CN112361713A - 一种设置有并联透平膨胀机机组的氢气液化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种设置有并联透平膨胀机机组的氢气液化设备，该氢气液化设备包括真空箱、氢气纯化装置、预冷装置、第一氢压缩机机组、第二氢压缩机机组、第一透平膨胀机机组、第二透平膨胀机机组、第一低温吸附器、第二低温吸附器、换热器、正仲氢转化器、调节阀、节流阀、液氢罐以及液氢储罐。上述氢气液化设备采用两个透平膨胀机机组并联制冷，并且与高压节流制冷并联的氢气制冷循环系统，原料氢气经过多级正仲氢转化器的转化降温液化，使得氢气能够100％被液化，仲氢含量达到99％以上，具有氢液化效率高、能耗低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及氢能利用技术领域，具体涉及一种设置有并联透平膨胀机机组的氢气液化设备。
背景技术
随着全球工业化进程不断加快，化石燃料消耗量日益增加，对环境造成的污染越来越严重，迫切需要寻找一种作为替代品的清洁燃料。氢是自然界存在最普遍的元素，构成了宇宙质量的75％，来源广泛，制取途径多样，清洁无污染、具有最高的质量能量密度，这些独特的优势使其在能源和化工领域具有广泛应用。
氢可以作为化工原料，也可以作为火箭、燃气轮机和内燃机的燃料，还可以利用燃料电池系统转化为电能应用于汽车、船舶、铁路、飞机等运输行业及储能领域。氢能技术应用面广，将大幅度地减轻环境压力、为提高能源的安全性做出贡献。
氢能利用需要解决制取、储运和应用等一系列问题，而规模化储运则是氢能应用的瓶颈和关键。液氢是目前氢气的主要储运方式之一，在远距离运输、储存等方面具有巨大的优势和经济性，在氢能利用中发挥重要的作用。氢气的液化温度很低，所以只有将氢气冷却到一定温度以下，才能将其液化，这一过程需要耗费大量的能量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种设置有并联透平膨胀机机组的氢气液化设备，能够提高液化效率，节约能耗，有助于液氢的大规模使用与推广。
本发明采用以下具体技术方案：
一种设置有并联透平膨胀机机组的氢气液化设备，包括真空箱、氢气纯化装置、预冷装置、第一氢压缩机机组、第二氢压缩机机组、第一透平膨胀机机组、第二透平膨胀机机组、第一低温吸附器、第二低温吸附器、换热器、正仲氢转化器、调节阀、节流阀、液氢罐以及液氢储罐；
所述预冷装置、所述第一透平膨胀机机组、所述第二透平膨胀机机组、所述第一低温吸附器、所述第二低温吸附器、所述换热器、所述正仲氢转化器、所述节流阀以及所述液氢罐均安装于所述真空箱内；
所述正仲氢转化器包括第一正仲氢转化器、第二正仲氢转化器、第三正仲氢转化器以及第四正仲氢转化器；
所述调节阀包括第一调节阀和第二调节阀；
所述节流阀包括第一节流阀、第二节流阀以及第三节流阀；
所述换热器包括第一换热器、第二换热器、第三换热器以及第四换热器；所述第一换热器内设置有第一高压氢气通道、第一中压氢气通道、第一低压氢气通道、两个第一原料氢气通道；所述第二换热器内设置有第二高压氢气通道、第二中压氢气通道、第二低压氢气通道以及第二原料氢气通道；第三换热器内设置有第三高压氢气通道、第三中压氢气通道、第三低压氢气通道以及第三原料氢气通道；第四换热器内设置有液氢通道、第四低压氢气通道和两个第四原料氢气通道；
所述预冷装置用于通过所述第一换热器对原料氢气进行预先冷却；
所述氢气纯化装置用于对原料氢气进行纯化，出口通过一个第一原料氢气通道与所述第一低温吸附器的入口连通，所述第一低温吸附器的出口依次通过所述第一正仲氢转化器和另一个第一原料氢气通道与所述第二原料氢气通道的入口连通；
在所述第二原料氢气通道中设置有所述第二正仲氢转化器，所述第二原料氢气通道的出口与所述第三原料氢气通道的入口连通；
在所述第三原料氢气通道中设置有所述第三正仲氢转化器，所述第三原料氢气通道的出口与一个设置有所述第四正仲氢转化器的第四原料氢气通道的入口连通；
所述第四原料氢气通道的出口依次通过所述第一节流阀和另一个第四原料氢气通道连通所述第二节流阀的入口，所述第二节流阀的出口与所述液氢储罐的入口连通；
所述第一氢压缩机机组的入口与所述第一低压氢气通道的出口连通，所述第一氢压缩机机组的出口与所述第一中压氢气通道的出口和所述第二氢压缩机机组的入口均连通；
所述第二氢压缩机机组的出口与所述第一高压氢气通道的入口连通；
所述第一调节阀连接在所述第一氢压缩机机组的入口和出口之间；
所述第二调节阀连接在所述第二氢压缩机机组的入口和出口之间；
在所述第一高压氢气通道的出口与所述第二高压氢气通道的入口之间连接有第二低温吸附器；
所述第二高压氢气通道的一个出口通过所述第一透平膨胀机机组与所述第二中压氢气通道的入口连通，另一个出口与所述第三高压氢气通道的入口连通；
所述第三高压氢气通道的一个出口通过所述第二透平膨胀机机组与所述第三中压氢气通道的入口连通，另一个出口通过所述第三节流阀与所述液氢罐的中部连通；
所述液氢罐的底部通过所述液氢通道连通所述液氢罐顶部的气相空间；
所述液氢罐的顶部依次通过所述第四低压氢气通道、所述第三低压氢气通道、所述第二低压氢气通道与所述第一低压氢气通道的入口连通；
所述第三中压氢气通道的出口通过所述第二中压氢气通道与所述第一中压氢气通道的入口连通；
所述氢气纯化装置、所述第一低温吸附器、所述正仲氢转化器、所述第一节流阀、所述第二节流阀以及所述液氢储罐形成氢气降温液化系统；
所述第一氢压缩机机组、所述第二氢压缩机机组、所述第一透平膨胀机机组、所述第二透平膨胀机机组、所述第二低温吸附器、所述调节阀、所述第三节流阀以及所述液氢罐形成氢气制冷循环系统，所述氢气制冷循环系统以氢气作为制冷工质。
更进一步地，所述第一换热器内还设置有液氮通道和氮气通道；
所述预冷装置包括设置有液氮罐的液氮预冷机构；
所述液氮罐设置有液氮供应管路、液氮虹吸管路以及氮气排出管路；
所述液氮供应管路连接在所述液氮罐的底部，用于向所述液氮罐内供应液氮；
所述氮气排出管路连接于所述液氮罐的顶部和所述氮气通道的入口之间，用于将所述液氮罐内的氮气通过所述第一换热器的所述氮气通道排出；
所述液氮虹吸管路与所述液氮通道连通，一端连通所述液氮罐的底部、且另一端连通所述液氮罐的顶部。
更进一步地，所述第一换热器内还设置有外冷源预冷通道；
所述外冷源预冷通道连接外部预冷源。
更进一步地，所述外部预冷源为LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)、丙烷、液氨和液态二氧化碳中的至少一种。
更进一步地，所述第一低温吸附器设置有两个，两个所述第一低温吸附器之间并联连接。
有益效果：
本发明的氢气液化设备能够满足30吨/天、特别是50吨/天以上的大规模氢气液化生产需求，根据氢气液化的特点，采用两个透平膨胀机机组并联制冷，并采用与高压节流制冷并联的氢气制冷循环系统，原料氢气经过多级正仲氢转化器的转化降温液化，使得氢气能够100％被液化，仲氢含量达到99％以上，因此，上述氢气液化设备具有氢液化效率高、能耗低的优点，在液氢的社会化、民用化方面将发挥极大的作用。
附图说明
图1为本发明的氢气液化设备的氢气液化原理示意图。
其中，1-氢气纯化装置，2-预冷装置，3-第一氢压缩机机组，4-第二氢压缩机机组，5-第一透平膨胀机机组，6-第二透平膨胀机机组，7-第一低温吸附器，8-第二低温吸附器，9-液氢罐，10-液氢储罐，11-第一正仲氢转化器，12-第二正仲氢转化器，13-第三正仲氢转化器，14-第四正仲氢转化器，15-第一调节阀，16-第二调节阀，17-第一节流阀，18-第二节流阀，19-第三节流阀，20-第一换热器，21-第二换热器，22-第三换热器，23-第四换热器，24-液氮罐，25-第一高压氢气通道，26-第一中压氢气通道，27-第一低压氢气通道，28-第一原料氢气通道，29-第二高压氢气通道，30-第二中压氢气通道，31-第二低压氢气通道，32-第二原料氢气通道，33-第三高压氢气通道，34-第三中压氢气通道，35-第三低压氢气通道，36-第三原料氢气通道，37-液氢通道，38-第四低压氢气通道，39-第四原料氢气通道，40-液氮通道，41-氮气通道，42-液氮供应管路，43-液氮虹吸管路，44-氮气排出管路，45-外冷源预冷通道，46-外部预冷源
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
需要说明的是，本发明的氢气液化设备适用于每天制备至少30吨液化氢气的大规模液氢生产需求。氢为双原子分子，两个氢原子核是绕轴自转的。根据两个核自旋的相对方向，氢分子可分为正氢和仲氢。通常的氢是这两种形式氢分子的混合物，正仲氢的平衡浓度仅与温度有关，不同温度下正仲氢浓度达到稳定平衡的氢气称为平衡氢。室温以上的温度时，含正氢75％，仲氢25％。液氢饱和温度20.4K下，仲氢的平衡浓度为99.82％。氢液化过程中的正仲转化是一放热反应，转化中放出的热量与转化时的温度有关。为减少正仲氢转化放热造成的液氢储存蒸发损失，一般要求液氢产品中仲氢含量在95％以上，即液化时正氢基本上都需要催化转化为仲氢。
参考附图1，本发明提供了一种设置有并联透平膨胀机机组的氢气液化设备，该氢气液化设备包括真空箱、氢气纯化装置1、预冷装置2、第一氢压缩机机组3、第二氢压缩机机组4、第一透平膨胀机机组5、第二透平膨胀机机组6、第一低温吸附器7、第二低温吸附器8、换热器、正仲氢转化器、调节阀、节流阀、液氢罐9以及液氢储罐10；
预冷装置2、第一透平膨胀机机组5、第二透平膨胀机机组6、第一低温吸附器7、第二低温吸附器8、换热器、正仲氢转化器、节流阀以及液氢罐9均安装于真空箱内(图中未示出)；
本发明的氢气液化设备在对氢气进行液化的过程中，包括预冷工艺、氢气制冷循环工艺和氢气降温液化工艺，三个工艺部分之间的热量和冷量交换由四级换热器完成；其中，预冷工艺部分主要包括外部预冷和液氮预冷，外部预冷主要是进出换热器的管路，液氮预冷包括液氮罐24和相应的进出口管路，如：液氮供应管路42、液氮虹吸管路43和氮气排出管路44；
氢气制冷循环工艺可以采用由第一氢压缩机机组3、第二氢压缩机机组4、第一透平膨胀机机组5、第二透平膨胀机机组6、第二低温吸附器8、调节阀、第三节流阀19、液氢罐9以及相应管路形成的氢气制冷循环系统来实现；在氢气制冷循环系统中，以氢气作为制冷工质；
氢气降温液化工艺可以采用由氢气纯化装置1、第一低温吸附器7、正仲氢转化器、第一节流阀17、第二节流阀18、液氢储罐10以及相应管路形成的氢气降温液化系统来实现；
正仲氢转化器包括第一正仲氢转化器11、第二正仲氢转化器12、第三正仲氢转化器13以及第四正仲氢转化器14；其中，一个正仲氢转化器用于绝热转化，两个正仲氢转化器用于连续转化，另一个正仲氢转化器用于液氢等温转化；
调节阀包括第一调节阀15和第二调节阀16；
节流阀包括第一节流阀17、第二节流阀18以及第三节流阀19；
换热器包括第一换热器20、第二换热器21、第三换热器22以及第四换热器23；第一换热器20内设置有第一高压氢气通道25、第一中压氢气通道26、第一低压氢气通道27、两个第一原料氢气通道28；第二换热器21内设置有第二高压氢气通道29、第二中压氢气通道30、第二低压氢气通道31以及第二原料氢气通道32；第三换热器22内设置有第三高压氢气通道33、第三中压氢气通道34、第三低压氢气通道35以及第三原料氢气通道36；第四换热器23内设置有液氢通道37、第四低压氢气通道38和两个第四原料氢气通道39；
预冷装置2用于通过第一换热器20对原料氢气进行预先冷却；
氢气纯化装置1用于对原料氢气进行纯化，需要液化的原料氢气通过氢气纯化装置1的入口进入氢气液化设备，原料氢气通过氢气纯化装置1进行杂质去除以提高氢气的纯度，氢气纯化装置1的出口通过第一换热器20的一个第一原料氢气通道28与第一低温吸附器7的入口连通，第一低温吸附器7的出口依次通过第一正仲氢转化器11和另一个第一原料氢气通道28与第二原料氢气通道32的入口连通；在第一原料氢气通道28的出口处设置有两个并联的第一低温吸附器7；如图1结构所示，在第一换热器20内设置有两个第一原料氢气通道28，其中，一个第一原料氢气通道28的入口与氢气纯化装置1的出口相连，出口与第一低温吸附器7的入口连通，第一低温吸附器7的出口连通第一正仲氢转化器11的入口，第一正仲氢转化器11的出口连通第一换热器20内另一个第一原料氢气通道28的入口，使需要液化的氢气依次通过第一换热器20内的两个第一原料氢气通道28后进入第二换热器21内的第二原料氢气通道32；
在第二原料氢气通道32中设置有第二正仲氢转化器12，第二原料氢气通道32的出口与第三原料氢气通道36的入口连通；如图1结构所示，第二正仲氢转化器12设置于第二换热器21内部，并连通地设置在第二原料氢气通道32中；
在第三原料氢气通道36中设置有第三正仲氢转化器13，第三原料氢气通道36的出口与一个设置有第四正仲氢转化器14的第四原料氢气通道39的入口连通；第四原料氢气通道39的出口依次通过第一节流阀17和另一个第四原料氢气通道39连通第二节流阀18的入口，第二节流阀18的出口与液氢储罐10的入口连通；如图1结构所示，第三正仲氢转化器13设置于第三换热器22内部，并连通地设置在第三原料氢气通道36中；第四换热器23内部设置有第四正仲氢转化器14和两个第四原料氢气通道39，其中，一个第四原料氢气通道39的入口与第三原料氢气通道36的出口连通，出口与第一节流阀17连通，并在入口和出口之间连接有第四正仲氢转化器14，而另一个第四原料氢气通道39的入口与第一节流阀17的出口连通、且出口与第二节流阀18的入口连通，第二节流阀18的出口与液氢储罐10连通；
如图1所示，第一氢压缩机机组3的入口与第一低压氢气通道27的出口连通，第一氢压缩机机组3的出口与第一中压氢气通道26的出口和第二氢压缩机机组4的入口均连通；第二氢压缩机机组4的出口与第一高压氢气通道25的入口连通；
第一调节阀15连接在第一氢压缩机机组3的入口和出口之间，即，第一调节阀15连通于第一低压氢气通道27的出口和第一中压氢气通道26的出口之间；
第二调节阀16连接在第二氢压缩机机组4的入口和出口之间，即，第二调节阀16连通于第一中压氢气通道26的出口和第一高压氢气通道25的入口之间；
在第一高压氢气通道25的出口与第二高压氢气通道29的入口之间连接有第二低温吸附器8；
第二高压氢气通道29的一个出口通过第一透平膨胀机机组5与第二中压氢气通道30的入口连通，另一个出口与第三高压氢气通道33的入口连通；如图1所示，第二高压氢气通道29的入口与第二低温吸附器8的出口连通，第二高压氢气通道29设置有两个出口，其中，一个出口与第一透平膨胀机机组5的入口相连通，另一个出口与第三高压氢气通道33的入口连通；第一透平膨胀机机组5的出口与第二中压氢气通道30的入口连通；
第三高压氢气通道33的一个出口通过第二透平膨胀机机组6与第三中压氢气通道34的入口连通，另一个出口通过第三节流阀19与液氢罐9的中部连通；如图1所示，第三高压氢气通道33的入口与第二高压氢气通道29的一个出口连通，第三高压氢气通道33设置有两个出口，其中一个出口与第二透平膨胀机机组6的入口连通，另一个出口与第三节流阀19的入口连通；第二透平膨胀机机组6的出口连通第三中压氢气通道34的入口；第三节流阀19的出口与液氢罐9的中部连通，实现液氢罐9中液氢的供给；
液氢罐9用于气液分离，起气液分离和缓冲作用，以液体和气体分别供应第四换热器23，避免气液混合分布不均匀，影响换热效果；
液氢罐9的底部通过液氢通道37连通液氢罐9顶部的气相空间；如图1所示，在第四换热器23内设置有用于使液氢气化的液氢通道37，液氢通道37的入口与液氢罐9的底部连通，液氢通道37的出口与液氢罐9的顶部连通，从而通过液氢罐9向第四换热器23提供液氢，并使经过第四换热器23发生气化的氢气进入液氢罐9的顶部；液氢罐9的顶部依次通过第四低压氢气通道38、第三低压氢气通道35、第二低压氢气通道31与第一低压氢气通道27的入口连通，液氢罐9中的氢气依次经过第四低压氢气通道38、第三低压氢气通道35、第二低压氢气通道31与第一低压氢气通道27进入第一氢压缩机机组3，通过氢压缩机机组和透平膨胀机机组实现氢的液相和气相在换热器之间进行循环转化，为换热器提供氢气液化所需要的冷量；
第三中压氢气通道34的出口通过第二中压氢气通道30与第一中压氢气通道26的入口连通。
上述氢气液化设备在对氢气进行液化的过程中，采用四级换热器对氢气进行热交换，在换热器中设置有用于氢气循环的低压氢气通道、中压氢气通道和高压氢气通道，采用两级氢压缩机机组和两级氢透平膨胀机机组实现氢气制冷循环，并采用四级正仲氢转化器转化降温液化工艺，使得原料氢气能够100％被液化，仲氢含量达到99％以上，因此，采用上述氢气液化设备具有氢液化工艺效率高、能耗低等优点，而且能够满足30吨/天、特别是50吨/天以上的大规模氢液化生产需求。
一种具体的实施方式中，如图1所示，在第一换热器20内还设置有液氮通道40和氮气通道41；预冷装置2包括设置有液氮罐24的液氮预冷机构；液氮罐24设置有液氮供应管路42、液氮虹吸管路43以及氮气排出管路44；液氮供应管路42连接在液氮罐24的底部，用于向液氮罐24内供应液氮；氮气排出管路44连接于液氮罐24的顶部和氮气通道41的入口之间，用于将液氮罐24内的氮气通过第一换热器20的氮气通道41排出；液氮虹吸管路43与液氮通道40连通，一端连通液氮罐24的底部、且另一端连通液氮罐24的顶部。
在上述实施例的基础上，如图1所示，第一换热器20内还设置有外冷源预冷通道45；外冷源预冷通道45连接外部预冷源46。外部预冷源46可以为LNG、丙烷、液氨和液态二氧化碳中的至少一种，即，既可以采用LNG、丙烷、液氨或液态二氧化碳，也可以采用LNG、丙烷、液氨和液态二氧化碳中的至少两种的混合物。
上述液氮预冷机构主要用于80K温度级预冷，提供外部预冷源46预冷之后、氢气制冷循环之前的冷量。液氮储存在液氮罐24内，分配给第一换热器20，分别为原料氢气、制冷循环高压氢气和一级正仲氢转化热提供冷量；液氮可以由液氮罐24底部从第一换热器20底部进入，换热蒸发后的冷氮气由第一换热器20中部引出回到液氮罐24中，由液氮罐24排出冷氮气再次由第一换热器20中部进入，冷却原料氢气和高压氢气。
在上述氢气液化设备中，氢气制冷循环系统的主要制冷循环过程为：
由真空箱出来的0.1MPa低压氢气经过第一氢压缩机机组3压缩至0.3MPa，与真空箱出来的0.3MPa中压氢气汇合，经第二氢压缩机机组4压缩至2.4MPa高压氢气，进入第一换热器20，在前半部分被返回的低压氢气、中压氢气、外部预冷源46和低温氮气冷却至120K，在第一换热器20后半部分被返回的低压氢气、中压氢气和液氮冷却至81K，进入第二低温吸附器8纯化去除可固化杂质；
再进一步进入第二换热器21，被低压氢气、中压氢气冷却至71K，之后分为两股流，其中一股流由第二换热器21中部引出进入第一透平膨胀机机组5膨胀至0.3MPa，与第二透平膨胀机机组6复温返回的氢气混合；另一股高压氢气则经过第三换热器22冷却至50K后也分为两股流，其中一股由第三换热器22中部引出进入第二透平膨胀机机组6膨胀至0.3MPa，进入第三换热器22复温返回，与第一透平膨胀机机组5返回的氢气混合；混合后的中压氢气沿着第二换热器21-第一换热器20流动，在提供冷量的同时，自身恢复至常温，出真空箱与第一氢压缩机机组3出口氢气汇合，进入第二氢压缩机机组4，完成一个氢中压制冷循环，需要注意的是，氢气中压制冷循环过程主要是有两套氢气透平膨胀机机组并联膨胀降温，产生冷量的；
与第二透平膨胀机机组6分流的另一股高压氢气则沿着第三换热器22一路被冷却至30K，经过第三节流阀19节流至0.15MPa，之后沿着第四换热器23-第三换热器22-第二换热器21-第一换热器20流动，在提供冷量的同时，自身恢复至常温，出真空箱进入第一氢压缩机机组3，完成一个低压制冷循环；低压制冷循环和中压制冷循环合在一起完成整个氢制冷循环过程；
第一氢压缩机机组3进、出口由第一调节阀15连通，第二氢压缩机机组4的进、出口由第二调节阀16连通，通过调节阀调节各压缩机机组的进出口压力稳定。
在上述氢气液化设备中，氢气降温液化系统主要作用是将原料氢气降温直至液化，具体流程为：
原料氢气以303K、2.2MPa首先进入氢气纯化装置1除去水等杂质，经过第一换热器20降低到液氮温度后进入第一低温吸附器7除去氧氮等杂质，经第一正仲氢转化器11后再次进入第一换热器20，被冷却至液氮温度，沿着第二换热器21-第三换热器22-第四换热器23一路降温至21K，同时经过安装在各级换热器内的正仲氢转化器，仲氢含量达到95％以上，流出第四换热器23后经第一节流阀17至0.2MPa，再次由中部进入第四换热器23，经第二节流阀18后产生的液氢进入到液氢储罐10储存。
采用上述氢气液化设备进行氢气液化的同时，完成正仲氢转化过程，图1中，氢路液化过程采用四级正仲氢转化过程，其中液氮温度级采用绝热转化，转化后返回到第一换热器20以除去正仲氢转化产生的热量；其它三级采用绝热转化，即正仲氢转化器安装在对应的换热器内，在被制冷氢气降温的同时，完成正仲氢转化，最终得到仲氢95％以上的液氢。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种设置有并联透平膨胀机机组的氢气液化设备，其特征在于，包括真空箱、氢气纯化装置、预冷装置、第一氢压缩机机组、第二氢压缩机机组、第一透平膨胀机机组、第二透平膨胀机机组、第一低温吸附器、第二低温吸附器、换热器、正仲氢转化器、调节阀、节流阀、液氢罐以及液氢储罐；
所述预冷装置、所述第一透平膨胀机机组、所述第二透平膨胀机机组、所述第一低温吸附器、所述第二低温吸附器、所述换热器、所述正仲氢转化器、所述节流阀以及所述液氢罐均安装于所述真空箱内；
所述正仲氢转化器包括第一正仲氢转化器、第二正仲氢转化器、第三正仲氢转化器以及第四正仲氢转化器；
所述调节阀包括第一调节阀和第二调节阀；
所述节流阀包括第一节流阀、第二节流阀以及第三节流阀；
所述换热器包括第一换热器、第二换热器、第三换热器以及第四换热器；所述第一换热器内设置有第一高压氢气通道、第一中压氢气通道、第一低压氢气通道、两个第一原料氢气通道；所述第二换热器内设置有第二高压氢气通道、第二中压氢气通道、第二低压氢气通道以及第二原料氢气通道；第三换热器内设置有第三高压氢气通道、第三中压氢气通道、第三低压氢气通道以及第三原料氢气通道；第四换热器内设置有液氢通道、第四低压氢气通道和两个第四原料氢气通道；
所述预冷装置用于通过所述第一换热器对原料氢气进行预先冷却；
所述氢气纯化装置用于对原料氢气进行纯化，出口通过一个第一原料氢气通道与所述第一低温吸附器的入口连通，所述第一低温吸附器的出口依次通过所述第一正仲氢转化器和另一个第一原料氢气通道与所述第二原料氢气通道的入口连通；
在所述第二原料氢气通道中设置有所述第二正仲氢转化器，所述第二原料氢气通道的出口与所述第三原料氢气通道的入口连通；
在所述第三原料氢气通道中设置有所述第三正仲氢转化器，所述第三原料氢气通道的出口与一个设置有所述第四正仲氢转化器的第四原料氢气通道的入口连通；
所述第四原料氢气通道的出口依次通过所述第一节流阀和另一个第四原料氢气通道连通所述第二节流阀的入口，所述第二节流阀的出口与所述液氢储罐的入口连通；
所述第一氢压缩机机组的入口与所述第一低压氢气通道的出口连通，所述第一氢压缩机机组的出口与所述第一中压氢气通道的出口和所述第二氢压缩机机组的入口均连通；
所述第二氢压缩机机组的出口与所述第一高压氢气通道的入口连通；
所述第一调节阀连接在所述第一氢压缩机机组的入口和出口之间；
所述第二调节阀连接在所述第二氢压缩机机组的入口和出口之间；
在所述第一高压氢气通道的出口与所述第二高压氢气通道的入口之间连接有第二低温吸附器；
所述第二高压氢气通道的一个出口通过所述第一透平膨胀机机组与所述第二中压氢气通道的入口连通，另一个出口与所述第三高压氢气通道的入口连通；
所述第三高压氢气通道的一个出口通过所述第二透平膨胀机机组与所述第三中压氢气通道的入口连通，另一个出口通过所述第三节流阀与所述液氢罐的中部连通；
所述液氢罐用于气液分离；
所述液氢罐的底部通过所述液氢通道连通所述液氢罐顶部的气相空间；
所述液氢罐的顶部依次通过所述第四低压氢气通道、所述第三低压氢气通道、所述第二低压氢气通道与所述第一低压氢气通道的入口连通；
所述第三中压氢气通道的出口通过所述第二中压氢气通道与所述第一中压氢气通道的入口连通；
所述氢气纯化装置、所述第一低温吸附器、所述正仲氢转化器、所述第一节流阀、所述第二节流阀以及所述液氢储罐形成氢气降温液化系统；
所述第一氢压缩机机组、所述第二氢压缩机机组、所述第一透平膨胀机机组、所述第二透平膨胀机机组、所述第二低温吸附器、所述调节阀、所述第三节流阀以及所述液氢罐形成氢气制冷循环系统，所述氢气制冷循环系统以氢气作为制冷工质。
2.如权利要求1所述的氢气液化设备，其特征在于，所述第一换热器内还设置有液氮通道和氮气通道；
所述预冷装置包括设置有液氮罐的液氮预冷机构；
所述液氮罐设置有液氮供应管路、液氮虹吸管路以及氮气排出管路；
所述液氮供应管路连接在所述液氮罐的底部，用于向所述液氮罐内供应液氮；
所述氮气排出管路连接于所述液氮罐的顶部和所述氮气通道的入口之间，用于将所述液氮罐内的氮气通过所述第一换热器的所述氮气通道排出；
所述液氮虹吸管路与所述液氮通道连通，一端连通所述液氮罐的底部、且另一端连通所述液氮罐的顶部。
3.如权利要求1所述的氢气液化设备，其特征在于，所述第一换热器内还设置有外冷源预冷通道；
所述外冷源预冷通道连接外部预冷源。
4.如权利要求3所述的氢气液化设备，其特征在于，所述外部预冷源为LNG、丙烷、液氨和液态二氧化碳中的至少一种。
5.如权利要求1所述的氢气液化设备，其特征在于，所述第一低温吸附器设置有两个，两个所述第一低温吸附器之间并联连接。
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