器(5)循环连接，所述高压路段(12)与所述相分离器(5)之间设有高压节流阀(121)；所述高压路段(12)被所述换热器(4)降温，并通过高压节流阀(121)生成气液两相的氢，所述低压路段(11)用于通过所述换热器(4)降低所述氢产品路(3)和所述高压路段(12)中氢的温度，所述压缩组件包括压缩机(15)和冷却器(16)，用于提高氢气压力。4.如权利要求3所述的液氢生产装置，其特征在于，所述液氢生产装置还包括气体管理组件(6)，所述气体管理组件(6)包括至少一组阀门和至少一个存储罐，所述存储罐通过所述阀门连通不同压力路段；所述低压路段(11)依次经过所述换热器(4)、所述气体管理组件(6)和压缩组件，与所述高压路段(12)连通；所述高压路段(12)经过所述气体管理组件(6)、所述换热器(4)，与所述相分离器(5)连通，所述高压路段(12)的氢进行降压后进入所述相分离器(5)。5.如权利要求4所述的液氢生产装置，其特征在于，所述换热器(4)包括用于对所述高压路段(12)进行换热降温的Ⅰ区域、用于对所述低压路段(11)进行换热升温的Ⅱ区域和用于对所述氢产品路(3)进行换热降温的Ⅲ区域。6.如权利要求5所述的液氢生产装置，其特征在于，所述换热器(4)包括第一换热器(41)、第二换热器(42)、第三换热器(43)和第四换热器(44)，所述预冷路(2)部分位于所述第一换热器(41)内；所述氢产品路(3)依次经过第一换热器(41)、第二换热...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙耕，
申请(专利权)人：北京大臻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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