【技术实现步骤摘要】
本申请涉及低温制冷和储氢，特别涉及一种微小型氢液化系统。
技术介绍
1、氢气清洁污染，是重要的二次能源载体。然而氢气密度低、沸点低，储运极为困难，亟需发展高密度储氢方法。氢气液化后密度达到70kg/m3级别，液态储氢密度高，是目前主流的商业化高密度储氢方法。除常规的大规模氢液化项目外，部分氢储能设施、分布式绿氢场站等对微小型氢液化系统也有一定需求。然而，现有氢液化系统主要采用氦膨胀和氢膨胀制冷，由于微型氢/氦膨胀机设计制造难度极大且效率较低，一般情况下规格大于300kg/d；而采用高压节流或低温制冷机冷头直接冷却的微小型氢液化方法能耗较高，一般仅用于实验研究，不具备商用价值。
2、综上，现有的大型氢液化系统难以直接小型化，而微小型氢液化系统能耗较高，无法满足特殊应用场景下对产能300kg/d以下微小型高效氢液化装置的需求。
技术实现思路
1、鉴于此，有必要针对当前的微小型氢液化系统难以直接小型化的技术缺陷提供一种可满足小规模氢液化技术的需求的微小型氢液化系统。
2、为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
3、本申请目的之一，提供了一种微小型氢液化系统，包括：氢气压缩机组(1)、混合工质预冷机组(2)、低温制冷机组(3)和低温产液装置(4)；所述氢气压缩机组(1)包括氢气压缩机(101)和氢气后冷却器(102)；所述混合工质预冷机组(2)包括混合工质压缩机(201)、混合工质后冷却器(202)、混合工质回热器(203)及混合工质节流元件(204)
4、原料氢气在所述氢气压缩机(101)中增压后形成高压原料氢气，所述高压原料氢气在所述氢气后冷却器(102)中冷却至常温，冷却至常温的高压原料氢气进入所述混合工质回热器(203)；
5、混合工质经所述混合工质压缩机(201)增压再经所述混合工质后冷却器(202)冷却至常温后形成高压混合工质，所述高压混合工质经所述混合工质回热器(203)进入所述混合工质节流元件(204)并在所述混合工质节流元件(204)中节流降温降压形成低压混合工质，所述低压混合工质经所述混合工质回热器(203)后返回至所述混合工质压缩机(201)以实现混合工质节流制冷循环，；
6、经所述混合工质回热器(203)的高压原料氢气进入所述氢气回热器(301)再进入所述氢气冷却器(302)，所述低温制冷机本体(303)产生的冷量传导至所述氢气冷却器(302)，在所述冷量的作用下使得位于所述氢气冷却器(302)内的高压原料氢气冷却形成低温高压原料氢气；
7、所述低温高压原料氢气经所述氢减压元件(401)经所述氢减压元件(401)降温降压后形成低压两相氢，所述低压两相氢进入所述气液分离器(402)进行气液分离，分离出的液氢作为产品导出，分离出的低压气氢依次经所述氢气回热器(301)和所述混合工质回热器(203)返回至所述氢气压缩机(101)；
8、所述高压混合工质及所述高压原料氢气在所述混合工质回热器(203)中可被返回的所述低压混合工质及所述低压气氢冷却至液氮温区；所述高压原料氢气在所述氢气回热器(301)中可被返回的低压气氢冷却；
9、所述混合工质预冷机组(2)所采用的混合工质为多元深冷混合工质，所述多元深冷混合工质包括氦气、氢气、氖气、甲烷、四氟化碳、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、异丁烷、异戊烷中的两种或两种以上混合组成；
10、所述混合工质预冷机组(2)可采用linde-hampson循环或一级分离循环或二级分离循环；
11、所述高压原料氢气在所述低温制冷机组(3)中形成的低温高压原料氢气的温度范围在20k～75k。
12、本申请目的之二，还提供了一种微小型氢液化系统，包括：氢气压缩机组(1)、开式结构的混合工质预冷机组(2)、低温制冷机组(3)和低温产液装置(4)；所述氢气压缩机组(1)包括氢气压缩机(101)和氢气后冷却器(102)；所述混合工质预冷机组(2)包括制冷工质储罐(205)、制冷工质节流元件(204a)和预冷换热器(203a)；所述低温制冷机组(3)包括低温制冷机本体(303)、氢气冷却器(302)和氢气回热器(301)；所述低温产液装置(4)包括氢减压元件(401)和气液分离器(402)；其中：
13、原料氢气在所述氢气压缩机(101)中增压后形成高压原料氢气，所述高压原料氢气在所述氢气后冷却器(102)中冷却至常温，冷却至常温的高压原料氢气进入所述预冷换热器(203a)；
14、所述制冷工质储罐(205)中的制冷工质经所述制冷工质节流元件(204a)节流后进入所述预冷换热器(203a)中释放冷量；
15、经所述混合工质回热器(203)的高压原料氢气进入所述氢气回热器(301)再进入所述氢气冷却器(302)，所述低温制冷机本体(303)产生的冷量传导至所述氢气冷却器(302)，在所述冷量的作用下使得位于所述氢气冷却器(302)内的高压原料氢气冷却形成低温高压原料氢气；
16、所述低温高压原料氢气经所述氢减压元件(401)降温降压后形成低压两相氢，所述低压两相氢进入所述气液分离器(402)进行气液分离，分离出的液氢作为产品导出，分离出的低压气氢依次经所述氢气回热器(301)和所述预冷换热器(203a)返回至所述氢气压缩机(101)；
17、所述高压混合工质及所述高压原料氢气在所述预冷换热器(203a)中可被返回的所述低压混合工质及所述低压气氢冷却至液氮温区；所述高压原料氢气在所述氢气回热器(301)中可被返回的低压气氢冷却；所述制冷工质可采用但不限于液氮、氮气-氦气混合物、氮气-甲烷混合物、液化天然气中的一种，所述制冷工质储罐(205)中的制冷工质经制冷工质节流元件(204a)节流后进入所述预冷换热器(203a)中释放冷量，与返回的低压气氢一同将高压原料氢气冷却至目标预冷温度，所述目标预冷温度为77～120k。
18、在其中一些实施例中，原料氢气在所述氢气压缩机(101)中增压后形成高压原料氢气其目标压力包括但不限于0.5-20mpa区间内某一优化的压力值。
19、在其中一些实施例中，所述低温制冷机本体(303)采用斯特林制冷机、g-m制冷机、脉冲管制冷机中的一种或多种组合。
20、在其中一些实施例中，所述氢气冷却器(302)内填充有正仲氢转化催化剂，以将所述原料高压氢气中的正氢转化为仲氢。
21、在其中一些实施例中，所述低温制冷机组(3)包括多级串联组合的低温制冷机本体、氢气冷却器和氢气回热器，所述高压原料氢气依次在各级氢气冷却器和氢气回热器中被冷却至目标温度。
22、在其中一些实施例中，所述氢减压元件(401)为氢节流元件。
23、在其中一些实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微小型氢液化系统，其特征在于，包括：氢气压缩机组(1)、混合工质预冷机组(2)、低温制冷机组(3)和低温产液装置(4)；所述氢气压缩机组(1)包括氢气压缩机(101)和氢气后冷却器(102)；所述混合工质预冷机组(2)包括混合工质压缩机(201)、混合工质后冷却器(202)、混合工质回热器(203)及混合工质节流元件(204)；所述低温制冷机组(3)包括低温制冷机本体(303)、氢气冷却器(302)和氢气回热器(301)；所述低温产液装置(4)包括氢减压元件(401)和气液分离器(402)；其中：
2.一种微小型氢液化系统，其特征在于，包括：氢气压缩机组(1)、开式结构的混合工质预冷机组(2)、低温制冷机组(3)和低温产液装置(4)；所述氢气压缩机组(1)包括氢气压缩机(101)和氢气后冷却器(102)；所述混合工质预冷机组(2)包括制冷工质储罐(205)、制冷工质节流元件(204A)和预冷换热器(203A)；所述低温制冷机组(3)包括低温制冷机本体(303)、氢气冷却器(302)和氢气回热器(301)；所述低温产液装置(4)包括氢减压元件(401)和气液分离
3.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，原料氢气在所述氢气压缩机(101)中增压后形成高压原料氢气其目标压力包括但不限于0.5-20MPa区间内某一优化的压力值。
4.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，所述低温制冷机本体(303)采用斯特林制冷机、G-M制冷机、脉冲管制冷机中的一种或多种组合。
5.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，所述氢气冷却器(302)内填充有正仲氢转化催化剂，以将所述原料高压氢气中的正氢转化为仲氢。
6.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，所述低温制冷机组(3)包括多级串联组合的低温制冷机本体、氢气冷却器和氢气回热器，所述高压原料氢气依次在各级氢气冷却器和氢气回热器中被冷却至目标温度。
7.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，所述氢减压元件(401)为氢节流元件。
8.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，所述氢减压元件(401)为氢引射器(403)，所述低温高压原料氢气进入所述氢引射器(403)并由所述氢引射器(403)提供引射驱动力进入所述气液分离器(402)进行气液分离，分离出的液氢作为产品导出，分离出的低压气氢部分作为被引射流体进入所述氢引射器(403)，分离出的低压气氢另一部依次经所述氢气回热器(301)和所述混合工质回热器(203)或所述预冷换热器(203A)返回至所述氢气压缩机(101)。
9.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，所述氢减压元件(401)为氢两相膨胀机(404)，所述低温高压原料氢气经所述氢两相膨胀机(404)降温降压后形成低压两相氢，所述低压两相氢进入所述气液分离器(402)进行气液分离，分离出的液氢作为产品导出，分离出的低压气氢依次经所述氢气回热器(301)和所述混合工质回热器(203)或所述预冷换热器(203A)返回至所述氢气压缩机(101)，所述氢两相膨胀机(404)可采用活塞式、螺杆式、透平式等多种结构中的一种或多种的串联、并联组合。
...【技术特征摘要】
1.一种微小型氢液化系统，其特征在于，包括：氢气压缩机组(1)、混合工质预冷机组(2)、低温制冷机组(3)和低温产液装置(4)；所述氢气压缩机组(1)包括氢气压缩机(101)和氢气后冷却器(102)；所述混合工质预冷机组(2)包括混合工质压缩机(201)、混合工质后冷却器(202)、混合工质回热器(203)及混合工质节流元件(204)；所述低温制冷机组(3)包括低温制冷机本体(303)、氢气冷却器(302)和氢气回热器(301)；所述低温产液装置(4)包括氢减压元件(401)和气液分离器(402)；其中：
2.一种微小型氢液化系统，其特征在于，包括：氢气压缩机组(1)、开式结构的混合工质预冷机组(2)、低温制冷机组(3)和低温产液装置(4)；所述氢气压缩机组(1)包括氢气压缩机(101)和氢气后冷却器(102)；所述混合工质预冷机组(2)包括制冷工质储罐(205)、制冷工质节流元件(204a)和预冷换热器(203a)；所述低温制冷机组(3)包括低温制冷机本体(303)、氢气冷却器(302)和氢气回热器(301)；所述低温产液装置(4)包括氢减压元件(401)和气液分离器(402)；其中：
3.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，原料氢气在所述氢气压缩机(101)中增压后形成高压原料氢气其目标压力包括但不限于0.5-20mpa区间内某一优化的压力值。
4.如权利要求1或2所述的微小型氢液化系统，其特征在于，所述低温制冷机本体(303)采用斯特林制冷机、g-m制冷机、脉冲管制冷机中的一种或多种组合。
5.如权利要求1或2所述的微小型氢液...
【专利技术属性】
技术研发人员：王昊成，董学强，公茂琼，郭浩，邹爱红，房乐，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。