一种混合制冷剂预冷的氢气液化系统技术方案

本发明专利技术特别涉及一种混合制冷剂预冷的氢气液化系统，属于低温液化技术领域，系统包括：原料氢气冷却管线，包括氢气压缩、纯化装置、预冷单元和深冷单元；预冷单元在预冷冷箱内进行换热，预冷冷箱包括依次连接的第一预冷段和第二预冷段；预冷循环管线，预冷循环管线采用二级换热；深冷单元在深冷冷箱进行换热；深冷循环管线；液氢储罐，液氢储罐连通氢气冷却管线，预冷循环管线采用二级换热，在氢液化的预冷阶段采用混合制冷剂，在深冷段使用混合制冷剂(氢和氦混合物)多级膨胀制冷，对氢液化流程的温度区段划分进行优化，通过逐级冷却、多级膨胀制冷的方式，氢气和混合制冷剂的温差小，因此减小了换热损失，降低了能耗。降低了能耗。降低了能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种混合制冷剂预冷的氢气液化系统


[0001]本专利技术属于低温液化
，特别涉及一种混合制冷剂预冷的氢气液化系统。

技术介绍

[0002]目前运行的氢液化装置,效率普遍都较低，仅为20～30％，而且初投资大。过去几十年，许多研究者都在研究如何提高氢液化的效率。由于氢液化流程具有较宽的温度范围，使用单级或多级预冷可以提高热效率并降低能耗。按照制冷方式的不同，主要的氢液化系统有：预冷的Linde
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Hampson系统、预冷型Claude系统和氦制冷的氢液化系统。上述三种流程形式各有特点，Linde－Hampson循环能耗高、效率低。Claude循环综合考虑设备以及运行经济性，适用于大规模氢液化装置。氦制冷的氢液化装置由于近年来国际及国内氦制冷机的长足发展，其采用间壁式换热形式，但由于其存在换热温差，整机效率稍逊于Claude循环。对液氢制取流程进行研究和优化，用以提高循环效率是解决氢液化过程能耗高、装置效率较低的重要问题。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种混合制冷剂预冷的氢气液化系统，以解决目前氢液化过程能耗较高的问题。
[0004]本专利技术实施例提供了一种预冷、深冷采用混合制冷剂多级膨胀制冷的氢气液化系统，所述系统包括：
[0005]原料氢气冷却管线，所述氢气冷却管线依次连接压缩机、纯化装置、预冷单元、深冷单元
[0006]预冷系统，所述预冷系统包括预冷冷箱和预冷循环管线，所述预冷冷箱与所述预冷单元进行换热，所述预冷冷箱包括依次连接的第一预冷段和第二预冷段；所述预冷循环管线用以为所述预冷冷箱提供冷源，所述预冷循环管线包括依次连接的预冷制冷单元和换热单元，所述换热单元包括气液分离器、第一预冷管线和第二预冷管线，所述气液分离器和所述预冷制冷单元连通，用以接收并分离预冷混合冷剂，所述第一预冷管线一端连通所述气液分离器，所述第一预冷管线另一端连通所述预冷制冷单元，所述第一预冷管线包括依次连通的第一管线本体、第一降压装置和第一再冷管线；所述第一管线本体与所述第一预冷段和所述第二预冷段进行换热，所述第一再冷管线与所述第一预冷段和所述第二预冷段进行换热，所述第二预冷管线一端连通所述气液分离器，所述第一预冷管线另一端连通所述第一再冷管线，所述第二预冷管线包括依次连通的第二管线本体、第二降压装置和第二再冷管线，所述第二管线本体与所述第一预冷段进行换热，所述第二再冷管线与所述第一再冷管线连通，用以向所述第一预冷段提供冷源；
[0007]深冷系统，所述深冷系统包括用以冷却原料氢和深冷循环制冷剂的深冷冷箱和用以为所述深冷冷箱提供冷源的深冷循环管线；
[0008]液氢储罐，所述液氢储罐连通所述氢气冷却管线，用以储存冷却完成的产品液氢。
[0009]可选的，所述预冷制冷单元包括两段预冷混合冷剂压缩单元、氢气纯化器和正仲转化器。
[0010]可选的，所述深冷循环管线在所述预冷冷箱进行预冷。
[0011]可选的，所述深冷冷箱包括多个深冷段。
[0012]可选的，所述深冷循环管线包括深冷循环管线本体和多个中循环管线，所述中循环管线一端连通于任意一个深冷段后端的所述深冷循环管线本体，所述中循环管线另一端连通于所述深冷冷箱的前端的所述深冷循环管线本体，所述中循环管线与部分所述深冷段进行换热。
[0013]可选的，所述深冷段的数量为6个，所述中循环管线的数量为2个。
[0014]可选的，所述中循环管线设有至少一台氢气透平膨胀机。
[0015]可选的，所述深冷循环管线本体设有两个膨胀制冷单元，所述膨胀制冷单元包括循环制冷剂压缩机和换热器，所述中循环管线和所述深冷循环管线本体的连接点设于两个所述膨胀制冷单元之间。
[0016]可选的，所述中循环管线与所述预冷冷箱进行换热。
[0017]可选的，所述深冷段的制冷剂包括一种(单质氢)或者两种冷剂(氢和氦的混合物)，所述深冷段的制冷方式采用多级膨胀制冷的方式。
[0018]可选的，所述第一降压装置和第二降压装置为节流阀。
[0019]可选的，所述预冷混合冷剂包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氮气和氢气中的至少两种。
[0020]可选的，所述深冷单元包括多个深冷换热器，所述深冷换热器内间隔填充有氢正仲转换催化剂。
[0021]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0022]本专利技术实施例提供的混合制冷剂预冷的氢气液化系统，预冷循环管线采用二级换热，在氢液化的预冷阶段采用混合制冷剂，深冷段采用氢和氦的混合物多级膨胀制冷，由于氢气和混合制冷剂的温差小，因此减小了换热损失，降低了能耗。
[0023]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0025]图1是本专利技术实施例提供的系统的结构示意图；
[0026]附图标记：1
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第一预冷段，2
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第二预冷段，3
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第一深冷段，4
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第二深冷段，5
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第三深冷段，6
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第四深冷段，7
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第五深冷段，8
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第六深冷段，9
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一级冷剂压缩机，10
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二级冷剂压缩机，11
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第一低温段冷剂压缩机，12
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第二低温段冷剂压缩机，13
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第一膨胀机，14
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第二膨胀机，15
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泵，16
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冷却器，17
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J
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T阀，18
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引射器，19
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气液分离器。
具体实施方式
[0027]下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本专利技术，本专利技术的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0028]在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0029]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0030]本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合制冷剂预冷的氢气液化系统，其特征在于，所述系统包括：原料氢气冷却管线，所述氢气冷却管线依次连接压缩机、纯化装置、预冷单元、深冷单元预冷系统，所述预冷系统包括预冷冷箱和预冷循环管线，所述预冷冷箱与所述预冷单元进行换热，所述预冷冷箱包括依次连接的第一预冷段和第二预冷段；所述预冷循环管线用以为所述预冷冷箱提供冷源，所述预冷循环管线包括依次连接的预冷制冷单元和换热单元，所述换热单元包括气液分离器、第一预冷管线和第二预冷管线，所述气液分离器和所述预冷制冷单元连通，用以接收并分离预冷混合冷剂，所述第一预冷管线一端连通所述气液分离器，所述第一预冷管线另一端连通所述预冷制冷单元，所述第一预冷管线包括依次连通的第一管线本体、第一降压装置和第一再冷管线；所述第一管线本体与所述第一预冷段和所述第二预冷段进行换热，所述第一再冷管线与所述第一预冷段和所述第二预冷段进行换热，所述第二预冷管线一端连通所述气液分离器，所述第一预冷管线另一端连通所述第一再冷管线，所述第二预冷管线包括依次连通的第二管线本体、第二降压装置和第二再冷管线，所述第二管线本体与所述第一预冷段进行换热，所述第二再冷管线与所述第一再冷管线连通，用以向所述第一预冷段提供冷源；深冷系统，所述深冷系统包括用以冷却原料氢和深冷循环制冷剂的深冷冷箱和用以为所述深冷冷箱提供冷源的深冷循环管线；液氢储罐，所述液氢储罐连通所述氢气冷却管线，用以储存冷却完成的产品液氢。2.根据权利要求1所述的混合制冷剂预冷的氢气液化系统，其特征在于，所述预冷制冷单元包括两段预冷混合冷剂压缩单元、氢气纯化器和正仲转化器。3.根据权利要求1所述的混合制冷剂预冷的氢气液化系统，其特征在于，所述深冷循环管线在所述预冷冷箱进行预冷。4.根据权利要求1所述的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：林畅，郑雪枫，刘佳，安小霞，季鹏，马海燕，王红，肖峰，姜勇，杨娜，
申请(专利权)人：中国寰球工程有限公司，
类型：发明
国别省市：