用于液化氢气的方法和设备技术

在用于液化氢气的方法中，在不将富氢气体加热到0℃以上的温度的情况下，将富氢气体(27)从通过蒸馏和/或汽提和/或部分冷凝进行的分离装置(102)送到氢气液化器，离开分离装置的气体处于至多103K的温度和20

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于液化氢气的方法和设备


[0001]本专利技术涉及优选集成了包含一氧化碳和氢气的混合物的低温分离的氢气液化方法和设备。

技术介绍

[0002]Jean Gallarda，J3603的章节“Techniques de l
’
Ing
é
nieur”中描述了氢气的液化。
[0003]氢气被冷却，然后分以下三个阶段液化：
[0004].通过制冷单元从环境温度降至230K；
[0005].通过第一制冷循环从230K降至约80K；
[0006].通过第二制冷循环从约80K将至约20K。
[0007]300K和20K之间的热交换通过铜焊铝制多通道板式换热器进行。
[0008]对应于待液化气体流的通道包含催化剂，并使得有可能进行氢气的连续转化，直到实现大于95％的仲氢含量。
[0009]冷却至约80K是在用珍珠岩绝热的室内进行的。这种冷却，称为预冷，其是通过使用闭环氮循环或利用称为“增压”的添加低温液体(通常是液氮)的冷却来实现的，两者都消耗大量的能量。
[0010]从约80K到20K的冷却是在维持在大约10
‑6mmHg的真空室中进行的，该室的设备被多层绝热材料包围。这种包括液化的冷却是使用氢或氦循环进行的。氮循环尤其不能在如此低的温度下使用。

技术实现思路

[0011]本专利技术的一个目的是减少该方法的能量消耗，并且可能地通过取消预冷却阶段来省掉一部分装置。
[0012]根据本专利技术的主题，提供了一种集成了包含氢气和另一组分的第一混合物(1)的低温分离的用于液化氢气的方法，其中：
[0013]i)将第一混合物在辅助热交换器中至少冷却到120K、在120K以下的温度下通过部分冷凝和/或蒸馏和/或汽提来分离经冷却的第一混合物，以生产处于20
‑
30巴下的含有至少一种杂质的富氢流、以及在至多103K的低温下纯化所述富氢流，以降低其该至少一种杂质的含量，从而形成富氢气体；
[0014]ii)将来自用于通过蒸馏和/或汽提和/或部分冷凝进行分离的装置的富氢气体在不将所述富氢气体加热到0℃以上的温度的情况下送到氢气液化器，在至多103K的温度下从分离装置离开的该气体含有至少99.9摩尔％的氢气、优选至少99.99摩尔％的氢气、实际上甚至至少99.999摩尔％的氢气并且处于20
‑
30巴的压力下；
[0015]iii)将富氢气体在液化器的第一热交换器中于20巴至30巴的压力下从至多103K的温度冷却，
[0016]其特征在于，使富氢流在液化器的第二热交换器中从高于103K、优选大于0℃的温度冷却，并且使经冷却的流随后在第二热交换器中冷却，使富氢气体与压力和组成与富氢气体基本相同并且在第二热交换器中被冷却至富氢气体的温度的富氢流混合，以形成第二混合物，并且使所述第二混合物在所述第一热交换器中液化或者在已于所述第一热交换器中冷却后液化，以形成液态氢。
[0017]根据本专利技术的其他可选方面，其可以与科学和逻辑兼容的任何方式组合：
[0018]·
通过吸附来纯化所述富氢气体，以除去所述至少一种杂质，所述至少一种杂质是一氧化碳和/或氮气和/或甲烷；
[0019]·
第一混合物包含氢气和一氧化碳作为主要成分并且可能还含有甲烷和/或氮气；
[0020]·
富氢气体从蒸馏或汽提塔或相分离器中被提取出，所述塔或分离器在20
‑
30巴的绝对压力下操作；
[0021]·
该方法至少部分地通过制冷循环保持低温/冷量，该循环的流体在第一热交换器和任选的第二热交换器中被加热和冷却；
[0022]·
液化氢储存在储罐中，其蒸发/气化气体在第一和第二热交换器中被加热；
[0023]·
富氢气体在第一绝热室内部、在第一热交换器中或在第一热交换器下游被液化，并且在第二绝热室内部，第一混合物被冷却和/或分离，并且可选地，富氢流被纯化；
[0024]·
富氢气体与具有基本相同的压力、温度和组成的富氢流混合，并且第二混合物在第一热交换器中液化或在于第一热交换器中被冷却之后液化；
[0025].富氢流在第二热交换器中被冷却，并且随后与富氢气体混合；
[0026].富氢气体不在第一热交换器上游与另外的气体混合。
[0027]根据本专利技术的另一主题，提供一种氢气液化设备，其包括液化器，该液化器包括：第一热交换器；用于通过蒸馏和/或汽提和/或部分冷凝进行分离的装置；用于将处于至多103K的温度和20
‑
30巴的压力下的、来自所述用于通过蒸馏和/或汽提和/或部分冷凝进行分离的装置的富氢气体在不将所述富氢气体加热到0℃以上的温度的情况下输送至氢气液化器的机构，该富氢气体包含至少99.9摩尔％的氢气、优选至少99.99摩尔％的氢气、实际上甚至至少99.999摩尔％的氢气；和用于输送所述富氢气体以便在所述第一热交换器中于20
‑
30巴的压力下从至多103K的温度冷却的机构，其特征在于，所述氢气液化设备包括：第二热交换器；用于输送富氢流以便在第二热交换器中冷却的机构；用于将富氢气体与已在第二热交换器中冷却并且具有与富氢气体基本相同的压力、温度和组成的富氢流混合以形成第二混合物的机构；以及用于输送第二混合物以便在所述第一热交换器中液化或在于所述第一热交换器中冷却后被液化以形成液态氢的机构。
[0028]优选地，所述第一交换器位于第一绝热室中，并且第二交换器位于第二绝热室中，富氢气体和富氢流的混合之处位于第一和第二室的外部。
[0029]所述设备可包括利用氦或氢以便冷却以及可选地液化第二混合物的制冷循环。
[0030]通过向液化过程供给在所需压力和所需温度下可获得的富氢气体，能减小预冷却的热交换器的尺寸，实际上如果所有进料气体都来自已经处于合适压力和合适温度下的外部来源，则甚至可完全去掉预冷却的热交换器。
[0031]用于液化经冷却的气体以形成液态氢的机构可由第一热交换器和/或由在第一热
交换器下游的膨胀机构构成。
[0032]膨胀机构优选位于与热交换器相同的绝热室内，但也可位于专用绝热室内。
附图说明
[0033]将参照附图对本专利技术进行更详细的描述。
[0034][图1]示出了用于生产氢气的低温分离方法。
[0035][图2]和[图3]非常概略地示出了例如由[图1]的方法获得的氢气的液化方法。
具体实施方式
[0036][图1]示出了使用相分离器9、甲烷洗涤塔15、汽提塔25和用于分离一氧化碳和甲烷的塔45的方法，这些塔包含例如用于塔的规整填料，并且能够在低温下操作。
[0037]含有甲烷和一氧化碳的合成气1在到达热交换器7之前，在纯化单元3中被纯化除去了水和/或二氧化碳，在热交换器7中，合成气1被冷却至低温并部分冷凝。
[0038]两相在相分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种集成了包含氢气和另一组分的第一混合物(1)的低温分离的用于液化氢气的方法，其中：i)将所述第一混合物在辅助热交换器(7)中至少冷却至120K、在120K以下的温度下通过部分冷凝和/或蒸馏和/或汽提来分离经冷却的第一混合物，以生产处于20
‑
30巴下的含有至少一种杂质的富氢流、以及在至多103K的低温下纯化所述富氢流，以降低其所述至少一种杂质的含量，从而形成富氢气体；ii)将来自用于通过蒸馏和/或汽提和/或部分冷凝进行分离的装置的富氢气体(27)在不将所述富氢气体加热到0℃以上的温度的情况下送到氢气液化器，在至多103K的温度下从分离装置离开的该气体含有至少99.9摩尔％的氢气、优选至少99.99摩尔％的氢气、实际上甚至至少99.999摩尔％的氢气并且处于20
‑
30巴的压力下；iii)将所述富氢气体在液化器的第一热交换器(101)中于20
‑
30巴的压力下从至多103K的温度冷却，其特征在于，使富氢流(127)在液化器的第二热交换器(103)中从高于103K的温度冷却，并且使经冷却的流随后在所述第二热交换器中冷却，使所述富氢气体(27)与压力和组成与所述富氢气体基本相同并且已在所述第二热交换器中被冷却至所述富氢气体的温度的富氢流(127)混合，以形成第二混合物，并且使所述第二混合物在所述第一热交换器(101)中液化或者在已于所述第一热交换器中冷却后液化，以形成液态氢(111)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述富氢气体(27)通过吸附(102)被纯化，以除去所述至少一种杂质，所述至少一种杂质是一氧化碳和/或氮气和/或甲烷。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一混合物(1)包含氢气和一氧化碳作为主要组分并且可能还含有甲烷和/或氮气。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述富氢气体(27)从蒸馏或汽提塔(C)或从相分离器中被提取出，所述塔或分离器在20
‑
30巴的绝对压力下操作。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述方法至少部分地通过制冷循环(105)保持低温，该循环的流体在所述第一热交换器(101)中并且可选地在所述第二热交换器(103)中被加热和冷却。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，液化氢被储存在储罐中...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
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：