生产液化氢的方法技术

用于液化氢气的工艺包括：通过与在设置有高温膨胀器和低温膨胀器的制冷回路中循环的制冷剂进行热交换，将氢气冷却至中间温度，来自低温膨胀器的出口流含有一些冷凝制冷剂；提供从循环制冷剂中分离冷凝物的装置；通过与冷凝物的蒸发和再加热进行热交换来进一步冷却氢气。制冷回路中的流体通常是甲烷(诸如去除二氧化碳、水蒸气和其他杂质后的天然气)、氮，或其混合物。或其混合物。或其混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产液化氢的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于液化氢气的方法，特别是一种在液化之前将待液化的氢冷却至中间温度的方法。

技术介绍

[0002]液化氢是含碳燃料的潜在替代品。除了目前在太空应用中的用途外，未来还需要大量的液态氢作为航空和航运的燃料。随着氢作为燃料的使用增加，对以液体形式的氢的大规模储存和运输的需求将会发展。
[0003]现有的和提出的氢液化工艺主要包括：
[0004]‑
通过与蒸发流体(“第一制冷剂”)的热交换将进入的氢冷却(在下文中称为“预冷却”)至中间温度(在下文中称为“中间温度”)的第一步骤；最广泛建议的第一制冷剂流体是液态氮和液态甲烷(LNG)，并且还建议混合制冷剂，以及
[0005]‑
通过部分预冷却氢或第二制冷剂(诸如氦)的功膨胀进一步冷却和液化预冷却氢的第二步骤。
[0006]尽管不进行任何预冷却并且仅包括前述第二步骤(通过氢或第二制冷剂的膨胀的制冷)的氢液化工艺是可行的并且可能已经实践过，但由于两个因素：(a)整个液化工艺的总压缩功率的降低，以及(b)由于第二制冷剂系统的循环速率和压缩功率的降低而导致的可感知的较低的投资和生产成本，因此优选地是加入预冷却的第一步骤。
[0007]关于因素(b)，在第一预冷却步骤的出口处使用氢的最低实际温度(通常使用液态氮作为第一制冷剂时未为
‑
190℃左右)将使所需的循环速率最小化，从而使第二步骤中的制冷剂的压缩功率最小化。然而，当考虑到预冷却系统的压缩功率需求时，最低实际预冷却温度不一定会导致整个液化工艺的最低总压缩功率。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要方面涉及氢的液化，并且公开了将待液化的氢流预冷却至通常介于
‑
150℃至
‑
200℃之间的中间温度的改进方法。
[0009]压力在本申请中以“巴”表示，这些压力是巴的绝对值。
[0010]所公开的预冷却装置是包含流体(诸如但不限于甲烷或氮或其混合物)的封闭循环，该封闭循环包括：
[0011]‑
高温气体膨胀器机器，该高温气体膨胀器机器具有气体出口流；
[0012]‑
低温气体膨胀器机器，该低温气体膨胀器机器具有部分液化的出口流；
[0013]‑
从低温气体膨胀器机器的出口流中分离液体；
[0014]‑
将分离的液体减压至接近大气压力；
[0015]‑
从接近环境温度连续冷却进料氢(以及第二制冷剂，如果使用的话)，首先通过与来自所述高温气体膨胀器的出口流进行热交换；其次通过在液体分离后与来自所述低温气体膨胀器的出口流进行热交换；最后通过与减压的所述液态制冷剂的蒸发进行热交换而达
到
‑
150℃至
‑
200℃的典型中间温度；
[0016]‑
将得到的低压制冷剂流进行再压缩。
[0017]上述预冷却循环的布置，特别是在低温气体膨胀器中形成液体，随后将液体从低温气体膨胀器出口流中分离类似于GB2486036中描述的用于甲烷液化(LNG生产)的工艺。虽然在该参考情况下，在低温气体膨胀器中形成的液体贡献了该工艺的总液体(LNG)输出的一部分，但在该申请中，液体被减压，然后通过热交换器与待液化的氢一起蒸发，以在氢液化过程中将氢冷却到通常为
‑
150℃至
‑
200℃的中间温度。
[0018]本专利技术包括在高温气体膨胀器机器中使用甲烷作为制冷剂，而在低温气体膨胀器机器中使用氮作为制冷剂。
[0019]申请人认为，该冷却待液化的氢的方法(即在气体膨胀器中形成液体制冷剂，将液体分离、减压以及蒸发作为氢液化过程中的预冷却剂)在现有技术中尚未公开，并且是新颖的。液体的产生是热效率的，因为液体是由低温气体膨胀器中的机械功直接产生的。在氢液化过程中产生液态制冷剂(诸如液态甲烷或液态氮)也有实际好处，消除了对昂贵且精细的液态第一制冷剂(诸如混合制冷剂)的外部供应的需求。
[0020]因此，以下提供了根据本专利技术的主要方面的用于液化氢的工艺的说明(参照图1/3(图1)以及图上所示的设备标签和流编号)：
[0021]‑
提供纯氢进料气体流[1]；
[0022]‑
以1巴至50巴的压力提供再循环氢气流[2]；
[0023]‑
使流[1]和[2]进入氢压缩机[A]，所述压缩机具有冷却后的合并排放流[3]，该合并排放流的压力介于10巴至200巴之间，更典型地，压力介于20巴至100巴之间；
[0024]‑
在热交换器[B]的第一热通道中冷却所述合并排放流[3]，所述热通道具有出口流[4]；
[0025]‑
在热交换器[C]的第一热通道中冷却所述流[4]，所述热通道具有出口流[5]；
[0026]‑
在热交换器[D]的第一热通道中冷却所述流[5]，所述热通道具有出口流[6]；
[0027]‑
使流[6]进入氢液化单元[E]；
[0028]‑
氢液化单元[E]通常包括：将流[6]分成两部分；在第一气体膨胀器中冷却第一部分[e
‑
1]以形成出口流[e
‑
2]；在第一热交换器中冷却第二部分[e
‑
3]以形成流[e
‑
4]；将流[e
‑
4]分成两部分；在第二气体膨胀器中冷却第一部分[e
‑
5]以形成出口流[e
‑
6]；在第二热交换器中冷却和液化第二部分[e
‑
7]以形成液化氢生成物流[7]；通过第二热交换器再循环流[e
‑
6]以形成流[e
‑
8]；合并流[e
‑
2]和[e
‑
8]以形成流[e
‑
9]；在第一热交换器中再加热流[e
‑
9]以形成再循环氢流[8]；在第二热交换器中提供催化剂以促进邻位氢向对位氢的转化；
[0029]‑
液化氢生成物流[7]的温度介于
‑
240℃至
‑
255℃之间；
[0030]‑
再循环氢流[8]的压力介于1巴和30巴之间；在热交换器[D]的第一冷通道中再加热流[8]，形成出口流[9]；在热交换器[C]的第一冷通道中再加热流[9]，形成出口流[10]；在热交换器[B]的第一冷通道中再加热流[10]，来自热交换器[B]的被再加热的流形成上述氢再循环气体流[2]；
[0031]‑
热交换器[B]、[C]和[D]可以被物理地结合在单个单元中；
[0032]‑
提供压力为10巴至150巴的制冷剂气体流[21]；
[0033]‑
将制冷剂气体流[21]分成第一部分[22]和第二部分[25]；
[0034]‑
使所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于液化氢气的方法，所述工艺包括：
‑
提供氢进料气体流[1]；
‑
以1巴至50巴的压力提供再循环氢气流[2]；
‑
使流[1]和[2]进入氢压缩机[A]，所述压缩机具有合并排放流[3]，所述合并排放流的压力介于10巴至200巴之间；
‑
在热交换器[B]的第一热通道中冷却所述合并排放流[3]，所述热通道具有出口流[4]；
‑
在热交换器[C]的第一热通道中冷却所述流[4]，所述热通道具有出口流[5]；
‑
在热交换器[D]的第一热通道中冷却所述流[5]，所述热通道具有出口流[6]；
‑
使流[6]进入氢液化器单元[E]，所述氢液化器单元包括一个或多个氢气膨胀器、一个或多个热交换器以及将邻位氢催化转化为对位氢的一个或多个级；氢液化器具有温度介于
‑
240℃至
‑
255℃之间的液态氢出口流[7]和压力介于1巴至20巴之间的气态氢出口流[8]；
‑
在热交换器[D]的第一冷通道中再加热流[8]，所述冷通道具有出口流[9]，然后在热交换器[C]的第一冷通道中再加热所述流，所述冷通道具有出口流[10]，然后在热交换器[B]的第一冷通道中再加热所述流，来自热交换器[B]的被再加热的所述流形成上面所述的再循环氢气流[2]；
‑
提供压力为10巴至150巴的制冷剂气体流[21]；
‑
将制冷剂气体流[21]分成第一部分[22]和第二部分[25]；
‑
使所述第一部分[22]进入第一制冷剂气体膨胀器[L]，来自所述第一制冷剂气体膨胀器的出口流[23]具有介于5巴至50巴之间的压力；
‑
在热交换器[B]的第二冷通道中再加热第一制冷剂气体膨胀器出口流[23]以形成再加热流[24]；
‑
在压缩机[M]中将所述再加热流[24]压缩至10巴至150巴的压力，以形成上面所述的制冷剂气体[21]的第一组分；
‑
使所述制冷剂气体的所述第二部分[25]进入热交换器[B]的第二热通道，所述第二热通道具有出口流[26]；
‑
使制冷剂气体[26]的冷却的所述第二部分进入第二制冷剂气体膨胀器[N]，来自所述第二制冷剂气体膨胀器的出口流[27]具有介于3巴至50巴之间的压力，并且包括蒸汽和液体的混合物；
‑
在蒸汽/液体分离器[O]中分离第二气体膨胀器[N]的所述出口流[27]，以形成蒸汽流[28]和液体流[29]；
‑
在阀[P]中对所述液体流[29]进行减压以形成压力介于0.5巴至10巴之间的流[30]；
‑
在热交换器(D)的第二冷通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里，
申请(专利权)人：盖斯康萨特有限公司，
类型：发明
国别省市：