[發明專利]一種用于大規模制備液氫的方法與系統

有效

• 申請號: 202111219109.0
• 申請日: 2021-10-20
• 公開（公告）號: CN113959175B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 孫彥澤;董永強;郭寧;陳渭中;卞潮淵
• 申請（專利權）人: 北京石油化工工程有限公司
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02;F25J3/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 劉靜;韓蕾

本發明公開了一種用于大規模制備液氫的方法與系統。本發明的大規模氫氣液化工藝通過將超低溫冷劑與常規冷劑混合的方式，利用常規冷劑壓縮機增壓即可，無需單獨設置超低溫冷劑壓縮機，從而大大減少裝置配備的動設備數量，工藝大為簡化的同時動設備數量的減少也大大降低了裝置的能耗。本發明使得大規模氫氣液化系統的設備數量大為減少，占地面積十分緊湊，且在裝置規模較大時，投資更小。

技術領域

本發明涉及液氫制備領域，具體涉及一種用于大規模制備液氫的方法與系統。

背景技術

目前，氫氣液化的裝置規模不大，如即將在韓國建設的曉星集團與德國林德集團合資氫氣液化工廠規模為13000噸/年(預計2022年完工)，對應39噸/天或1.625噸/小時，建成后將成為世界上單套能力最大的氫氣液化設施，可滿足小城市每年10萬輛氫燃料電池轎車的用氫需求。

氫氣液化裝置規模偏小，主要有以下幾方面的因素：

1)液氫需求端偏小，目前還主要集中在軍工企業應用，如火箭液體燃料；

2)民用市場還未規模化應用，氫燃料電池汽車暫時還未成為市場主流；

3)工藝技術及設備限制，在規模較大的氫氣液化工藝往往需要氫氣壓縮機，但離心式氫氣壓縮機暫時還無法滿足工藝要求，同時不論采用離心機還是往復機，裝置的動設備投資過高，經濟性不佳。

在國際上已經有相關大規模氫氣液化工藝的開發介紹，如單套規模在100噸/天的規模已經是目前的最大能力，這么大規模的氫氣液化設施往往需要配置較為復雜的工藝流程及動靜設備(以目前的離心氫氣壓縮機單級壓比計算，循環制冷氫氣壓縮機可能需要高達18級)，使得設備投資十分巨大，因此大規模氫氣液化裝置的經濟性大大降低。

目前主流的氫氣液化工藝主要有：

1)液氮預冷與氦制冷循環；

2)液氮預冷與氫制冷循環；

3)氮循環預冷與氫制冷循環；

4)混合冷劑預冷與氫制冷循環；

5)混合冷劑預冷與氦氖制冷循環；

6)混合冷劑預冷與氫氖制冷循環；

7)氫預冷與氫制冷循環。

不論采用何種制冷工藝，其中必須要用到制冷工質，也就是所說的冷劑，包含預冷用的混合冷劑以及用于更低溫度制冷循環所用的冷劑。工業上常見的低溫工質的沸點和冰點見下表1，氫氣的物性表見下表2。

表1工業上常見的低溫工質的的沸點和冰點

備注：

1)為便于直觀對比，故將沸點和冰點小數點后數字按進位處理；

2)其中O₂不可作為氫氣液化的冷劑組分；

3)常規氯代烴類可以作為預冷冷劑，此表未列出；

4)常規的混合冷劑可由C1-C5、N₂、Ar等組成；

5)作為深度冷源或超低溫的混合冷劑可由HE、NE、H2等組成。

表2氫氣的物性表(1atm25℃)

上述工藝路線中第1)、2)工藝用于小規模氫氣液化工廠，當裝置較大時(15噸/天以上)需要采用氮循環預冷與氫制冷循環或其它相似超低溫制冷循環等工藝，以降低裝置的能耗，但往往裝置的設備投資較高。