CN113446815A - 一种采用混合制冷氢气液化设备及其使用方法 - Google Patents

一种采用混合制冷氢气液化设备及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明专利设计了一种采用混合制冷氢气液化设备，以实现降低能耗的目的，方法包含：常压预冷冷箱Ⅱ，真空深冷冷箱Ⅲ，氢制冷循环压缩机组，氮循环制冷机组，混合冷剂循环制冷机组，预冷段采用混合制冷剂工艺和氮循环制冷工艺作为主要得冷量来源，制冷剂制冷循环为303K至113K温区主要冷量来源，液氮制冷循环为130K至80K温区主要冷量来源，氢制冷循环为80K至20K温区提供冷量，通过引射器回收大部分存储部分产生的BOG。板翅式换热器中装填正‑仲氢转化催化剂实现液化氢的仲氢含量≥98%。本氢液化工艺能耗低，预冷冷箱和深冷冷箱采用不同形式的设计方案，节省了设备造价和制造成本。

Description

一种采用混合制冷氢气液化设备及其使用方法
技术领域
本发明涉及气体低温液化领域，主要是一种采用混合制冷氢气液化设备及其使用方法。
背景技术
液氢作为重要得清洁能源，主要的市场需求是航空航天和新能源汽车行业。航空航天对液氢的利用日渐成熟，其需求增长较为稳定。液氢作为大规模氢气运输的主要手段日益重要，制约液氢发展的是生产液氢的能耗很高。现有的氢液化设备的能耗预冷段能耗4.86kw/kgLH2，深冷段能耗8.65 kw/kgLH2，整体能耗在13.5 kw/kgLH2。通过流程的优化降低氢液化过程的能耗势在必行。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种采用混合制冷氢气液化设备，大幅降低氢液化过程能耗。本发明能使预冷段的能耗降低到3.2kw/kgLH2，深冷段能耗降低到6.78kw/kgLH2，整体能耗10kw/kgLH2，大幅低于常规氢液化装置。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：一种采用混合制冷氢气液化设备，所述设备包括冷剂压缩单元，预冷冷箱单元，深冷冷箱单元三部分，相互之间通过管道进行连接，其中冷剂压缩单元内设有脱水分子筛吸附器、氢气压缩机组、氮气压缩机组、混合冷剂压缩机组，预冷冷箱单元内设有一级预冷换热器、二级预冷换热器、低温分子筛吸附器，深冷冷箱单元内设有深冷换热器、引射器、过冷换热器、气液分离器、一级氢气膨胀机、二级氢气膨胀机。
作为优选：所述冷剂压缩单元中的脱水分子筛吸附器通过第二管道，第三管道，第四管道依次与预冷冷箱中的一级预冷换热器和二级预冷换热器的原料氢气通道、低温分子筛吸附器连接，再通过第五管道，第六管道，第七管道依次与深冷冷箱中的深冷换热器的原料氢气通道、引射器、过冷换热器的原料氢气通道连接，形成原料氢气到液氢整个过程的流通通道。
作为优选：所述冷剂压缩单元中的氢气压缩机组出口通过第十一管道，第十二管道，第十三管道依次与预冷冷箱中的一级氢气膨胀机和二级氢气膨胀机的增压端、一级预冷换热器和二级预冷换热器的高压循环氢气通道连接，再通过第十四管道与深冷冷箱中的深冷换热器的高压循环氢气通道连接，通过三个分支管道中的第十五管道，第十七管道，第十九管道分别与一级氢气膨胀机、二级氢气膨胀机、节流阀连接，节流阀通过第二十管道，第二十一管道，第二十二管道依次与气液分离器、过冷换热器的低压循环氢气通道连接；气液分离器通过第二十三管道，第二十四管道，第二十五管道，第二十六管道依次与深冷换热器的第一低压循环氢气通道、二级预冷换热器和一级预冷换热器的第一低压循环氢气通道、氢气压缩机低压段连接，一级氢气膨胀机、二级氢气膨胀机分别通过第十六管道，第十八管道都与深冷换热器的第二低压循环氢气通道连接，再经第二十七管道，第二十八管道，第二十九管道与二级预冷换热器和一级预冷换热器的第二低压循环氢气通道、氢气压缩机组高压段连接，构成氢制冷循环通道。
作为优选：所述氮气压缩机组出口通过第三十管道，第三十一管道依次与预冷冷箱中一级预冷换热器的高压氮气通道、节流阀连接，再通过第三十二管道，第三十三管道，第三十四管道依次与二级预冷换热器、一级预冷换热器、氮气压缩机入口连接，构成氮制冷循环通道，所述混合冷剂压缩机组出口通过第三十五管道，第三十六管道依次与预冷冷箱中一级预冷换热器的高压冷剂通道、节流阀连接，再通过第三十七管道，第三十八管道依次与一级预冷换热器、混合冷剂压缩机入口连接，构成混合冷剂制冷循环通道。
作为优选：所述一级预冷换热器、二级预冷换热器、深冷换热器、过冷换热器均为高效板翅式换热器，所述一级氢气膨胀机，二级氢气膨胀机均为采用增压机制动的离心式膨胀机，所述氢气压缩机组低压段为往复式压缩机，氢气压缩机组高压段为离心式压缩机，所述氮气压缩机组，混合冷剂压缩机组为离心式压缩机。
一种采用混合制冷氢气液化设备的使用方法为：
1）原料氢气与脱水分子筛吸附器入口管道连通，将水分脱至0.1ppm，通过第二管道进入预冷冷箱中的一级预冷换热器降温到113K，通过第三管道进入装有正-仲氢转化催化剂的二级预冷换热器进行正-仲氢转化并降温到80K；再通过第四管道进入低温分子筛吸附器脱除微量氧气、氮气、氩气、甲烷等,从低温吸附器出来的物流与深冷冷箱的第五管道连通，进入装有正氢和仲氢转化催化剂的深冷换热器降温到25K，从HX3出来的物流通过第六管道与引射器连通，压力降为0.57Mpa，同时引入BOG气体，经第七管道进入装有正氢和仲氢转化催化剂的过冷换热器冷到22K，然后节流送液氢储存系统，储存系统的BOG经过引射器再液化；
2）氢气压缩机组出口通过第十一管道依次与一级氢气膨胀机，二级氢气膨胀机的增压端连通，高压氢气依次增压，再依次经过第十二管道，第十三管道在预冷冷箱中降温到80k；经第十四管道与深冷冷箱中的深冷换热器连通，降温到70K后，分出一个流股通过第十五管道进入一级氢气膨胀机降温到44.3K，然后经第十六管道返回深冷换热器，另一流股进一步降温到50K后再分出一个流股通过第十七管道进入二级氢气膨胀机降温到28.8K，经第十八管道返回深冷换热器复温后与一级氢气膨胀机出口的流股汇合经深冷换热器，再依次通过第二十七管道，第二十八管道与预冷换热器和预冷换热器连通，氢气介质复热后，经第二十九管道返回氢气压缩机组的高压段入口；剩余流股进一步降温到25K，通过第十九管道连接节流阀，节流降温到20K后，经第二十管道与气液分离器连通；气液分离后液相经第二十一管道与过冷换热器连通，液体氢气在过冷换热器中部分蒸发后，经第二十二管道返回气液分离器，形成一个热虹吸回路；气液分离器的气相经第二十三管道，第二十四管道，第二十五管道依次与深冷换热器、二级预冷换热器、一级预冷换热器连通，复温到常温后，经第二十六管道进入氢气压缩机组低压段，经氢气压缩机低压段增压后与中压氢气汇合进氢气压缩机组高压段，构成一套氢制冷循环；
3）氮气压缩机组出口氮气经第三十管道进入预冷冷箱，经一级预冷换热器降温到113K，通过第三十一管道与节流阀连通，节流降温到80K后，经第三十二管道，第三十三管道依次与二级预冷换热器、一级预冷换热器连通，然后经第三十四管道返回氮气压缩机组入口，构成一套氮制冷循环，为113K~80K温区提供冷量；
4）混合冷剂压缩机组出口混合冷剂经第三十五管道进入预冷冷箱，一级预冷换热器降温到113K，通过第三十六管道与节流阀连通，节流降温后经第三十七管道返回一级预冷换热器，然后经第三十八管道出预冷冷箱并返回混合冷剂压缩机入口，构成一套混合冷剂制冷循环，为303K~113K温区提供冷量。
作为优选：所述步骤1）中正氢和仲氢的占比分别为2.2%和97.8%，所述储存系统的正氢和仲氢分别占比1%和99%。
作为优选：所述步骤3）中所述氮制冷循环的介质为纯氮气。
作为优选：所述步骤4）中所述混合冷剂由甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷、氮气组成。
本发明的积极效果是：上述方案通过二级预冷换热器、深冷换热器、过冷换热器内正-仲氢转化催化剂的连续转化和换热，以及低温吸附除杂，引射器回收BOG，尽可能地降低净化、转化和液化过程的㶲损失，从而降低能耗，通过2套双级膨胀机制冷及液氢节流制冷，使深冷段能耗降低到6.78kw/kgLH2，通过采用氮循环制冷加上混合冷剂循环制冷，使预冷段能耗降低到3.2kw/kgLH2。氢液化过程的整体能耗10kw/kgLH2，大幅低于常规氢液化方法。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的一种采用混合制冷氢气液化设备，所述设备包括冷剂压缩单元Ⅰ，预冷冷箱单元Ⅱ，深冷冷箱单元Ⅲ三部分，相互之间通过管道进行连接，其中冷剂压缩单元Ⅰ内设有脱水分子筛吸附器S1、氢气压缩机组C1、氮气压缩机组C2、混合冷剂压缩机组C3，预冷冷箱单元Ⅱ内设有一级预冷换热器HX1、二级预冷换热器HX2、低温分子筛吸附器S2，深冷冷箱单元Ⅲ内设有深冷换热器HX3、引射器E1、过冷换热器HX4、气液分离器D2、一级氢气膨胀机X1、二级氢气膨胀机X2，所述冷剂压缩单元Ⅰ中的脱水分子筛吸附器S1通过第二管道2，第三管道3，第四管道4依次与预冷冷箱Ⅱ中的一级预冷换热器HX1和二级预冷换热器HX2的原料氢气通道、低温分子筛吸附器S2连接，再通过第五管道5，第六管道6，第七管道7依次与深冷冷箱Ⅲ中的深冷换热器HX3的原料氢气通道、引射器E1、过冷换热器HX4的原料氢气通道连接，形成原料氢气到液氢整个过程的流通通道，所述冷剂压缩单元Ⅰ中的氢气压缩机组C1出口通过第十一管道11，第十二管道12，第十三管道13依次与预冷冷箱Ⅱ中的一级氢气膨胀机X1和二级氢气膨胀机X2的增压端、一级预冷换热器HX1和二级预冷换热器HX2的高压循环氢气通道连接，再通过第十四管道14与深冷冷箱Ⅲ中的深冷换热器HX3的高压循环氢气通道连接，通过三个分支管道中的第十五管道15，第十七管道17，第十九管道19分别与一级氢气膨胀机X1、二级氢气膨胀机X2、节流阀V1连接，节流阀V1通过第二十管道20，第二十一管道21，第二十二管道22依次与气液分离器D2、过冷换热器HX4的低压循环氢气通道连接；气液分离器D2通过第二十三管道23，第二十四管道24，第二十五管道25，第二十六管道26依次与深冷换热器HX3的第一低压循环氢气通道、二级预冷换热器HX2和一级预冷换热器HX1的第一低压循环氢气通道、氢气压缩机C1低压段连接，一级氢气膨胀机X1、二级氢气膨胀机X2分别通过第十六管道16，第十八管道18都与深冷换热器HX3的第二低压循环氢气通道连接，再经第二十七管道27，第二十八管道28，第二十九管道29与二级预冷换热器HX2和一级预冷换热器HX1的第二低压循环氢气通道、氢气压缩机组C1高压段连接，构成氢制冷循环通道，所述氮气压缩机组C2出口通过第三十管道30，第三十一管道31依次与预冷冷箱Ⅱ中一级预冷换热器HX1的高压氮气通道、节流阀V2连接，再通过第三十二管道32，第三十三管道33，第三十四管道34依次与二级预冷换热器HX2、一级预冷换热器HX1、氮气压缩机C2入口连接，构成氮制冷循环通道，所述混合冷剂压缩机组C3出口通过第三十五管道35，第三十六管道36依次与预冷冷箱Ⅱ中一级预冷换热器HX1的高压冷剂通道、节流阀V3连接，再通过第三十七管道37，第三十八管道38依次与一级预冷换热器HX1、混合冷剂压缩机C3入口连接，构成混合冷剂制冷循环通道，所述一级预冷换热器HX1、二级预冷换热器HX2、深冷换热器HX3、过冷换热器HX4均为高效板翅式换热器，所述一级氢气膨胀机X1，二级氢气膨胀机X2均为采用增压机制动的离心式膨胀机，所述氢气压缩机组C1低压段为往复式压缩机，氢气压缩机组C1高压段为离心式压缩机，所述氮气压缩机组C2，混合冷剂压缩机组C3为离心式压缩机。
一种采用混合制冷氢气液化设备的使用方法为：
1）原料氢气与脱水分子筛吸附器S1入口管道1连通，将水分脱至0.1ppm，通过第二管道2进入预冷冷箱Ⅱ中的一级预冷换热器HX1降温到113K，通过第三管道3进入装有正-仲氢转化催化剂的二级预冷换热器HX2进行正-仲氢转化并降温到80K；再通过第四管道4进入低温分子筛吸附器S2脱除微量氧气、氮气、氩气、甲烷等,从低温吸附器出来的物流与深冷冷箱Ⅲ的第五管道5连通，进入装有正-仲氢转化催化剂的深冷换热器HX3降温到25K，正氢和仲氢的占比分别为2.2%和97.8%，从HX3出来的物流通过第六管道6与引射器E1连通，压力降为0.57Mpa，同时引入BOG气体，经第七管道7进入装有正-仲氢转化催化剂的过冷换热器HX4冷到22K，然后节流送液氢储存系统，储存系统的BOG经过引射器E1再液化，所述储存系统的正氢和仲氢分别占比1%和99%；
2）氢气压缩机组C1出口通过第十一管道11依次与一级氢气膨胀机X1，二级氢气膨胀机X2的增压端连通，高压氢气依次增压，再依次经过第十二管道12，第十三管道13在预冷冷箱Ⅱ中降温到80k；经第十四管道14与深冷冷箱Ⅲ中的深冷换热器HX3连通，降温到70K后，分出一个流股通过第十五管道15进入一级氢气膨胀机X1降温到44.3K，然后经第十六管道16返回深冷换热器HX3，另一流股进一步降温到50K后再分出一个流股通过第十七管道17进入二级氢气膨胀机X2降温到28.8K，经第十八管道18返回深冷换热器HX3复温后与一级氢气膨胀机X1出口的流股汇合经深冷换热器HX3，再依次通过第二十七管道27，第二十八管道28与预冷换热器HX2和预冷换热器HX1连通，氢气介质复热后，经第二十九管道29返回氢气压缩机组C1的高压段入口；剩余流股进一步降温到25K，通过第十九管道19连接节流阀V1，节流降温到20K后，经第二十管道20与气液分离器D2连通；气液分离后液相经第二十一管道21与过冷换热器HX4连通，液体氢气在过冷换热器HX4中部分蒸发后，经第二十二管道22返回气液分离器D2，形成一个热虹吸回路；气液分离器D2的气相经第二十三管道23，第二十四管道24，第二十五管道25依次与深冷换热器HX3、二级预冷换热器HX2、一级预冷换热器HX1连通，复温到常温后，经第二十六管道26进入氢气压缩机组C1低压段，经氢气压缩机C1低压段增压后与中压氢气汇合进氢气压缩机组C1高压段，构成一套氢制冷循环；
3）氮气压缩机组C2出口氮气经第三十管道30进入预冷冷箱Ⅱ，经一级预冷换热器HX1降温到113K，通过第三十一管道31与节流阀V2连通，节流降温到80K后，经第三十二管道32，第三十三管道33依次与二级预冷换热器HX2、一级预冷换热器HX1连通，然后经第三十四管道34返回氮气压缩机组C2入口，构成一套氮制冷循环，为113K~80K温区提供冷量，所述氮制冷循环的介质为纯氮气；
4）混合冷剂压缩机组C3出口混合冷剂经第三十五管道35进入预冷冷箱Ⅱ，一级预冷换热器HX1降温到113K，通过第三十六管道36与节流阀V3连通，节流降温后经第三十七管道37返回一级预冷换热器HX1，然后经第三十八管道38出预冷冷箱Ⅱ并返回混合冷剂压缩机C3入口，构成一套混合冷剂制冷循环，为303K~113K温区提供冷量，所述混合冷剂由甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷、氮气组成。
上述实施例是本发明的具体实施方式，对于制冷氢气液化设备的氢制冷循环氮制冷循环、混合冷剂制冷循环可以做出多种等同的组合或变化，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种采用混合制冷氢气液化设备，其特征在于：所述设备包括冷剂压缩单元（Ⅰ），预冷冷箱单元（Ⅱ），深冷冷箱单元（Ⅲ）三部分，相互之间通过管道进行连接，其中冷剂压缩单元（Ⅰ）内设有脱水分子筛吸附器（S1）、氢气压缩机组（C1）、氮气压缩机组（C2）、混合冷剂压缩机组（C3），预冷冷箱单元（Ⅱ）内设有一级预冷换热器（HX1）、二级预冷换热器（HX2）、低温分子筛吸附器（S2），深冷冷箱单元（Ⅲ）内设有深冷换热器（HX3）、引射器（E1）、过冷换热器（HX4）、气液分离器（D2）、一级氢气膨胀机（X1）、二级氢气膨胀机（X2）。
2.根据权利要求1所述的采用混合制冷氢气液化设备，其特征在于：所述冷剂压缩单元（Ⅰ）中的脱水分子筛吸附器（S1）通过第二管道（2），第三管道（3），第四管道（4）依次与预冷冷箱（Ⅱ）中的一级预冷换热器（HX1）和二级预冷换热器（HX2）的原料氢气通道、低温分子筛吸附器（S2）连接，再通过第五管道（5），第六管道（6），第七管道（7）依次与深冷冷箱（Ⅲ）中的深冷换热器（HX3）的原料氢气通道、引射器（E1）、过冷换热器（HX4）的原料氢气通道连接，形成原料氢气到液氢整个过程的流通通道。
3.根据权利要求1所述的采用混合制冷氢气液化设备，其特征在于：所述冷剂压缩单元（Ⅰ）中的氢气压缩机组（C1）出口通过第十一管道（11），第十二管道（12），第十三管道（13）依次与预冷冷箱（Ⅱ）中的一级氢气膨胀机（X1）和二级氢气膨胀机（X2）的增压端、一级预冷换热器（HX1）和二级预冷换热器（HX2）的高压循环氢气通道连接，再通过第十四管道（14）与深冷冷箱（Ⅲ）中的深冷换热器（HX3）的高压循环氢气通道连接，通过三个分支管道中的第十五管道（15），第十七管道（17），第十九管道（19）分别与一级氢气膨胀机（X1）、二级氢气膨胀机（X2）、节流阀（V1）连接，节流阀（V1）通过第二十管道（20），第二十一管道（21），第二十二管道（22）依次与气液分离器（D2）、过冷换热器（HX4）的低压循环氢气通道连接；气液分离器（D2）通过第二十三管道（23），第二十四管道（24），第二十五管道（25），第二十六管道（26）依次与深冷换热器（HX3）的第一低压循环氢气通道、二级预冷换热器（HX2）和一级预冷换热器（HX1）的第一低压循环氢气通道、氢气压缩机（C1）低压段连接，一级氢气膨胀机（X1）、二级氢气膨胀机（X2）分别通过第十六管道（16），第十八管道（18）都与深冷换热器（HX3）的第二低压循环氢气通道连接，再经第二十七管道（27），第二十八管道（28），第二十九管道（29）与二级预冷换热器（HX2）和一级预冷换热器（HX1）的第二低压循环氢气通道、氢气压缩机组（C1）高压段连接，构成氢制冷循环通道。
4.根据权利要求1所述的采用混合制冷氢气液化设备，其特征在于：所述氮气压缩机组（C2）出口通过第三十管道（30），第三十一管道（31）依次与预冷冷箱（Ⅱ）中一级预冷换热器（HX1）的高压氮气通道、节流阀（V2）连接，再通过第三十二管道（32），第三十三管道（33），第三十四管道（34）依次与二级预冷换热器（HX2）、一级预冷换热器（HX1）、氮气压缩机（C2）入口连接，构成氮制冷循环通道，所述混合冷剂压缩机组（C3）出口通过第三十五管道（35），第三十六管道（36）依次与预冷冷箱（Ⅱ）中一级预冷换热器（HX1）的高压冷剂通道、节流阀（V3）连接，再通过第三十七管道（37），第三十八管道（38）依次与一级预冷换热器（HX1）、混合冷剂压缩机（C3）入口连接，构成混合冷剂制冷循环通道。
5.根据权利要求1所述的采用混合制冷氢气液化设备，其特征在于：所述一级预冷换热器（HX1）、二级预冷换热器（HX2）、深冷换热器（HX3）、过冷换热器（HX4）均为高效板翅式换热器，所述一级氢气膨胀机（X1），二级氢气膨胀机（X2）均为采用增压机制动的离心式膨胀机，所述氢气压缩机组（C1）低压段为往复式压缩机，氢气压缩机组（C1）高压段为离心式压缩机，所述氮气压缩机组（C2），混合冷剂压缩机组（C3）为离心式压缩机。
6.一种根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的采用混合制冷氢气液化设备的使用方法为：
1）原料氢气与脱水分子筛吸附器（S1）入口管道（1）连通，将水分脱至0.1ppm，通过第二管道（2）进入预冷冷箱（Ⅱ）中的一级预冷换热器（HX1）降温到113K，通过第三管道（3）进入装有正-仲氢转化催化剂的二级预冷换热器（HX2）进行正-仲氢转化并降温到80K；再通过第四管道（4）进入低温分子筛吸附器（S2）脱除微量氧气、氮气、氩气、甲烷,从低温吸附器出来的物流与深冷冷箱（Ⅲ）的第五管道（5）连通，进入装有正氢和仲氢转化催化剂的深冷换热器（HX3）降温到25K，从HX3出来的物流通过第六管道（6）与引射器（E1）连通，压力降为0.57Mpa，同时引入BOG气体，经第七管道（7）进入装有正氢和仲氢转化催化剂的过冷换热器（HX4）冷到22K，然后节流送液氢储存系统，储存系统的BOG经过引射器（E1）再液化；
2）氢气压缩机组（C1）出口通过第十一管道（11）依次与一级氢气膨胀机（X1），二级氢气膨胀机（X2）的增压端连通，高压氢气依次增压，再依次经过第十二管道（12），第十三管道（13）在预冷冷箱（Ⅱ）中降温到80k；经第十四管道（14）与深冷冷箱（Ⅲ）中的深冷换热器（HX3）连通，降温到70K后，分出一个流股通过第十五管道（15）进入一级氢气膨胀机（X1）降温到44.3K，然后经第十六管道（16）返回深冷换热器（HX3），另一流股进一步降温到50K后再分出一个流股通过第十七管道（17）进入二级氢气膨胀机（X2）降温到28.8K，经第十八管道（18）返回深冷换热器（HX3）复温后与一级氢气膨胀机（X1）出口的流股汇合经深冷换热器（HX3），再依次通过第二十七管道（27），第二十八管道（28）与预冷换热器（HX2）和预冷换热器（HX1）连通，氢气介质复热后，经第二十九管道（29）返回氢气压缩机组（C1）的高压段入口；剩余流股进一步降温到25K，通过第十九管道（19）连接节流阀（V1），节流降温到20K后，经第二十管道（20）与气液分离器（D2）连通；气液分离后液相经第二十一管道（21）与过冷换热器（HX4）连通，液体氢气在过冷换热器（HX4）中部分蒸发后，经第二十二管道（22）返回气液分离器（D2），形成一个热虹吸回路；气液分离器（D2）的气相经第二十三管道（23），第二十四管道（24），第二十五管道（25）依次与深冷换热器（HX3）、二级预冷换热器（HX2）、一级预冷换热器（HX1）连通，复温到常温后，经第二十六管道（26）进入氢气压缩机组（C1）低压段，经氢气压缩机（C1）低压段增压后与中压氢气汇合进氢气压缩机组（C1）高压段，构成一套氢制冷循环；
3）氮气压缩机组（C2）出口氮气经第三十管道（30）进入预冷冷箱（Ⅱ），经一级预冷换热器（HX1）降温到113K，通过第三十一管道（31）与节流阀（V2）连通，节流降温到80K后，经第三十二管道（32），第三十三管道（33）依次与二级预冷换热器（HX2）、一级预冷换热器（HX1）连通，然后经第三十四管道（34）返回氮气压缩机组（C2）入口，构成一套氮制冷循环，为113K~80K温区提供冷量；
4）混合冷剂压缩机组（C3）出口混合冷剂经第三十五管道（35）进入预冷冷箱（Ⅱ），一级预冷换热器（HX1）降温到113K，通过第三十六管道（36）与节流阀（V3）连通，节流降温后经第三十七管道（37）返回一级预冷换热器（HX1），然后经第三十八管道（38）出预冷冷箱（Ⅱ）并返回混合冷剂压缩机（C3）入口，构成一套混合冷剂制冷循环，为303K~113K温区提供冷量。
7.根据权利要求6所述的采用混合制冷氢气液化设备的使用方法，其特征在于：所述步骤1）中正氢和仲氢的占比分别为2.2%和97.8%，所述储存系统的正氢和仲氢分别占比1%和99%。
8.根据权利要求6所述的采用混合制冷氢气液化设备的使用方法，其特征在于：所述步骤3）中所述氮制冷循环的介质为纯氮气。
9.根据权利要求6所述的采用混合制冷氢气液化设备的使用方法，其特征在于：所述步骤4）中所述混合冷剂由甲烷、乙烯、丙烷、异戊烷、氮气组成。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113776275A (zh) * 2021-10-08 2021-12-10 杨兆铭 Lng冷能预冷下的氢气液化方法
CN113959175A (zh) * 2021-10-20 2022-01-21 北京石油化工工程有限公司 一种用于大规模制备液氢的方法与系统
CN114087845A (zh) * 2021-11-19 2022-02-25 北京大臻科技有限公司 一种基于仲氢循环的液氢生产装置、系统及方法
CN114087846A (zh) * 2022-01-17 2022-02-25 杭州制氧机集团股份有限公司 一种光电制氢储能与冷量回收耦合产干冰装置及使用方法
CN114518015A (zh) * 2022-02-14 2022-05-20 杨兆铭 一种采用氮透平膨胀预冷的氢气液化工艺
CN114543442A (zh) * 2022-02-21 2022-05-27 杭州中泰深冷技术股份有限公司 一种氢气液化系统及方法
CN114543441A (zh) * 2022-02-21 2022-05-27 杭州中泰深冷技术股份有限公司 一种氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统及方法
CN114812096A (zh) * 2022-05-23 2022-07-29 中国石油大学(北京) 一种氢气与天然气联合液化系统与工艺
CN115164097A (zh) * 2022-05-26 2022-10-11 合肥通用机械研究院有限公司 一种大流量、连续液氢加注站加注系统及加注方法
CN115371357A (zh) * 2022-08-19 2022-11-22 中国石油天然气集团有限公司 氢气循环制冷液化系统及工艺
WO2022253847A1 (fr) * 2021-05-31 2022-12-08 Engie Dispositif et procede de pre-refroidissement d'un flux d'un fluide cible a une temperature inferieure ou egale a 90 k
CN116592574A (zh) * 2023-07-12 2023-08-15 中太海事技术(上海)有限公司 一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统
CN116697686A (zh) * 2023-07-28 2023-09-05 中太海事技术(上海)有限公司 一种利用低温压缩的氢气制冷系统及其应用
WO2023240033A1 (en) * 2022-06-06 2023-12-14 Chart Energy & Chemicals, Inc. Cryogenic gas cooling system and method
CN115371357B (zh) * 2022-08-19 2024-05-14 中国石油天然气集团有限公司 氢气循环制冷液化系统及工艺

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203837409U (zh) * 2013-12-23 2014-09-17 中空能源设备有限公司 从富甲烷气中制取液化天然气和富氢产品的装置
CN104913595A (zh) * 2015-06-04 2015-09-16 成都同创伟业新能源科技有限公司 一种合成氨驰放气提氢联产液化天然气的方法
CN105180595A (zh) * 2015-09-16 2015-12-23 开封空分集团有限公司 一种制取富氢气和液态甲烷的系统及方法
CN108759301A (zh) * 2018-05-28 2018-11-06 张家港富瑞氢能装备有限公司 一种氢气液化工艺
CN110657633A (zh) * 2019-10-21 2020-01-07 北京中科富海低温科技有限公司 一种氢液化系统
CN210559366U (zh) * 2019-07-23 2020-05-19 徐小勤 一种炼厂低分气提纯制氢的装置
CN112539601A (zh) * 2019-09-23 2021-03-23 浙江海天气体有限公司 带预冷节流氢液化装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203837409U (zh) * 2013-12-23 2014-09-17 中空能源设备有限公司 从富甲烷气中制取液化天然气和富氢产品的装置
CN104913595A (zh) * 2015-06-04 2015-09-16 成都同创伟业新能源科技有限公司 一种合成氨驰放气提氢联产液化天然气的方法
CN105180595A (zh) * 2015-09-16 2015-12-23 开封空分集团有限公司 一种制取富氢气和液态甲烷的系统及方法
CN108759301A (zh) * 2018-05-28 2018-11-06 张家港富瑞氢能装备有限公司 一种氢气液化工艺
CN210559366U (zh) * 2019-07-23 2020-05-19 徐小勤 一种炼厂低分气提纯制氢的装置
CN112539601A (zh) * 2019-09-23 2021-03-23 浙江海天气体有限公司 带预冷节流氢液化装置
CN110657633A (zh) * 2019-10-21 2020-01-07 北京中科富海低温科技有限公司 一种氢液化系统

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022253847A1 (fr) * 2021-05-31 2022-12-08 Engie Dispositif et procede de pre-refroidissement d'un flux d'un fluide cible a une temperature inferieure ou egale a 90 k
CN113776275A (zh) * 2021-10-08 2021-12-10 杨兆铭 Lng冷能预冷下的氢气液化方法
CN113776275B (zh) * 2021-10-08 2022-12-13 杨兆铭 Lng冷能预冷下的氢气液化方法
CN113959175A (zh) * 2021-10-20 2022-01-21 北京石油化工工程有限公司 一种用于大规模制备液氢的方法与系统
CN113959175B (zh) * 2021-10-20 2023-01-31 北京石油化工工程有限公司 一种用于大规模制备液氢的方法与系统
CN114087845A (zh) * 2021-11-19 2022-02-25 北京大臻科技有限公司 一种基于仲氢循环的液氢生产装置、系统及方法
CN114087846A (zh) * 2022-01-17 2022-02-25 杭州制氧机集团股份有限公司 一种光电制氢储能与冷量回收耦合产干冰装置及使用方法
CN114087846B (zh) * 2022-01-17 2022-06-07 杭氧集团股份有限公司 一种光电制氢储能与冷量回收耦合产干冰装置及使用方法
CN114518015A (zh) * 2022-02-14 2022-05-20 杨兆铭 一种采用氮透平膨胀预冷的氢气液化工艺
CN114543441A (zh) * 2022-02-21 2022-05-27 杭州中泰深冷技术股份有限公司 一种氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统及方法
CN114543442A (zh) * 2022-02-21 2022-05-27 杭州中泰深冷技术股份有限公司 一种氢气液化系统及方法
CN114812096A (zh) * 2022-05-23 2022-07-29 中国石油大学(北京) 一种氢气与天然气联合液化系统与工艺
CN114812096B (zh) * 2022-05-23 2023-11-17 中国石油大学(北京) 一种氢气与天然气联合液化系统与工艺
CN115164097A (zh) * 2022-05-26 2022-10-11 合肥通用机械研究院有限公司 一种大流量、连续液氢加注站加注系统及加注方法
CN115164097B (zh) * 2022-05-26 2023-12-12 合肥通用机械研究院有限公司 一种大流量、连续液氢加注站加注系统及加注方法
WO2023240033A1 (en) * 2022-06-06 2023-12-14 Chart Energy & Chemicals, Inc. Cryogenic gas cooling system and method
CN115371357A (zh) * 2022-08-19 2022-11-22 中国石油天然气集团有限公司 氢气循环制冷液化系统及工艺
CN115371357B (zh) * 2022-08-19 2024-05-14 中国石油天然气集团有限公司 氢气循环制冷液化系统及工艺
CN116592574B (zh) * 2023-07-12 2023-09-08 中太海事技术(上海)有限公司 一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统
CN116592574A (zh) * 2023-07-12 2023-08-15 中太海事技术(上海)有限公司 一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统
CN116697686A (zh) * 2023-07-28 2023-09-05 中太海事技术(上海)有限公司 一种利用低温压缩的氢气制冷系统及其应用

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