一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统技术方案

本发明专利技术提供一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统，包含：预冷单元，氢液化单元，循环单元；预冷单元包含第一换热器；氢液化单元包含第二换热器、气液分离器，过冷器；气液分离器与过冷器形成第一、第二返流流股；循环单元包含至少1台压缩机组和若干膨胀机，其选用气体轴承膨胀机，气源为氢气，由压缩机组提供；膨胀机均包含压缩端，其利用膨胀机的膨胀功给气体加压；第一返流流股从第二换热器流经膨胀机的压缩端后，通向压缩机组，并形成循环氢气流股。本发明专利技术利用氢膨胀冷却为氢气提供冷量，并且再用气氢去回收膨胀过程中产生的轴功对气氢进行压缩，在回收压缩功的同时还减少了系统的压缩机的用量及体积，可以减少5%

【技术实现步骤摘要】
一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统


[0001]本专利技术属于液氢运输领域，尤其涉及一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统。

技术介绍

[0002]氢的化学能是通过氢气和氧气反应所产生的能量，不依赖于化石燃料，主要以化合态形式存在，是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，是未来国家能源体系的重要组成部分，能够帮助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能，加速推进工业、建筑、交通等领域的低碳化。
[0003]目前，氢储存方式主要有高压气态储存和低温液态储存这两种方式，高压气态储存是最普遍和最直接的储氢方式，但是该方式的氢储存量小，且需要厚重的耐压储罐，运输成本非常高。而低温液态储存技术目前还不成熟，一直以来，许多研究者围绕着提高氢的液化效率和降低液化费用开展了大量的理论和实验研究。
[0004]而在液氢运输船上，由于液氢本身极易蒸发，因此也需要通过氢液化技术，对液氢进行补充。由于目前氢液化技术存在的主要问题仍然是液化效率低、投资大、能耗高。因此，提升液化效率和能量利用效率是一个亟待解决的问题。
[0005]氢液化普遍包含膨胀步骤，目前来看，在氢液化系统中，涉及膨胀功回收的系统非常少。而且膨胀机大多使用油轴承，回收膨胀功时会污染返流氢气，若返流氢气中含油过多，则油可能在循环氢气中凝固，导致堵塞换热器通道。如果需要把油除去，会增加系统运行成本，不够经济。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统，以降低氢液化过程中的能耗，提升氢液化效率，并且消除回收膨胀功时对氢气产生的污染。
[0007]本专利技术提供了一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统，包含：预冷单元，氢液化单元，循环单元；所述预冷单元包含第一换热器，用于给原料氢流股预冷；所述氢液化单元包含第二换热器、气液分离器；所述原料氢流股离开所述预冷单元，经过所述第二换热器形成气液两相后，到达所述气液分离器，其中气相记为第一返流流股，作为冷流股回流到第二换热器；而液相通往产品收集容器；所述循环单元包含至少1台压缩机组和若干膨胀机；所述膨胀机均包含压缩端，其利用所述膨胀机的膨胀功给气体加压；所述膨胀机选用气体轴承膨胀机；轴承气为氢气，由所述压缩机组或所述膨胀机压缩端的氢气分出一股提供；所述轴承气在进入轴承前，先通过一减压阀减压至0.6~0.8MPa；所述膨胀机包含第一膨胀机和第二膨胀机，所述第一、第二膨胀机数量均为0~4台；所述第一返流流股从所述第二换热器流经所述第一膨胀机的压缩端后，及所述第二返流流股从所述第二换热器流经所述第二膨胀机的压缩端后，均通向所述压缩机组且合并，合并后的流股记为循环氢气流股；
所述循环氢气流股通过所述第一换热器预冷后分为膨胀流股和补充流股，所述补充流股经过所述第二换热器后，到达所述气液分离器；所述膨胀流股经过所述第二换热器、以及所述膨胀机的膨胀端降温降压后，又作为冷流股依次流向所述第二换热器、第一换热器，最终回到所述压缩机组且并入所述循环氢气流股。
[0008]较佳地，所述氢液化单元还设有第一J
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T阀、第二J
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T阀；若干所述原料氢流股经过所述第二换热器后，还经过所述第一J
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T阀降温降压，形成气液两相；所述补充流股，经过所述第二换热器后，还经过所述第二J
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T阀降温降压，形成气液两相。
[0009]较佳地，所述第二换热器的原料氢通道内设有正仲氢催化剂，所述正仲氢催化剂用于对所述原料氢进行连续的正仲转化。
[0010]较佳地，所述第二返流流股从第二换热器流出后，作为冷流股经过所述第一换热器，再依次流经所述第二膨胀机的压缩端。
[0011]较佳地，所述压缩机组仅包含一台压缩机组，所述第二返流流股、第一返流流股、膨胀流股汇合形成所述循环氢气流股后，再进入所述压缩机组压缩。
[0012]较佳地，所述第一返流流股从第二换热器流出后，作为冷流股经过所述第一换热器后，再依次流经所述第一膨胀机的压缩端。
[0013]较佳地，所述膨胀流股交替经过所述第二换热器和膨胀机。
[0014]较佳地，所述预冷单元还包含第一净化器和正仲氢转化器；原料氢流股经过所述第一换热器预冷；然后依次经过所述第一净化器和正仲氢转化器，转化到正仲氢含量处于平衡态后，再次经过第一换热器，冷却至冷剂设计温区。
[0015]进一步地，还设有第二净化器，所述循环氢气流股通过所述第二净化器除去杂质，所述第一净化器和第二净化器用于吸附杂质气体。
[0016]较佳地，所述循环单元还包含第三换热器，用于给压缩机内的气体降温。
[0017]较佳地，所述膨胀机的数量为2
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5台。
[0018]较佳地，所述氢液化系统包含控制装置，所述第一换热器、第二换热器、正仲氢转化器中均分别设置有温度传感器、压力传感器和流量传感器并且与所述控制装置相连接。
[0019]较佳地，所述正仲氢催化剂选用金属催化剂或磁性催化剂，所述金属催化剂为铁、铂、镍、钯中的一种。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的回收膨胀功的液氢运输船再液化系统的有益效果包含：（1）本专利技术利用氢膨胀冷却为氢气提供冷量，并且再用气氢去回收膨胀过程中产生的膨胀功对气氢进行压缩，在回收膨胀功的同时还减少了系统的压缩机的用量及体积，在使用本系统之后可以减少5%
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10%的压缩能耗。
[0021]（2）本专利技术使用气体轴承膨胀机，轴承气为氢气，相比起油轴承，膨胀功回收过程避免了氢液化系统受到污染，也无需承担除油所需的成本。
[0022]（3）本专利技术通过设置过冷器，减少了液氢的闪蒸，使液氢蒸发损失小，安全隐患小。
[0023]（4）理想情况下，通过对膨胀机参数的设计，所述第一返流流股和第二返流流股离开所述膨胀机的压缩端后，其压力均与离开第一换热器的膨胀流股相同。此时只需要一台压缩机组来加压。减少了压缩机数量，节约用地约20%，节约了系统的成本。
[0024]（5）所述第二返流流股和第一返流流股从第二换热器流出后，作为冷流股经过所述第一换热器后，再依次流经所述膨胀机的压缩端，充分利用了这两个流股的冷能，减少冷量浪费。
[0025]（6）本专利技术可用于液氢运输船的再液化，也可用于陆地上的氢液化过程。
附图说明
[0026]图1是本专利技术提供的一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统理想设计情况下的示意图；图2是本专利技术提供的一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统一般设计情况下的示意图。
[0027]附图标记：11
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第一净化器；12
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正仲氢转化器；13
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第一换热器；14
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第二净化器；21
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第二换热器；22
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第一J
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T阀；23
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气液分离器；24
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统，其特征在于，包含：预冷单元，氢液化单元，循环单元；所述预冷单元包含第一换热器，用于给原料氢流股预冷；所述氢液化单元包含第二换热器、气液分离器、过冷器；所述原料氢流股离开所述预冷单元，经过所述第二换热器形成气液两相后，到达所述气液分离器，其中气相记为第一返流流股，作为冷流股回流到所述第二换热器；而液相进入过冷器冷却到18K
±
5K后，分流为产品流股和第二返流流股；所述产品流股通往产品收集容器；所述第二返流流股节流降压后，作为冷流股依次回流至所述过冷器和所述第二换热器；所述循环单元包含至少1台压缩机组和若干膨胀机；所述膨胀机均包含压缩端，其利用所述膨胀机的膨胀功给气体加压；所述膨胀机选用气体轴承膨胀机；轴承气为氢气，由所述压缩机组或所述膨胀机压缩端的氢气分出一股提供；所述轴承气在进入轴承前，先通过一减压阀减压至0.6~0.8MPa；所述膨胀机包含第一膨胀机和第二膨胀机，所述第一、第二膨胀机数量均为0~4台；所述第一返流流股从所述第二换热器流经所述第一膨胀机的压缩端后，及所述第二返流流股从所述第二换热器流经所述第二膨胀机的压缩端后，均通向所述压缩机组且合并，合并后的流股记为循环氢气流股；所述循环氢气流股通过所述第一换热器预冷后分为膨胀流股和补充流股，所述补充流股经过所述第二换热器后，到达所述气液分离器；所述膨胀流股经过所述第二换热器、以及所述膨胀机的膨胀端降温降压后，又作为冷流股依次流向所述第二换热器、第一换热器，最终回到所述压缩机组且并入所述循环氢气流股。2.如权利要求1所述的回收膨胀功的液氢运输船再液化系统，其特征在于，所述氢液化单元还设有第一J
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T阀、第二J
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T阀、第三J
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T阀，用于节流降压；所述原料氢流股经过所述第二换热器后，还经过所述第一J
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【专利技术属性】
技术研发人员：魏颖，何炜，冯宪高，
申请(专利权)人：中太海事技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：