[發明專利]一種采用氮透平膨脹預冷的氫氣液化工藝

在審

• 申請號: 202210151058.0
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114518015A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 楊兆銘
• 申請（專利權）人: 楊兆銘
• 主分類號: F25J1/00
• 分類號: F25J1/00;F25J1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明披露了一種采用氮膨脹預冷的氫氣液化技術。主要是原料氫氣經預冷冷箱和液化冷箱后生產出液態氫氣，預冷冷箱由氮氣透平膨脹工藝提供冷量，液化冷箱由氫氣膨脹制冷循環提供冷量。在預冷冷箱內，利用氮氣透平膨脹制冷循環將原料氫氣和高壓氫氣冷劑冷卻至80K。在液化冷箱內，利用氫氣透平膨脹制冷原理將預冷后的氫氣液化。在板翅換熱器原料低溫氫氣流道內填充正仲氫轉化催化劑，實現換熱同時正仲氫轉化，產品液態氫中仲氫濃度大于95％，達到穩定存儲要求。

技術領域

本發明涉及采用氮氣透平膨脹制冷循環作為預冷方式的氫氣液化工藝，流程設計具有獨立性強、液化規模大、簡潔高效的技術特點。

背景技術

雙碳目標下，全球氫能產業有望快速成長，發展空間巨大，氫氣的安全高效儲運是氫能產業的關鍵，我國大力支持在西北采用風光電進行電解水制氫，將氫氣低溫液化后儲運將極大的提高氫氣儲運的效率和安全性。

2021111726233號發明專利，是本發明人前期針對具有LNG冷能利用條件的氫氣液化技術發明，其技術特征為采用LNG氣化冷能進行氫氣預冷，LNG冷能利用下的氫液化工藝具有液化效率高的特點，但其主要適用于具有LNG冷能利用條件的應用場景，兩者20k氫氣冷箱技術相同，本發明在預冷技術上進行創新，增加了氫液化技術的適用獨立性，擴大了氫液化技術應用場景。

201820802535.4號專利，其技術特征為采用液氮氣化冷能進行氫氣預冷，其預冷技術路線與本發明完全不同，該氫液化工藝，需要制備和提供液氮進行氫氣預冷。

發明內容

在預冷冷箱COLD BOX-1里布置四臺PCHE換熱器或高壓板翅換熱器換熱器、兩套氮氣透平膨脹壓縮機和氫氣低溫吸收純化設備，氮氣制冷循環的氮氣壓縮機和冷卻器布置在冷箱外部。

通過一個氮氣透平壓縮膨脹制冷循環預冷原料氫氣和高壓氫氣冷劑至80k，氮氣透平壓縮膨脹制冷循環過程中氮氣為氣相，預冷冷箱內同時實現從20k液化冷箱返回的中低壓氫氣冷劑的冷量回收。

氮氣透平壓縮膨脹制冷循環流程設計發明見圖1，原料氫氣FEED-GH2和高壓氫氣冷劑2-40先后經HE1-1、HE1-2、HE1-3和HE1-4四個預冷換熱器溫度降低至約80k，原料氫氣連接管道為1-0、1-1、1-2、1-3、1-4，1-5高壓氫氣冷劑連接管道為2-0、2-1、2-2、2-3，原料氫氣在末級換熱器HE1-4進行正仲氫催化轉化，在ABSORBER吸收純化；從20k液化冷箱返回的中壓氫氣冷劑2-21、低壓氫氣冷劑2-32進入預冷冷箱COLD BOX1返流，先后經HE1-4、HE1-3、HE1-2和HE1-1四個預冷換熱器，復溫至常溫出預冷冷箱COLD BOX1，進入氫氣冷劑壓縮機增壓，中壓氫氣冷劑連接管道為2-23、2-25、2-27、2-29，低壓氫氣冷劑連接管道為2-32、2-34、2-36、2-38、2-40。

氮氣透平壓縮膨脹制冷循環流程設計發明見圖1，提供預冷冷量的氮氣制冷循環流程包括：換熱后的低壓氮氣3-10從預冷冷箱出來先后經N2-C1壓縮，N2-COOLER1冷卻、第一級氮氣透平膨脹壓縮端N2-T1-C壓縮、N2-COOLER3冷卻、第二級氮氣透平膨脹壓縮端N2-T2-C壓縮、N2-COOLER2冷卻后，常溫高壓氮氣冷劑3-2，先后經第一級換熱器HE1-1冷卻、第一級氮氣透平膨脹端N2-T1膨脹降壓，物流3-4經第三級換熱器HE1-3冷卻、第二級氮氣透平膨脹端N2-T2再次膨脹降壓降溫，冷物流3-6，返流先后經HE1-1、HE1-2、HE1-3和HE1-4四個換熱器，為預冷冷箱COLD BOX1提供冷量，氮氣冷劑復溫后，物流3-10流出預冷冷箱再次進入氮氣壓縮機N2-C1壓縮，實現氮氣冷劑制冷循環。

氮氣壓縮膨脹制冷循環流程設計發明見圖1，從預冷冷箱COLD BOX1出來的中低壓氫氣冷劑經低壓氫氣壓縮機H2-C2、高壓氫氣壓縮機H2-C1增壓，經氫氣冷劑冷卻器H2-COOLER1冷卻至常溫后，高氫冷劑再次進入預冷冷箱COLD BOX1，實現氫冷劑制冷循環。

附圖說明