基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，包括依储存单元、脱氢反应单元、气液分离单元、压缩单元、热泵组及加氢机，所述储存单元包括富氢有机液体储罐和贫氢有机液体储罐。富氢有机液体储罐通过换热单元与脱氢反应单元的入口相连，脱氢反应单元的出口经过换热单元与气液分离单元的入口相连。压缩单元包括依次相连的多个氢气压缩机，首位次氢气压缩机的入口与气液分离单元相连，末位次氢气压缩机的出口通过高压储罐与所述加氢机的入口相连。本发明专利技术还公开了上述热量集成系统的工作方法。本发明专利技术通过设置热泵组对氢气压缩过程中产生的废热进行集成和匹配，并用于富氢有机液体的脱氢反应中，极大提高了热能的高效利用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及有机液体储氢
，具体涉及一种基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统及工作方法。

技术介绍

[0002]目前加氢站在进行氢气加注前需要对氢气进行压缩，氢气压缩过程中会产生大量的热能，该部分热能的存在会影响加氢过程的效率及安全性，传统多级压缩过程会采取级间冷却的方式提高压缩效率。若直接对压缩后的氢气进行冷却则会导致这部分热量损失，造成能量的浪费，因此加氢站可以采用余热回收技术回收并利用这部分热量。
[0003]针对这一部分热量的回收已有相关专利：1、余热回收利用系统和加氢站(专利公开号为CN113790390A)，该专利使用余热回收系统将制氢机、氢气压缩机组件和加氢机产生的余热进行回收储存并将回收的余热用于制氢机的保温和加氢站其他系统供热。2、一种加氢站热量收集利用系统(专利公开号为CN114562676A)，该专利使用一种加氢站热能收集利用系统并利用循环水来对加氢站内各热生产模块生产的热量进行高效收集以便后续利用。3、一种节能型加氢系统及其方法(专利公开号为CN114562676A)，该专利通过在传统加氢站的基础上增设蓄热器单元，将氢气压缩机后端高温氢气及高温液压油的热量回收至蓄热器单元，在夏季工况下，蓄热器将该部分热量散发至环境，蓄热器充当预冷器吸收一部分高温氢气及高温液压油的热量，降低冷水机组的冷却能耗；在冬季工况下，蓄热器将该部分热量传递给液压油，辅助电加热器进行液压油的加热作业，在降低电加热器能耗的同时实现了节约冷却系统能耗的作用。
[0004]上述专利在应用方面，没有考虑热量来源和热量需求的耦合性，氢气压缩机产生废热不能被直接利用，可能需要蓄热或者考虑季节性需要，能量经过多种环节转化，前后端热量数量和品质不匹配，效率较低。而且在有机液态储氢技术中，经放氢装置得到的原始氢气压力较低(远低于气态槽罐车提供的压力)，需要经过多级压缩达到加氢站标准，而巨大的压缩比造成出口氢气剧烈的温升，据估算绝热指数K为1.3的情况下5倍压缩比温升可达130℃以上。
[0005]以往的技术方案利用级间冷却的废热时，由于级间冷却的废热温差极大(40℃～130℃)，不能有效利用废热全部潜能。主要表现为只能利用高于100℃以上的部分高品位热能，对中低品位热能直接排空；或者是经过换热将整体废热品质降低至中低品位(如50℃)后利用，浪费了50℃以上温度的高品位热能，而且级间冷却所能达到的最低温度往往取决于环境温度，在夏季时可能造成压缩机过热。上述特点决定了有机液态储氢耦合加氢站时较之传统高压储氢产生的废热更多，需要更高效更合理的热管理设计。同时在加氢站有机液体吸热放氢阶段存在稳定的热量需求，需热量、氢气流量和氢气压缩机废热存在线性耦合关系，可以尝试进行内部的热量集成和匹配。因此，现有技术亟待进一步改进和提高。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术的一个目的在于提出一种基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，解决脱氢反应需要寻求热源，成本高，氢气压缩过程中产生的废热无法得到有效利用的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，包括依储存单元、脱氢反应单元、气液分离单元、压缩单元、热泵组及加氢机，所述储存单元包括富氢有机液体储罐和贫氢有机液体储罐。
[0009]富氢有机液体储罐通过换热单元与脱氢反应单元的入口相连，脱氢反应单元的出口经过换热单元与气液分离单元的入口相连。
[0010]压缩单元包括依次相连的多个氢气压缩机，首位次氢气压缩机的入口与气液分离单元相连，末位次氢气压缩机的出口通过高压储罐与所述加氢机的入口相连。
[0011]压缩单元将0.1MPa～0.2MPa的低压氢气通过多级压缩至40MPa的高压氢气，各氢气压缩机入口的氢气温度为30℃～40℃，其出口的氢气温度为120℃～140℃，绝热指数K为1.3，压缩比为2～4。
[0012]每个所述氢气压缩机的出口均相邻配置有一个级间冷却换热器，任意相邻两个氢气压缩机通过级间冷却换热器相连相通。
[0013]所述热泵组包括吸收式热泵和蒸汽压缩式热泵，吸收式热泵和蒸汽压缩式热泵采用复叠式结构相连。
[0014]吸收式热泵的一侧与各级间冷却换热器相连，其另一侧通过中间换热器与蒸汽压缩式热泵的一侧相连，蒸汽压缩式热泵的另一侧与脱氢反应单元相连并为其供热。
[0015]进一步地，所述气液分离单元具有两个出口，其中一个出口通过管路连接首位次氢气压缩机的入口，另一个出口与所述贫氢有机液体储罐管路连接。
[0016]进一步地，所述换热单元包括两个入口和两个出口，其中一个入口与富氢有机液体储罐管路连接，脱氢反应单元的入口与所述换热单元的一个出口管路连接。
[0017]脱氢反应单元的出口与所述换热单元的另一个入口管路连接，所述换热单元的另一个出口与气液分离单元的入口管路连接。
[0018]进一步地，所述级间冷却换热器包括壳体及三段导热管，壳体具有供高温氢气进入的入口端和供低温氢气排出的出口端。
[0019]三段导热管均设在壳体的内部，分别为第一导热管、第二导热管、第三导热管，第一、第二和第三段导热管沿氢气在壳体内的流动方向依次布置，各段导热管的入口和出口均伸至壳体外部。
[0020]工作状态下，各级间冷却换热器入口端的氢气温度为120℃～140℃，其出口端的氢气温度30℃～40℃，所述级间冷却换热器通过三段导热管与热泵组进行热交换。
[0021]进一步地，所述吸收式热泵包括吸收式热泵发生器和吸收式热泵蒸发器，第一导热管的入口和出口与吸收式热泵发生器相连，第三导热管的入口和出口与吸收式热泵蒸发器相连，各第一导热管以并联的方式接入吸收式热泵，各第三导热管也以并联的方式接入吸收式热泵。
[0022]所述蒸汽压缩式热泵包括压缩式热泵蒸发器，所述第二导热管的入口和出口与压
缩式热泵发生器相连，各所述第二导热管以并联的方式接入。
[0023]进一步地，所述吸收式热泵采用溴化锂/水第一类单效吸收式热泵，吸收式热泵发生器的工作温度为90℃～110℃，吸收式热泵的冷凝器和吸收器的工作温度为60℃～80℃，吸收式热泵蒸发器的工作温度为10℃～20℃，制热COP为1.6～1.8。
[0024]工作状态下，所述吸收式热泵的冷凝器与吸收器提供的60℃～80℃热源，与压缩式热泵蒸发器进行直接换热。
[0025]进一步地，级间冷却换热器的壳体入口端通入的高温氢气的温度为120℃～140℃，其出口端排出的低温氢气的温度为30℃～40℃。
[0026]所述第一导热管的入口的换热流体温度为100℃，其出口的换热流体温度为120℃。
[0027]所述第二导热管的入口的换热流体温度为55℃，其出口的换热流体温度为75℃。
[0028]所述第三导热管的入口的换热流体温度为10℃，其出口的换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，其特征在于，包括依储存单元、脱氢反应单元、气液分离单元、压缩单元、热泵组及加氢机，所述储存单元包括富氢有机液体储罐和贫氢有机液体储罐；富氢有机液体储罐通过换热单元与脱氢反应单元的入口相连，脱氢反应单元的出口经过换热单元与气液分离单元的入口相连；压缩单元包括依次相连的多个氢气压缩机，首位次氢气压缩机的入口与气液分离单元相连，末位次氢气压缩机的出口通过高压储罐与所述加氢机的入口相连；压缩单元将0.1MPa～0.2MPa的低压氢气通过多级压缩至40MPa的高压氢气，各氢气压缩机入口的氢气温度为30℃～40℃，其出口的氢气温度为120℃～140℃，绝热指数K为1.3，压缩比为2～4；每个所述氢气压缩机的出口均相邻配置有一个级间冷却换热器，任意相邻两个氢气压缩机通过级间冷却换热器相连相通；所述热泵组包括吸收式热泵和蒸汽压缩式热泵，吸收式热泵和蒸汽压缩式热泵采用复叠式结构相连；吸收式热泵的一侧与各级间冷却换热器相连，其另一侧通过中间换热器与蒸汽压缩式热泵的一侧相连，蒸汽压缩式热泵的另一侧与脱氢反应单元相连并为其供热。2.根据权利要求1所述基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，其特征在于，所述气液分离单元具有两个出口，其中一个出口通过管路连接首位次氢气压缩机的入口，另一个出口与所述贫氢有机液体储罐管路连接。3.根据权利要求1所述基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，其特征在于，所述换热单元包括两个入口和两个出口，其中一个入口与富氢有机液体储罐管路连接，脱氢反应单元的入口与所述换热单元的一个出口管路连接；脱氢反应单元的出口与所述换热单元的另一个入口管路连接，所述换热单元的另一个出口与气液分离单元的入口管路连接。4.根据权利要求1所述基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，其特征在于，所述级间冷却换热器包括壳体及三段导热管，壳体具有供高温氢气进入的入口端和供低温氢气排出的出口端；三段导热管均设在壳体的内部，分别为第一导热管、第二导热管、第三导热管，第一、第二和第三段导热管沿氢气在壳体内的流动方向依次布置，各段导热管的入口和出口均伸至壳体外部；工作状态下，各级间冷却换热器入口端的氢气温度为120℃～140℃，其出口端的氢气温度30℃～40℃，所述级间冷却换热器通过三段导热管与热泵组进行热交换。5.根据权利要求4所述基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，其特征在于，所述吸收式热泵包括吸收式热泵发生器和吸收式热泵蒸发器，第一导热管的入口和出口与吸收式热泵发生器相连，第三导热管的入口和出口与吸收式热泵蒸发器相连，各第一导热管以并联的方式接入吸收式热泵，第三导热管也以并联的方式接入吸收式热泵；所述蒸汽压缩式热泵包括压缩式热泵蒸发器，所述第二导热管的入口和出口与压缩式热泵发生器相连，各所述第二导热管以并联的方式接入。6.根据权利要求5所述基于有机液体高压供氢储氢的热量集成系统，其特征在于，所述
吸收式热泵采用溴化锂/水第一类单效吸收式热泵，吸收式热泵发生器的工作温度为90℃～110℃，吸收式热泵的冷凝器和吸收器的工作温度为60℃～80℃，吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨福胜，王京，
申请(专利权)人：陕西氢易能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：