CN115264380A - 一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站及运行方法，液氢站包括高压换热器、高压缓冲罐瓶组、多股流预冷/蓄冷换热器、加氢机、第一高压氢加注管线和第二高压氢加注管线；所述高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器、第一高压氢加注管线后进入加氢机前的第一混合点到达加氢机，形成第一股氢流线路；所述高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器、多股流预冷/蓄冷换热器、第二高压氢加注管线后进入加氢机前的第一混合点到达加氢机，形成第二股氢流线路；所述第一股氢流线路和第二股氢流线路构成70MPa低温氢气的第一加注单元。本发明的液氢站能够实现70MPa大流量加氢方式。
Description
技术领域
本发明涉及液氢加氢站领域，具体来说是一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站及运行方法。
背景技术
加氢站是为燃料电池汽车充装氢气的场所，是燃料电池车应用的重要保障，也是氢能发展利用的关键环节。根据加氢站内氢气储存的形态不同，可分为气氢加氢站和液氢加氢站。气氢加氢站是目前占据主导地位的储氢方式，但其储氢密度低，安全性较差，相较于高压气氢储氢加氢站，液氢加氢站具有占地面积小、液氢储存量大的特点，能够满足大规模的加氢需求。液氢加氢站将液氢储存在具有多层真空绝热的大型低压液氢储罐中，通过加压、汽化后给车载移动式高压储氢气瓶充注加氢。由于氢的焦耳-汤普森效应，直接减压加注时，产生大量热量，造成极大的安全隐患，进行高压氢(>＝70MPa)加注时，高压缓冲气罐瓶中的高压常温氢应进行预冷后，再进行加注，但配备类似于高压气氢加氢站的预冷单元，一方面，预冷量较小，难以满足大流量加注需求，造成较差的充注体验，难以体现出液氢加氢站的优势；另一方面，预冷单元需消耗大量的电量，另外，液氢增压泵出口的高压低温氢的汽化过程需消耗大量的热量及电量，造成整个氢加注系统运行不经济。
因此，亟需提供一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站及运行方法来克服现有液氢站的上述缺陷中的至少一种。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于：提供一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站及运行方法。
为了实现上述目的，本发明公开了一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，包括高压换热器、高压缓冲罐瓶组、多股流预冷/蓄冷换热器、加氢机、第一高压氢加注管线和第二高压氢加注管线；
所述高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器、第一高压氢加注管线后进入加氢机前的第一混合点到达加氢机，形成第一股氢流线路；
所述高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器、多股流预冷/蓄冷换热器、第二高压氢加注管线后进入加氢机前的第一混合点到达加氢机，形成第二股氢流线路；
所述第一股氢流线路上的氢气和第二股氢流线路上的氢气在第一混合点混合后得到70MPa低温氢气；
所述第一股氢流线路和第二股氢流线路构成70MPa低温氢气的第一加注单元。
优选地，所述高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢减压至35MPa后，依次进入高压换热器、第一高压氢加注管线后进入加氢机，形成35MPa氢流加注线路；
所述35MPa氢流加注线路构成35MPa氢的加注单元。
优选地，所述带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，还包括液氢储罐、液氢增压泵和高压空温式汽化器；
所述液氢储罐中的低压低温液氢依次进入液压增压泵、高压空温式汽化器、高压换热器处理后得到高压常温汽化氢，最终进入到高压缓冲罐瓶组。
优选地，所述带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，还包括载冷剂低温储罐和载冷剂泵；
所述载冷剂低温储罐，载冷剂泵均与多股流预冷/蓄冷换热器连接。
优选地，所述多股流预冷/蓄冷换热器中，壳程流体为载冷剂，管侧有高压低温氢第一管程、高压低温氢第二管程、低压低温氢BOG第三管程和高压常温氢第四管程；
所述多股流预冷/蓄冷换热器内的高压低温氢第一管程出口有两条管线，其中，一条管线为高压低温氢第二管程，另一条管线为配备有减压阀的第三高压氢加注管线。
优选地，所述第二股氢流线路具体如下：
高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器、多股流预冷/蓄冷换热器的高压常温氢第四管程、第二高压氢加注管线后进入加氢机前的第一混合点到达加氢机，形成第二股氢流线路。
优选地，所述液氢储罐中的低压低温液氢依次进入液压增压泵、多股流预冷/蓄冷换热器管侧的高压低温氢第一管程、第三高压氢加注管线、第二高压氢加注管线的第二混合点、第一混合点，到达加氢机，形成第三股氢流线路；
所述高压缓冲罐瓶组高压常温汽化氢不经过减压，直接依次进入高压换热器、多股流预冷/蓄冷换热器内的高压常温氢第四管程、第二高压氢加注管线的第二混合点、第一混合点，到达加氢机，形成第四股氢流线路；
所述第三股氢流线路和第四股氢流线路中的氢气在第二混合点初步混合后与第一股氢流线路中的氢气在第一混合点进行再次混合得到70MPa低温氢气；
所述第一股氢流线路、第三股氢流线路和第四股氢流线路构成70MPa低温氢气的第二加注单元。
优选地，所述液氢储罐中的低压低温液氢依次进入液压增压泵、多股流预冷/蓄冷换热器管侧的高压低温氢第一管程和高压低温氢第二管程，充分释放冷量至载冷剂后，返回至高压空温式汽化器后依次进入高压换热器和高压缓冲罐瓶组构成第五股氢流线路；
所述第五股氢流线路构成第一载冷剂预冷/蓄冷单元。
优选地，所述带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，还包括常压空温式汽化器和固定式燃料电池发电机组；
所述液氢储罐中的顶部出口的低压低温气氢进入多股流预冷/蓄冷换热器管侧的低压低温氢BOG第三管程，充分释放冷量至载冷剂后，依次进入常压空温式汽化器和固定式燃料电池发电机组进行发电构成第六股氢流线路；
所述第六股氢流线路构成第二载冷剂预冷/蓄冷单元。
优选地，所述液氢增压泵与高压空温式汽化器之间依次设置第一单向止回阀、第二调节阀和第二单向止回阀；
所述液氢增压泵与多股流预冷/蓄冷换热器之间依次设置第一单向止回阀、第一调节阀和第三单向止回阀；
所述高压缓冲罐瓶组与高压换热器之间的一条管路上依次设置第三调节阀和第六单向止回阀；
所述高压缓冲罐瓶组与高压换热器之间的另一条管路上依次设置第七单向止回阀和第五调节阀；
所述高压换热器与加氢机之间依次设置第六调节阀和第五单向止回阀；
所述高压换热器与多股流预冷/蓄冷换热器之间依次设置第四调节阀和第四单向止回阀；
所述多股流预冷/蓄冷换热器的高压常温氢第四管程与加氢机之间设置第九调节阀；
所述多股流预冷/蓄冷换热器的高压低温氢第二管程与加氢机之间依次设置第七调节阀、第八调节阀、减压阀和第九调节阀；
所述多股流预冷/蓄冷换热器的高压低温氢第一管程与加氢机之间依次设置第八调节阀、减压阀和第九调节阀。
优选地，所述第一高压氢加注管线为35MPa/70MPa氢加注共用管线；所述第二高压氢加注管线为70MPa氢加注管线；所述第三高压氢加注管线为70MPa氢加注管线；
所述多股流预冷/蓄冷换热器内的低压低温氢BOG第三管程内填充固体正仲氢转化催化剂；
所述高压换热器采用绕管式换热器或印刷电路板式换热器，当采用印刷电路板式换热器时，通道截面为半圆形，流道为波浪形或直流道，通道直径在0.1mm-3mm之间。
本发明还公开了一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站的运行方法，所述的运行方法包括70MPa低温氢气的加注方法、35MPa氢的加注方法和载冷剂预冷/蓄冷方法。
优选地，所述70MPa低温氢气的加注方法包括如下步骤：
运行70MPa低温氢气的第一加注单元，打开高压缓冲罐瓶组的出口，高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢分为两股氢流，其中一股氢流沿着第一股氢流线路到达加氢机前的第一混合点，另一股氢流沿着第二股氢流线路到达加氢机前的第一混合点，到达第一混合点的两股氢流混合后得到70MPa低温氢气，70MPa低温氢气进入到加氢机对所需产品进行70MPa低温氢气的加注。
优选地，所述35MPa氢的加注方法包括如下步骤：
运行35MPa氢的加注单元，打开高压缓冲罐瓶组的出口，高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢减压至35MPa后，沿着35MPa氢流加注线路进入到加氢机，对所需产品进行35MPa低温氢气的加注。
优选地，所述70MPa低温氢气的加注方法包括如下步骤：
运行70MPa低温氢气的第二加注单元；
打开液氢储罐的出口，液氢储罐中的低压低温液氢沿着第三股氢流线路到达的第二混合点；
打开高压缓冲罐瓶组的出口，高压缓冲罐瓶组内的高压常温汽化氢分为两股氢流，其中一股氢流沿着第四股氢流线路到达加氢机前的第二混合点，与第三股氢流线路中的氢气在第二混合点进行初步混合，初步混合后的氢气进入到第一混合点；另一股氢流沿着第一股氢流线路到达加氢机前的第一混合点，与初步混合后的氢气在第一混合点进行再次混合得到70MPa低温氢气；
70MPa低温氢气进入到加氢机对所需产品进行70MPa低温氢气的加注。
优选地，所述载冷剂预冷/蓄冷方法包括如下步骤：
运行第一载冷剂预冷/蓄冷单元；
运行液氢增压泵和载冷剂泵，液氢储罐中的低压低温液氢按照第五股氢流线路进行流动，低压低温液氢释放的冷量至载冷剂低温储罐所储存的载冷剂，实现载冷剂预冷/蓄冷；
释放冷量后的氢气进入到高压缓冲罐瓶组进行储存备用。
优选地，所述载冷剂预冷/蓄冷方法包括如下步骤：
运行第二载冷剂预冷/蓄冷单元；
运行液氢增压泵和载冷剂泵，液氢储罐中的低压低温气氢按照第六股氢流线路进行流动，低压低温气氢释放的冷量至载冷剂低温储罐所储存的载冷剂，实现载冷剂预冷/蓄冷；
释放冷量后的氢气进入到固定式燃料电池发电机组进行发电。
本发明的有益效果在于：
本发明的液氢站能够实现35MPa大流量加氢和70MPa大流量加氢两种加氢方式，同时，为了实现氢的快速加注，设置了预冷/蓄冷单元，可以在液氢汽化过程中，提供一部分热量，同时还可以实现载冷剂蓄冷功能；在高压气氢加注过程中，通过氢BOG直接供冷及仲正氢转化供冷、载冷剂供冷、高压液氢供冷的多股流设计，满足大流量高压气氢的预冷需求，实现了液氢汽化与气氢预冷的时空间匹配，减少汽化及预冷能耗；另外，供冷后的氢BOG作为燃料电池的氢源，进行发电，向外输出电量，通过这种方式，实现了液氢储罐中的氢BOG冷能的多效利用，同时节省了能源，与气氢加氢站相比，更能凸显出液氢加氢站的优势。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站的结构示意图；
附图标记中：1：液氢储罐，2：液氢增压泵，3：高压空温式汽化器，4：高压换热器，5：高压缓冲罐瓶组，6：多股流预冷/蓄冷换热器，7：载冷剂低温储罐，8：载冷剂泵，9：常压空温式汽化器，10：加氢机，11-1：第一高压氢加注管线，11-2：第二高压氢加注管线，11-3：第三高压氢加注管线，12-1：高压低温氢第一管程，12-2：高压低温氢第二管程，12-3：低压低温氢BOG第三管程，12-4：高压常温氢第四管程，13：固定式燃料电池发电机组，14：减压阀；
15-1：第一单向止回阀，15-2：第二单向止回阀，15-3：第三单向止回阀，15-4：第四单向止回阀，15-5：第五单向止回阀，15-6：第六单向止回阀，15-7：第七单向止回阀；
16-1：第一调节阀，16-2：第二调节阀，16-3：第三调节阀，16-4：第四调节阀，16-5：第五调节阀，16-6：第六调节阀，16-7：第七调节阀，16-8：第八调节阀，16-9：第九调节阀；
17：第一混合点，18：第二混合点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：本发明公开了一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，包括高压换热器4、高压缓冲罐瓶组5、多股流预冷/蓄冷换热器6、加氢机10、第一高压氢加注管线11-1和第二高压氢加注管线11-2；所述高压缓冲罐瓶组5内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器4、第一高压氢加注管线11-1后进入加氢机10前的第一混合点17到达加氢机10，形成第一股氢流线路；所述高压缓冲罐瓶组5内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器4、多股流预冷/蓄冷换热器6、第二高压氢加注管线11-2后进入加氢机10前的第一混合点17到达加氢机10，形成第二股氢流线路；所述第一股氢流线路上的氢气和第二股氢流线路上的氢气在第一混合点17混合后得到70MPa低温氢气；所述第一股氢流线路和第二股氢流线路构成70MPa低温氢气的第一加注单元。
本发明的70MPa低温氢气的第一加注单元可以用于70MPa低温氢气大量流量加注，其具体的加注方法如下：
运行70MPa低温氢气的第一加注单元，打开高压缓冲罐瓶组5的出口，高压缓冲罐瓶组5内的高压常温汽化氢分为两股氢流，其中一股氢流沿着第一股氢流线路到达加氢机10前的第一混合点17，另一股氢流沿着第二股氢流线路到达加氢机10前的第一混合点17，达到第一混合点17的两股氢流混合后得到70MPa低温氢气，70MPa低温氢气进入到加氢机10对所需产品进行70MPa低温氢气的加注。
优选地，所述高压缓冲罐瓶组5内的高压常温汽化氢减压至35MPa后，依次进入高压换热器4、第一高压氢加注管线11-1后进入加氢机10，形成35MPa氢流加注线路；所述35MPa氢流加注线路构成35MPa氢的加注单元。
本发明的35MPa氢的加注单元可以用于35MPa氢的大量流量加注，其具体的加注方法如下：
运行35MPa氢的加注单元，打开高压缓冲罐瓶组5的出口，高压缓冲罐瓶组5内的高压常温汽化氢减压至35MPa后，沿着35MPa氢流加注线路进入到加氢机10，对所需产品进行35MPa低温氢气的加注。
优选地，上述带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，还包括液氢储罐1、液氢增压泵2和高压空温式汽化器3；所述液氢储罐1中的低压低温液氢依次进入液压增压泵2、高压空温式汽化器3、高压换热器4处理后得到高压常温汽化氢，最终进入到高压缓冲罐瓶组5。
优选地，上述带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，还包括载冷剂低温储罐7和载冷剂泵8；所述载冷剂低温储罐7，载冷剂泵8均与多股流预冷/蓄冷换热器6连接。
优选地，所述多股流预冷/蓄冷换热器6中，壳程流体为载冷剂，管侧有高压低温氢第一管程12-1、高压低温氢第二管程12-2、低压低温氢BOG第三管程12-3和高压常温氢第四管程12-4；多股流预冷/蓄冷换热器6内的高压低温氢第一管程12-1出口有两条管线，其中，一条管线为高压低温氢第二管程12-2，另一条管线为配备有减压阀14的第三高压氢加注管线11-3，此处这样设置的优点在于：无需经过高压缓冲罐瓶组5，直接与第四股氢流线路的高压气氢在第二混合点18进行初步混合，减少汽化所需的能耗，同时，实现对第四股氢流线路的高压气氢的直接接触高效冷却，提高液氢加氢站的瞬时加注速率，具体地，高压低温氢第一管程12-1的出口与高压低温氢第二管程12-2的入口通过一个三通和一个90°弯头进行连接。
优选地，所述第二股氢流线路具体如下：高压缓冲罐瓶组5内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器4、多股流预冷/蓄冷换热器6的高压常温氢第四管程12-4、第二高压氢加注管线11-2后进入加氢机10前的第一混合点17到达加氢机10，形成第二股氢流线路。
优选地，所述液氢储罐1中的低压低温液氢依次进入液压增压泵2、多股流预冷/蓄冷换热器6管侧的高压低温氢第一管程12-1、第三高压氢加注管线11-3、第二高压氢加注管线11-2的第二混合点18、第一混合点17，到达加氢机10，形成第三股氢流线路；
所述高压缓冲罐瓶组5高压常温汽化氢不经过减压，直接依次进入高压换热器4、多股流预冷/蓄冷换热器6内的高压常温氢第四管程12-4、第二高压氢加注管线11-2的第二混合点18、第一混合点17，到达加氢机10，形成第四股氢流线路；
所述第三股氢流线路和第四股氢流线路中的氢气在第二混合点18初步混合后与第一股氢流线路中的氢气在第一混合点17进行再次混合得到70MPa低温氢气；所述第一股氢流线路，第三股氢流线路和第四股氢流线路构成70MPa低温氢气的第二加注单元。
本发明的70MPa低温氢气的第二加注单元可以用于70MPa低温氢气大量流量加注，其具体的加注方法如下：
运行70MPa低温氢气的第二加注单元；
打开液氢储罐1的出口，液氢储罐1中的低压低温液氢沿着第三股氢流线路到达的第二混合点18；
打开高压缓冲罐瓶组5的出口，高压缓冲罐瓶组5内的高压常温汽化氢分为两股氢流，其中一股氢流沿着第四股氢流线路到达加氢机10前的第二混合点18，与第三股氢流线路中的氢气在第二混合点18进行初步混合，初步混合后的氢气进入到第一混合点17；另一股氢流沿着第一股氢流线路到达加氢机10前的第一混合点17，与初步混合后的氢气在第一混合点17进行再次混合得到70MPa低温氢气；
70MPa低温氢气进入到加氢机10对所需产品进行70MPa低温氢气的加注。
优选地，所述液氢储罐1中的低压低温液氢依次进入液压增压泵2、多股流预冷/蓄冷换热器6管侧的高压低温氢第一管程12-1和高压低温氢第二管程12-2，充分释放冷量至载冷剂后，返回至高压空温式汽化器3后依次进入高压换热器4和高压缓冲罐瓶组5构成第五股氢流线路；所述第五股氢流线路构成第一载冷剂预冷/蓄冷单元。
本发明的第一载冷剂预冷/蓄冷单元可以用于载冷剂预冷/蓄冷，其具体方法如下：
运行第一载冷剂预冷/蓄冷单元；
运行液氢增压泵2和载冷剂泵8，液氢储罐1中的低压低温液氢按照第五股氢流线路进行流动，低压低温液氢释放的冷量至载冷剂低温储罐7所储存的载冷剂，实现载冷剂预冷/蓄冷；
释放冷量后的氢气进入到高压缓冲罐瓶组5进行储存备用。
优选地，本发明的带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，还包括常压空温式汽化器9和固定式燃料电池发电机组13；所述液氢储罐1中的顶部出口的低压低温气氢进入多股流预冷/蓄冷换热器6管侧的低压低温氢BOG第三管程12-3(此处氢流走向未在图1中画出)，充分释放冷量至载冷剂后，依次进入常压空温式汽化器9和固定式燃料电池发电机组13进行发电构成第六股氢流线路；所述第六股氢流线路构成第二载冷剂预冷/蓄冷单元。
本发明的第二载冷剂预冷/蓄冷单元可以用于载冷剂预冷/蓄冷，其具体方法如下：
运行第二载冷剂预冷/蓄冷单元；
运行液氢增压泵2和载冷剂泵8，液氢储罐1中的低压低温气氢按照第六股氢流线路进行流动，低压低温气氢释放的冷量传递至载冷剂低温储罐7所储存的载冷剂，实现载冷剂预冷/蓄冷；
释放冷量后的氢气进入到固定式燃料电池发电机组13进行发电。
具体的，通过在管道上设置调节阀实现管道上氢气流量调节和关闭状态；通过在管道上设置单向止回阀避免管道上氢气出现回流现象，具体设置方法如下：
所述液氢增压泵2与高压空温式汽化器3之间依次设置第一单向止回阀15-1、第二调节阀16-2和第二单向止回阀15-2；所述液氢增压泵2与多股流预冷/蓄冷换热器6之间依次设置第一单向止回阀15-1、第一调节阀16-1和第三单向止回阀15-3；所述高压缓冲罐瓶组5与高压换热器4之间的一条管路上依次设置第三调节阀16-3和第六单向止回阀15-6；所述高压缓冲罐瓶组5与高压换热器4之间的另一条管路上依次设置第七单向止回阀15-7和第五调节阀16-5；所述高压换热器4与加氢机10之间依次设置第六调节阀16-6和第五单向止回阀15-5；所述高压换热器4与多股流预冷/蓄冷换热器6之间依次设置第四调节阀16-4和第四单向止回阀15-4；所述多股流预冷/蓄冷换热器6的高压常温氢第四管程12-4与加氢机10之间依次设置第九调节阀16-9；所述多股流预冷/蓄冷换热器6的高压低温氢第二管程12-2与加氢机10之间依次设置第七调节阀16-7、第八调节阀16-8、减压阀14和第九调节阀16-9；所述多股流预冷/蓄冷换热器6的高压低温氢第一管程12-1与加氢机10之间依次设置第八调节阀16-8、减压阀14和第九调节阀16-9。
优先地，所述第一高压氢加注管线11-1为35MPa/70MPa氢加注共用管线；所述第二高压氢加注管线11-2为70MPa氢加注管线；所述第三高压氢加注管线11-3为70MPa氢加注管线；
优先地，所述多股流预冷/蓄冷换热器6内的低压低温氢BOG第三管程12-3内填充固体正仲氢转化催化剂；通过将液氢储罐1中闪蒸的仲氢含量在97％以上的氢BOG，进行仲正氢转化吸热反应，转化为相应温度下正氢、仲氢各占相应比例的氢BOG，实现仲正氢转化释冷，增加预冷/蓄冷所提供的冷量，减少多股流预冷/蓄冷换热器6的换热面积及体积，同时减少系统能耗；具体地，该固体正仲氢转化催化剂可以颗粒的形式填充到低压低温氢BOG第三管程12-3的内部，也可以涂覆在低压低温氢BOG第三管程12-3的内部管壁上，还可以将3D打印方法制得的固体正仲氢转化催化剂填充到低压低温氢BOG第三管程12-3的内部；具体地，该固体催化剂可以为活性炭、氢氧化铁、金属氧化物(此处的金属氧化物优选是氧化铁、氧化铬、氧化镍、氧化锰)中的一种。
优先地，所述高压换热器4采用绕管式换热器或印刷电路板式换热器，当采用印刷电路板式换热器时，通道截面为半圆形，流道为波浪形或直流道，通道直径在0.1mm-3mm之间，这样使得高压换热器4的比表面积较大，整体结构更加紧凑，同时，通道尺寸较小，最大程度上避免氢气可能的泄漏所造成的爆炸风险，减小安全隐患。
以上分别介绍了本发明液氢站以及其运行方法中的三种加氢方法和两种蓄冷方法，具体应用时，加氢方法和蓄冷方法可以同步进行，下面结合图1对本发明的液氢站运行方法中的常用的几种方法具体介绍如下：
实施例1(35MPa加氢)
此时，液氢增压泵2处于关闭状态，高压缓冲罐瓶组5入口第五调节阀16-5、第七单向止回阀15-7关闭，出口第三调节阀16-3、第六单向止回阀15-6打开，其中，高压缓冲罐瓶组5中的高压常温汽化氢减压至35MPa左右，进入高压换热器4，高压换热器4出口的氢流经第六调节阀16-6、第五单向止回阀15-5，沿着35MPa/70MPa共用的第一高压氢加注管线11-1，并进入加氢机10，进行35MPa车载储氢气瓶的燃料电池汽车的加注，(35MPa加注)。
实施例2(70MPa加氢方式1)
此时，液氢增压泵2处于关闭状态，高压缓冲罐瓶组5入口第五调节阀16-5、第七单向止回阀15-7关闭，出口的第三调节阀16-3、第六单向止回阀15-6打开，其中的70MPa高压常温汽化氢不经过减压，直接进入高压换热器4，然后分为两股流股，其中一股70MPa高压常温汽化氢流经第六调节阀16-6、第五单向止回阀15-5，经过35MPa/70MPa共用的第一高压氢加注管线11-1，进入加氢机10前的第一混合点17；另外一股70MPa高压常温汽化氢流经第四调节阀16-4、第四单向止回阀15-4，进入多股流预冷/蓄冷换热器6内的高压常温氢第四管程12-4，此时，载冷剂泵8处于运行状态，经过低温载冷剂流经的壳程和氢BOG流经的低压低温氢BOG第三管程12-3共同预冷至-50℃以下，随后，沿着70MPa的第二高压氢加注管线11-2，流经第九调节阀16-9，进入加氢机10前的第一混合点17，与另一股经过35MPa/70MPa共用的第一高压氢加注管线11-1的70MPa高压氢混合至-40℃左右后，进行高效的大流量加注，(三股流换热+70MPa加注)。
实施例3(70MPa加氢方式2极限状态)
此时，一方面，液氢增压泵2处于打开状态，第二调节阀16-2、第二单向止回阀15-2关闭，第三调节阀16-3、第六单向止回阀15-6打开，液氢储罐1中的低压低温液氢(低压<＝0.5MPa、低温-253℃)进入液压增压泵2升压升温至压力>＝90MPa，温度-220℃的超临界状态，随后，流经第一调节阀16-1、第三单向止回阀15-3，首先，进入多股流预冷/蓄冷换热器6管侧的高压低温氢第一管程12-1，充分释放冷量至多股流预冷/蓄冷换热器6壳侧的载冷剂，此时，多股流预冷/蓄冷换热器6的管侧的高压低温氢第一管程12-1出口三通连接至高压低温氢第二管程12-2入口的第七调节阀16-7关闭，第八调节阀16-8、减压阀14打开，随后，进入70MPa的第三高压氢加注管线11-3流经第八调节阀16-8、并经过减压阀14进行减压后，进入70MPa的第二高压氢加注管线11-2的第二混合点18；另一方面，高压缓冲罐瓶组5入口第五调节阀16-5、第七单向止回阀15-7关闭，出口第三调节阀16-3、第六单向止回阀15-6打开，其中的高压氢不经过减压，直接进入高压换热器4，然后分为两股流股，其中一股70MPa氢沿着35MPa/70MPa共用的第一高压氢加注管线11-1流经第六调节阀16-6、第六单向止回阀15-6，进入加氢机10的第一混合点17；另外一股70MPa氢进入多股流预冷/蓄冷换热器6内的高压常温氢第四管程12-4，此时，载冷剂泵8处于运行状态，经过载冷剂和低温低压氢BOG共同预冷至-50℃以下，随后，沿着70MPa的第二高压氢加注管线11-2，与多股流预冷/蓄冷换热器6内的高压低温氢第一管程12-1出口三通流经第八调节阀16-8、减压阀14，进入70MPa的第二高压氢加注管线11-2的第二混合点18，与高压低温氢第一管程12-1出口的高压低温氢进行初级混合，然后，与高压缓冲罐瓶组5出口沿着35MPa/70MPa共用的第一高压氢加注管线11-1的70MPa氢在加氢机10前的第一混合点17进行二级混合后，进入加氢机10，进行液氢加氢站的最大流量加注，(蓄冷+四股流换热+70MPa加注)。
实施例4(液氢预冷/蓄冷)
此时，液氢增压泵2处于运行状态，第二调节阀16-2、第二单向止回阀15-2关闭，液氢储罐1中的低压低温液氢(低压<＝0.5MPa、低温为-253℃)进入液压增压泵2升压升温至温度>＝90MPa，压力-220℃的超临界状态，然后，流经第一调节阀16-1、第三单向止回阀15-3，进入多股流预冷/蓄冷换热器6管侧的高压低温氢第一管程12-1，此时，多股流预冷/蓄冷换热器6管侧的高压低温氢第一管程12-1出口三通连接至高压低温氢第二管程12-2入口的第七调节阀16-7打开，第八调节阀16-8、减压阀14关闭；高压低温氢第一管程12-1出口的高压低温氢流经第七调节阀16-7，进入高压低温氢第二管程12-2，充分释放冷量至载冷剂，随后，返回至高压空温式汽化器3，并进入高压换热器4，进入高压缓冲罐瓶组5进行充装，此时，高压缓冲罐瓶组5入口第五调节阀16-5、第七单向止回阀15-7打开，出口第三调节阀16-3、第六单向止回阀15-6关闭；与此同时，载冷剂泵8处于运行状态，载冷剂低温储罐7所储存的载冷剂平均温度不断降低，当载冷剂低温储罐7的平均温度降至-55℃以下时，完成高压缓冲罐瓶组5的充装和预/蓄冷单元的冷却(充装+蓄冷)。
实施例5(BOG预冷/蓄冷)
此时，液氢增压泵2处于运行状态，液氢储罐1中的低压(<＝0.5MPa)、低温(-253℃)氢BOG进入多股流预冷/蓄冷换热器6管侧的低压低温氢BOG第三管程12-3，充分释放冷量至载冷剂，随后，进入常压空温式汽化器9进一步升温，最后，进入固定式燃料电池发电机组13进行发电；与此同时，载冷剂泵8处于运行状态，载冷剂低温储罐7所储存的载冷剂平均温度不断降低，当载冷剂低温储罐7的平均温度降至-55℃以下时，完成氢BOG的汽化发电和预/蓄冷单元的冷却(发电+预冷/蓄冷)。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (17)
1.一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，包括高压换热器(4)、高压缓冲罐瓶组(5)、多股流预冷/蓄冷换热器(6)、加氢机(10)、第一高压氢加注管线(11-1)和第二高压氢加注管线(11-2)；
所述高压缓冲罐瓶组(5)内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器(4)、第一高压氢加注管线(11-1)后进入加氢机(10)前的第一混合点(17)到达加氢机(10)，形成第一股氢流线路；
所述高压缓冲罐瓶组(5)内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器(4)、多股流预冷/蓄冷换热器(6)、第二高压氢加注管线(11-2)后进入加氢机(10)前的第一混合点(17)到达加氢机(10)，形成第二股氢流线路；
所述第一股氢流线路上的氢气和第二股氢流线路上的氢气在第一混合点(17)混合后得到70MPa低温氢气；
所述第一股氢流线路和第二股氢流线路构成70MPa低温氢气的第一加注单元。
2.根据权利要求1所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，所述高压缓冲罐瓶组(5)内的高压常温汽化氢减压至35MPa后，依次进入高压换热器(4)、第一高压氢加注管线(11-1)后进入加氢机(10)，形成35MPa氢流加注线路；
所述35MPa氢流加注线路构成35MPa氢的加注单元。
3.根据权利要求2所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，还包括液氢储罐(1)、液氢增压泵(2)和高压空温式汽化器(3)；
所述液氢储罐(1)中的低压低温液氢依次进入液压增压泵(2)、高压空温式汽化器(3)、高压换热器(4)处理后得到高压常温汽化氢，最终进入到高压缓冲罐瓶组(5)。
4.根据权利要求3所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，还包括载冷剂低温储罐(7)和载冷剂泵(8)；
所述载冷剂低温储罐(7)，载冷剂泵(8)均与多股流预冷/蓄冷换热器(6)连接。
5.根据权利要求4所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，所述多股流预冷/蓄冷换热器(6)中，壳程流体为载冷剂，管侧有高压低温氢第一管程(12-1)、高压低温氢第二管程(12-2)、低压低温氢BOG第三管程(12-3)和高压常温氢第四管程(12-4)；
所述多股流预冷/蓄冷换热器(6)内的高压低温氢第一管程(12-1)出口有两条管线，其中，一条管线为高压低温氢第二管程(12-2)，另一条管线为配备有减压阀(14)的第三高压氢加注管线(11-3)。
6.根据权利要求5所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，所述第二股氢流线路具体如下：
高压缓冲罐瓶组(5)内的高压常温汽化氢不经过减压，依次进入高压换热器(4)、多股流预冷/蓄冷换热器(6)的高压常温氢第四管程(12-4)、第二高压氢加注管线(11-2)后进入加氢机(10)前的第一混合点(17)到达加氢机(10)，形成第二股氢流线路。
7.根据权利要求6所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，所述液氢储罐(1)中的低压低温液氢依次进入液压增压泵(2)、多股流预冷/蓄冷换热器(6)管侧的高压低温氢第一管程(12-1)、第三高压氢加注管线(11-3)、第二高压氢加注管线(11-2)的第二混合点(18)、第一混合点(17)，到达加氢机(10)，形成第三股氢流线路；
所述高压缓冲罐瓶组(5)高压常温汽化氢不经过减压，直接依次进入高压换热器(4)、多股流预冷/蓄冷换热器(6)内的高压常温氢第四管程(12-4)、第二高压氢加注管线(11-2)的第二混合点(18)、第一混合点(17)，到达加氢机(10)，形成第四股氢流线路；
所述第三股氢流线路和第四股氢流线路中的氢气在第二混合点(18)初步混合后与第一股氢流线路中的氢气在第一混合点(17)进行再次混合得到70MPa低温氢气；
所述第一股氢流线路、第三股氢流线路和第四股氢流线路构成70MPa低温氢气的第二加注单元。
8.根据权利要求7所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，所述液氢储罐(1)中的低压低温液氢依次进入液压增压泵(2)、多股流预冷/蓄冷换热器(6)管侧的高压低温氢第一管程(12-1)和高压低温氢第二管程(12-2)，充分释放冷量至载冷剂后，返回至高压空温式汽化器(3)后依次进入高压换热器(4)和高压缓冲罐瓶组(5)构成第五股氢流线路；
所述第五股氢流线路构成第一载冷剂预冷/蓄冷单元。
9.根据权利要求8所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，还包括常压空温式汽化器(9)和固定式燃料电池发电机组(13)；
所述液氢储罐(1)中的顶部出口的低压低温气氢进入多股流预冷/蓄冷换热器(6)管侧的低压低温氢BOG第三管程(12-3)，充分释放冷量至载冷剂后，依次进入常压空温式汽化器(9)和固定式燃料电池发电机组(13)进行发电构成第六股氢流线路；
所述第六股氢流线路构成第二载冷剂预冷/蓄冷单元。
10.根据权利要求9所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，所述液氢增压泵(2)与高压空温式汽化器(3)之间依次设置第一单向止回阀(15-1)、第二调节阀(16-2)和第二单向止回阀(15-2)；
所述液氢增压泵(2)与多股流预冷/蓄冷换热器(6)之间依次设置第一单向止回阀(15-1)、第一调节阀(16-1)和第三单向止回阀(15-3)；
所述高压缓冲罐瓶组(5)与高压换热器(4)之间的一条管路上依次设置第三调节阀(16-3)和第六单向止回阀(15-6)；
所述高压缓冲罐瓶组(5)与高压换热器(4)之间的另一条管路上依次设置第七单向止回阀(15-7)和第五调节阀(16-5)；
所述高压换热器(4)与加氢机(10)之间依次设置第六调节阀(16-6)和第五单向止回阀(15-5)；
所述高压换热器(4)与多股流预冷/蓄冷换热器(6)之间依次设置第四调节阀(16-4)和第四单向止回阀(15-4)；
所述多股流预冷/蓄冷换热器(6)的高压常温氢第四管程(12-4)与加氢机(10)之间设置第九调节阀(16-9)；
所述多股流预冷/蓄冷换热器(6)的高压低温氢第二管程(12-2)与加氢机(10)之间依次设置第七调节阀(16-7)、第八调节阀(16-8)、减压阀(14)和第九调节阀(16-9)；
所述多股流预冷/蓄冷换热器(6)的高压低温氢第一管程(12-1)与加氢机(10)之间依次设置第八调节阀(16-8)、减压阀(14)和第九调节阀(16-9)。
11.根据权利要求9所述的一种带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站，其特征在于，所述第一高压氢加注管线(11-1)为35MPa/70MPa氢加注共用管线；所述第二高压氢加注管线(11-2)为70MPa氢加注管线；所述第三高压氢加注管线(11-3)为70MPa氢加注管线；
所述多股流预冷/蓄冷换热器(6)内的低压低温氢BOG第三管程(12-3)内填充固体正仲氢转化催化剂；
所述高压换热器(4)采用绕管式换热器或印刷电路板式换热器，当采用印刷电路板式换热器时，通道截面为半圆形，流道为波浪形或直流道，通道直径在0.1mm-3mm之间。
12.一种如权利要求9-11任意一项所述的带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站的运行方法，其特征在于，所述的运行方法包括70MPa低温氢气的加注方法、35MPa氢的加注方法和载冷剂预冷/蓄冷方法。
13.根据权利要求12所述的带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站的运行方法，其特征在于，所述70MPa低温氢气的加注方法包括如下步骤：
运行70MPa低温氢气的第一加注单元，打开高压缓冲罐瓶组(5)的出口，高压缓冲罐瓶组(5)内的高压常温汽化氢分为两股氢流，其中一股氢流沿着第一股氢流线路到达加氢机(10)前的第一混合点(17)，另一股氢流沿着第二股氢流线路到达加氢机(10)前的第一混合点(17)，到达第一混合点(17)的两股氢流混合后得到70MPa低温氢气，70MPa低温氢气进入到加氢机(10)对所需产品进行70MPa低温氢气的加注。
14.根据权利要求12所述的带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站的运行方法，其特征在于，所述35MPa氢的加注方法包括如下步骤：
运行35MPa氢的加注单元，打开高压缓冲罐瓶组(5)的出口，高压缓冲罐瓶组(5)内的高压常温汽化氢减压至35MPa后，沿着35MPa氢流加注线路进入到加氢机(10)，对所需产品进行35MPa低温氢气的加注。
15.根据权利要求12所述的带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站的运行方法，其特征在于，所述70MPa低温氢气的加注方法包括如下步骤：
运行70MPa低温氢气的第二加注单元；
打开液氢储罐(1)的出口，液氢储罐(1)中的低压低温液氢沿着第三股氢流线路到达的第二混合点(18)；
打开高压缓冲罐瓶组(5)的出口，高压缓冲罐瓶组(5)内的高压常温汽化氢分为两股氢流，其中一股氢流沿着第四股氢流线路到达加氢机(10)前的第二混合点(18)，与第三股氢流线路中的氢气在第二混合点(18)进行初步混合，初步混合后的氢气进入到第一混合点(17)；另一股氢流沿着第一股氢流线路到达加氢机(10)前的第一混合点(17)，与初步混合后的氢气在第一混合点(17)进行再次混合得到70MPa低温氢气；
70MPa低温氢气进入到加氢机(10)对所需产品进行70MPa低温氢气的加注。
16.根据权利要求12所述的带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站的运行方法，其特征在于，所述载冷剂预冷/蓄冷方法包括如下步骤：
运行第一载冷剂预冷/蓄冷单元；
运行液氢增压泵(2)和载冷剂泵(8)，液氢储罐(1)中的低压低温液氢按照第五股氢流线路进行流动，低压低温液氢释放的冷量至载冷剂低温储罐(7)所储存的载冷剂，实现载冷剂预冷/蓄冷；
释放冷量后的氢气进入到高压缓冲罐瓶组(5)进行储存备用。
17.根据权利要求12所述的带有隐式高压预冷/蓄冷单元的液氢站的运行方法，其特征在于，所述载冷剂预冷/蓄冷方法包括如下步骤：
运行第二载冷剂预冷/蓄冷单元；
运行液氢增压泵(2)和载冷剂泵(8)，液氢储罐(1)中的低压低温气氢按照第六股氢流线路进行流动，低压低温气氢释放的冷量至载冷剂低温储罐(7)所储存的载冷剂，实现载冷剂预冷/蓄冷；
释放冷量后的氢气进入到固定式燃料电池发电机组(13)进行发电。
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