[發明專利]氫氣液化預冷裝置

有效

• 申請號: 201810522509.0
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108562111B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 郭道峰;倪中華;嚴巖;魏蔚;鄔海強;王凌坤;王秋霞
• 申請（專利權）人: 江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02;F25J5/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳虹霞

本發明公開了一氫氣液化預冷裝置，包括：液氫儲罐、液氮預冷裝置、氫氣液化冷箱、液氮液化冷箱、第一壓縮機組和第二壓縮機組；裝置能很好地回收利用從液氫儲罐中氣化的低溫氣態氫，既能避免直接釋放低溫氣態氫帶來的安全隱患及能源浪費，還能為氫氣液化提供冷量，同時結合液氮預冷裝置，降低氫氣液化所需能耗，降低成本。

技術領域

本發明涉及氫氣液化技術，尤其涉及一種氫氣液化預冷裝置。

背景技術

隨著工業的發展和人們物質生活水平的提高，能源的需求也與日俱增。由于煤炭、石油等化石能源在使用時不可避免地會污染環境，再加上其儲量有限，人類面臨著開發高效、潔凈的二次能源的艱巨挑戰，因而尋找可再生的綠色能源迫在眉睫。氫作為可從多種途徑獲取的理想能源載體，是化石能源向可再生能源過渡的重要橋梁之一，將為終端能源利用提供新的重要形式。

氫氣液化技術的核心是氫氣的液化部分，氫氣的臨界溫度和轉化溫度低，汽化潛熱小，其理論最小液化功在所有氣體當中是最高的。由于氫氣的液化溫度很低，所以只有將氫氣預冷卻到一定溫度以下，再節流膨脹才能產生冷效應，因而對氫氣進行冷卻處理的冷卻效果至關重要。

發明內容

氫氣液化裝置包括：氫氣液化冷箱和液氫液化冷箱，經凈化處理后的氣態氫先進入氫氣液化冷箱中進行預冷及氣態氫正仲轉化，然后再進入液氫液化冷箱中進行預冷及液態氫正仲轉化，最終得到液氫并存儲于液氫儲罐中。

液氫是由氫氣經過降溫而得到的液體，是一種無色、無味的高能低溫液體燃料，是仲氫（p-H2）和正氫（o-H2）的混合物。正氫和仲氫是分子氫的兩種自旋異構體，這種異構現象是由于兩個氫原子的核自旋有兩種可能的偶合而引起的。正氫中兩個核的自旋是平行的，仲氫中兩個核的自旋則是反平行的。仲氫分子的磁矩為零，正氫分子的磁矩為質子磁矩的兩倍。仲氫與正氫的化學性質完全相同，而物理性質有所差異，表現為仲氫的基態能量比正氫低。在室溫或高于室溫時，正、仲氫的平衡組成為75:25，稱為標準氫（n-H2）或正常氫。低于常溫時，正仲氫的平衡組成將發生變化，仲氫所占的百分比增加。氣態氫的正仲態轉化在存在催化劑的情況下才能發生，而液氫則在沒有催化劑的情況下自會自發地發生正仲轉化，由正氫轉化為仲氫。液氫的正仲轉化是一放熱反應，轉化過程中放出的熱量和轉化時的溫度有關。為減少正仲氫轉化放熱造成的液氫蒸發損失，所有液氫產品中要求仲氫含量至少在95%以上，即要求液化時將正氫基本上都催化轉化為仲氫。

在實際使用過程中，仲氫含量在95%以上的液氫，雖然很大程度上減少了正仲氫轉化放熱造成的液氫蒸發損失，但是受外部溫度等其他因素的影響，存儲于液氫儲罐中的液氫不可避免會有部分氣化成低溫氣態氫。如若將氣化后的低溫氣態氫直接釋放于外部環境中，不僅浪費能量，而且還會存在安全隱患，而直接燃燒掉該低溫氣態氫，也是一種能量浪費現象。

本發明所需解決的技術問題是：提供一種為氫氣液化提供冷量的氫氣液化預冷裝置，該裝置能很好地回收利用從液氫儲罐中氣化的低溫氣態氫，既能避免直接釋放低溫氣態氫帶來的安全隱患及能源浪費，還能為氫氣液化提供冷量，同時結合液氮預冷裝置，降低氫氣液化所需能耗，降低成本。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：所述的氫氣液化預冷裝置包括：液氫儲罐、液氮預冷裝置、氫氣液化冷箱、液氮液化冷箱、第一壓縮機組和第二壓縮機組。

所述氫氣液化冷箱包括：熱交換器A和第一反應器；在熱交換器A中設置有第一液氮通道、循環氫氣通道A、第一循環氫氣返回通道A、第二循環氫氣返回通道A，所述的第一液氮通道、循環氫氣通道A、第一循環氫氣返回通道A和第二循環氫氣返回通道A相互獨立；在第一反應器中設置有第二液氮通道和第一循環氫氣通道，所述的第二液氮通道和第一循環氫氣通道相互獨立。