一种氢氦氖混合气膨胀制冷的氢液化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氢氦氖混合气膨胀制冷的氢液化装置，属于制冷与低温工程技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种氢氦氖混合气膨胀制冷的氢液化装置


[0001]本专利技术属于制冷与低温工程
，具体涉及一种氢氦氖混合气膨胀制冷的氢液化装置
。

技术介绍

[0002]随着化石能源被过度地开采和利用，由此引发的二氧化碳大量排放已成为当今全球所面临最紧迫的环境问题
。
绿色清洁能源的开发利用是未来重要的研究方向
。
除核燃料外，氢的单位质量热值是所有化石燃料
、
化工燃料和生物燃料中最高的，而且燃烧产物只有水
。
因此，氢能被视为
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世纪最具发展潜力的清洁能源，将在改善能源结构
、
推动能源革命和实现节能减排中发挥不可或缺的作用
。
[0003]氢气的直接储运有两种形式：液氢和气氢
。
常压下液氢的密度为
70.8kg/m3，分别是
20、35
和
70MPa
高压气氢的
5、3
和
1.8
倍，表明液氢具有储存和长途运输的经济优势
。
现阶段，一方面大型氢
/
氦压缩机和膨胀机研制困难，另一方面液化系统比能耗高达
11.9
～
13.8kWh/kg
液氢，这些都制约了液氢产业化的发展
。
因此，亟需提供一种设备制造难度低
、
能耗低的氢液化装置
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中氢液化过程中设备制造困难
、
能耗高的问题
。
本专利技术提供一种氢氦氖混合气膨胀制冷的氢液化装置，使预冷循环比能耗低于
1.3kWh/kg
液氢
、
氢氦氖膨胀制冷循环比能耗低于
4.4kWh/kg
液氢
、
循环氢压缩比能耗低于
0.3kWh/kg
液氢，整套装置比能耗低于
6.0kWh/kg
液氢
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种氢氦氖混合气膨胀制冷的氢液化装置，氢液化装置包括预冷冷箱
、
深冷冷箱
、
低温吸附器
、
冷剂储罐
、
一级混合气压缩机组
、
二级混合气压缩机组
、
循环氢压缩机组
、
液氢储罐，且相互之间通过管道连接
。
[0007]预冷冷箱中设有一级换热器
。
深冷冷箱中设有二级换热器
、
氢气液分离罐
、
一级膨胀机组
、
二级膨胀机组和三级膨胀机组
。
氢液化装置的具体结构如下：
[0008]来自上游净化的原料氢通过第一管道与一级换热器的第一热侧进口连接
。
一级换热器的第一热侧出口通过第二管道与低温吸附器的进口连接
。
低温吸附器的出口通过第三管道与二级换热器的第一热侧进口连接
。
二级换热器的第一热侧出口依次通过第四管道和第五管道与氢气液分离罐的进口连接
。
氢气液分离罐的顶部出口通过第七管道与二级换热器的第一冷侧进口连接
。
二级换热器的第一冷侧出口通过第八管道与循环氢压缩机组的进口连接
。
循环氢压缩机组的出口通过第九管道与原料氢汇聚至第一管道的进口，构成循环
。
氢气液分离罐的底部出口通过第六管道连接液氢储罐
。
[0009]氢液化装置的深冷冷箱中采用氢氦氖混合气膨胀制冷循环
。
具体结构如下：
[0010]一级混合气压缩机组的进口接收来自第十六混合气管道的氢氦氖混合气，一级混
合气压缩机组的出口与第一混合气管道的进口连接，且第一混合气管道的出口分为第二混合气管道和第三混合气管道两条支路
。
[0011]第三混合气管道与二级换热器的第二热侧进口连接
。
二级换热器的第二热侧出口通过第八混合气管道与一级膨胀机组的进口连接
。
一级膨胀机组的出口与第十一混合气管道的进口连接
。
[0012]第二混合气管道与二级混合气压缩机组的进口连接
。
二级混合气压缩机组的出口分为第四混合气管道和第五混合气管道两条支路
。
第五混合气管道的出口与二级换热器的第三热侧进口连接
。
第四混合气管道的出口与二级换热器的第四热侧进口连接
。
[0013]二级换热器的第三热侧出口通过第七混合气管道与二级膨胀机组的进口连接
。
二级膨胀机组的出口与第十混合气管道的进口连接
。
二级换热器的第四热侧出口通过第六混合气管道与三级膨胀机组的进口连接
。
三级膨胀机组的出口通过第九混合气管道与二级换热器的第四冷侧进口连接
。
二级换热器的第四冷侧出口与第十二混合气管道的进口连接，第十二混合气管道的出口与第十混合气管道的出口汇聚至第十三混合气管道的进口
。
十三混合气管道的出口与二级换热器的第三冷侧进口连接
。
[0014]二级换热器的第三冷侧出口与第十四混合气管道的进口连接
。
第十四混合气管道的出口与第十一混合气管道的出口汇聚至第十五混合气管道的进口
。
第十五混合气管道的出口与二级换热器的第二冷侧进口连接
。
二级换热器的第二冷侧出口通过第十六混合气管道与一级混合气压缩机组的进口连接，构成氢氦氖混合气膨胀制冷循环
。
[0015]作为优选，上述预冷冷箱为常压冷箱，深冷冷箱为真空冷箱
。
[0016]作为优选，上述预冷冷箱中采用预冷循环，预冷循环采用液氮制冷
、
氮循环制冷或混合冷剂制冷循环
。
[0017]作为优选，上述第四管道和第五管道之间设有氢气节流阀
。
[0018]作为优选，上述一级换热器和二级换热器均为铝制板翅式换热器，其中二级换热器原料氢通道中根据制冷温区装填对应催化性能的正仲氢转化催化剂
。
[0019]作为优选，上述低温吸附器中装填用于去除原料氢中易冻结杂质的分子筛
。
[0020]作为优选，上述冷剂储罐包括氢氦氖回收罐
、
氦气储罐和氖气储罐
。
氢氦氖回收罐
、
氦气储罐和氖气储罐均通过管道与第十六混合气管道连接，用于调节氢氦氖混合气的组成
。
[0021]作为优选，上述氢氦氖混合气组成为
2.5mol
％氢气
、63.3mol
％氦气和
34.2mol...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氢氦氖混合气膨胀制冷的氢液化装置，其特征在于，所述氢液化装置包括预冷冷箱
、
深冷冷箱
、
低温吸附器
(S1)、
冷剂储罐
、
一级混合气压缩机组
(K2)、
二级混合气压缩机组
(K3)、
循环氢压缩机组
(K1)、
液氢储罐
(T1)
，且相互之间通过管道连接；预冷冷箱中设有一级换热器
(HE1)
；深冷冷箱中设有二级换热器
(HE2)、
氢气液分离罐
(D1)、
一级膨胀机组
(E1)、
二级膨胀机组
(E2)
和三级膨胀机组
(E3)
；所述氢液化装置的具体结构如下：来自上游净化的原料氢通过第一管道
(H1)
与一级换热器
(HE1)
的第一热侧进口连接；所述一级换热器
(HE1)
的第一热侧出口通过第二管道
(H2)
与低温吸附器
(S1)
的进口连接；所述低温吸附器
(S1)
的出口通过第三管道
(H3)
与二级换热器
(HE2)
的第一热侧进口连接；所述二级换热器
(HE2)
的第一热侧出口依次通过第四管道
(H4)
和第五管道
(H5)
与氢气液分离罐
(D1)
的进口连接；所述氢气液分离罐
(D1)
的顶部出口通过第七管道
(H7)
与二级换热器
(HE2)
的第一冷侧进口连接；所述二级换热器
(HE2)
的第一冷侧出口通过第八管道
(H8)
与循环氢压缩机组
(K1)
的进口连接；所述循环氢压缩机组
(K1)
的出口通过第九管道
(H9)
与原料氢汇聚至第一管道
(H1)
的进口，构成循环；所述氢气液分离罐
(D1)
的底部出口通过第六管道
(H6)
连接液氢储罐
(T1)
；所述氢液化装置的深冷冷箱中采用氢氦氖混合气膨胀制冷循环；具体结构如下：所述一级混合气压缩机组
(K2)
的进口接收来自第十六混合气管道
(L16)
的氢氦氖混合气，一级混合气压缩机组
(K2)
的出口与第一混合气管道
(L1)
的进口连接，且第一混合气管道
(L1)
的出口分为第二混合气管道
(L2)
和第三混合气管道
(L3)
两条支路；所述第三混合气管道
(L3)
与二级换热器
(HE2)
的第二热侧进口连接；所述二级换热器
(HE2)
的第二热侧出口通过第八混合气管道
(L8)
与一级膨胀机组
(E1)
的进口连接；所述一级膨胀机组
(E1)
的出口与第十一混合气管道
(L11)
的进口连接；所述第二混合气管道
(L2)
与二级混合气压缩机组
(K3)
的进口连接；所述二级混合气压缩机组
(K3)
的出口分为第四混合气管道
(L4)
和第五混合气管道
(L5)
两条支路；所述第五混合气管道
(L5)
的出口与二级换热器
(HE2)
的第三热侧进口连接；所述第四混合气管道
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高章成，苟文广，陈环琴，章有虎，
申请(专利权)人：杭州中泰深冷技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：