[發(fā)明專利]一種設置有三個串聯(lián)的透平膨脹機機組的氫氣液化設備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011189284.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112361711A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設計）人: 安剛;張震;蘭玉岐;楊昌樂;許鴻昊;姜天;徐明華
• 申請（專利權）人: 北京航天試驗技術研究所;北京航天雷特機電工程有限公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;郭德忠

本發(fā)明公開了一種設置有三個串聯(lián)的透平膨脹機機組的氫氣液化設備，該氫氣液化設備包括真空箱、氫氣純化裝置、預冷裝置、第一氫壓縮機機組、第二氫壓縮機機組、第一透平膨脹機機組、第二透平膨脹機機組、第三透平膨脹機機組、第一低溫吸附器、第二低溫吸附器、換熱器、正仲氫轉化器、調節(jié)閥、節(jié)流閥以及液氫儲罐；上述氫氣液化設備每天能夠生產液化氫氣5～10噸，采用三個透平膨脹機機組串聯(lián)制冷，并采用與高壓節(jié)流制冷并聯(lián)的氫氣制冷循環(huán)系統(tǒng)，原料氫氣經過多級正仲氫轉化器的轉化降溫液化，上述氫氣液化設備具有氫液化效率高、能耗低的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及氫能利用技術領域，具體涉及一種設置有三個串聯(lián)的透平膨脹機機組的氫氣液化設備。

背景技術

隨著全球工業(yè)化進程不斷加快，化石燃料消耗量日益增加，對環(huán)境造成的污染越來越嚴重，迫切需要尋找一種作為替代品的清潔燃料。氫是自然界存在最普遍的元素，構成了宇宙質量的75％，來源廣泛，制取途徑多樣，清潔無污染、具有最高的質量能量密度，這些獨特的優(yōu)勢使其在能源和化工領域具有廣泛應用。

氫可以作為化工原料，也可以作為火箭、燃氣輪機和內燃機的燃料，還可以利用燃料電池系統(tǒng)轉化為電能應用于汽車、船舶、鐵路、飛機等運輸行業(yè)及儲能領域。氫能技術應用面廣，將大幅度地減輕環(huán)境壓力，為提高能源的安全性做出貢獻。

氫能利用需要解決制取、儲運和應用等一系列問題，而規(guī)模化儲運則是氫能應用的瓶頸和關鍵。液氫是目前氫氣的主要儲運方式之一，在遠距離運輸、儲存等方面具有巨大的優(yōu)勢和經濟性，在氫能利用中發(fā)揮重要的作用。

氫氣的液化溫度很低，所以只有將氫氣冷卻到一定溫度以下，才能將其液化。這一過程需要耗費大量的能量。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種設置有三個串聯(lián)的透平膨脹機機組的氫氣液化設備，能夠提高液化效率，節(jié)約能耗，有助于液氫的大規(guī)模使用與推廣。

本發(fā)明采用以下具體技術方案：

一種設置有三個串聯(lián)的透平膨脹機機組的氫氣液化設備，包括真空箱、氫氣純化裝置、預冷裝置、第一氫壓縮機機組、第二氫壓縮機機組、第一透平膨脹機機組、第二透平膨脹機機組、第三透平膨脹機機組、第一低溫吸附器、第二低溫吸附器、換熱器、正仲氫轉化器、調節(jié)閥、節(jié)流閥以及液氫儲罐；

所述預冷裝置、所述第一透平膨脹機機組、所述第二透平膨脹機機組、所述第三透平膨脹機機組、所述第一低溫吸附器、所述第二低溫吸附器、所述換熱器、所述正仲氫轉化器以及所述節(jié)流閥均安裝于所述真空箱內；

所述調節(jié)閥包括第一調節(jié)閥和第二調節(jié)閥；

所述節(jié)流閥包括第一節(jié)流閥以及第二節(jié)流閥；

所述換熱器包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第四換熱器以及第五換熱器；所述第一換熱器內設置有第一高壓氫氣通道、第一中壓氫氣通道、第一低壓氫氣通道、第一原料氫氣通道、液氮通道以及氮氣通道；所述第二換熱器內設置有第二高壓氫氣通道、第二中壓氫氣通道、第二低壓氫氣通道以及兩個第二原料氫氣通道；第三換熱器內設置有第三高壓氫氣通道、第三中壓氫氣通道、第三低壓氫氣通道以及兩個第三原料氫氣通道；第四換熱器內設置有第四高壓氫氣通道、第四中壓氫氣通道、第四低壓氫氣通道和兩個第四原料氫氣通道；所述第五換熱器內設置有第五低壓氫氣通道和第五原料氫氣通道；

所述預冷裝置包括液氮罐，所述液氮罐設置有用于供給液氮的液氮供應管路、連通所述液氮罐底部液相空間和頂部氣相空間的液氮虹吸管路、以及用于排放所述液氮罐內氮氣的氮氣排出管路；所述液氮虹吸管路與所述第一換熱器內的所述液氮通道連通，用于通過液氮氣化吸熱實現(xiàn)所述第一換熱器的冷卻；所述氮氣排出管路與所述第一換熱器內的所述氮氣通道連通；