DE10106483A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff

Info

Publication number
DE10106483A1
DE10106483A1 DE10106483A DE10106483A DE10106483A1 DE 10106483 A1 DE10106483 A1 DE 10106483A1 DE 10106483 A DE10106483 A DE 10106483A DE 10106483 A DE10106483 A DE 10106483A DE 10106483 A1 DE10106483 A1 DE 10106483A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
para
ortho
liquefied
conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10106483A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Bracha
Rolf Trill
Joachim Wolf
Bruno Ziegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to DE10106483A priority Critical patent/DE10106483A1/de
Priority to PCT/EP2002/001347 priority patent/WO2002065037A1/de
Priority to JP2002564315A priority patent/JP2004529307A/ja
Priority to US10/467,668 priority patent/US7040119B2/en
Priority to EP02711854A priority patent/EP1360447A1/de
Publication of DE10106483A1 publication Critical patent/DE10106483A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0089—Ortho-para conversion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0005—Light or noble gases
    • F25J1/001—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0254—Operation; Control and regulation; Instrumentation controlling particular process parameter, e.g. pressure, temperature
    • F25J1/0255—Operation; Control and regulation; Instrumentation controlling particular process parameter, e.g. pressure, temperature controlling the composition of the feed or liquefied gas, e.g. to achieve a particular heating value of natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/82—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a reactor with combustion or catalytic reaction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/02—Mixing or blending of fluids to yield a certain product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/90—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being boil-off gas from storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff beschrieben, wobei der zu verflüssigende Wasserstoff gegen einen oder mehrere Kältemittel(gemisch)kreisläufe und/oder mittels Entspannung verflüssigt und über wenigstens einen ortho-para-Umwandlungskatalysator geführt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß kann der oder zumindest einer der ortho-para-Umwandlungskatalysatoren (K) umgangen werden. DOLLAR A Des Weiteren kann während des Verflüssigungsprozesses zwischen dem durch den oder die ortho-para-Umwandlungskatalysatoren (K) strömenden (2, 4) und dem nicht durch den oder die ortho-para-Umwandlungskatalysatoren (K) strömenden Wasserstofffraktionen (3) ein Austausch (7, 8) erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff, wobei der zu verflüssigende Wasserstoff gegen einen oder mehrere Kältemittel(gemisch)kreisläufe und/oder mittels Entspannung verflüssigt und über wenigstens einen ortho-para- Umwandlungskatalysator geführt wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff mit wenigstens einem Wärmetauscher, in dem der zu verflüssigende Wasserstoff gegen sich selbst und/oder einen oder mehrere Kältemittel(gemisch)kreisläufe abgekühlt und verflüssigt wird, und/oder mit wenigstens einer Entspannungsvorrichtung, in der der Wasserstoff entspannt wird, und mit wenigstens einem ortho-para- Umwandlungskatalysator und/oder einem Wärmetauscherbereich, in dem ein ortho- para-Umwandlungskatalysator angeordnet ist.
Wasserstoff gehört wegen seiner unbegrenzten Verfügbarkeit als Bestandteil des Wassers, seiner Umweltfreundlichkeit nach der Verbrennung, seiner Speicherfähigkeit und seiner Transportfähigkeit im flüssigen Zustand zu den Energieträgern der Zukunft.
Das Wasserstoffmolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen, die sich ihrerseits je aus einem Proton und einem Elektron zusammensetzen. Es existiert in zwei Modifikationen, als ortho-Wasserstoff oder als para-Wasserstoff, die sich durch den Spin ihrer Atomkerne unterscheiden. Die beiden Kernspins sind in der ortho- Modifikation parallel und in der para-Modifikation antiparallel ausgerichtet. Die zwei unterschiedlichen Orientierungen der Kernspins sind verantwortlich für unterschiedliche magnetische, optische und thermische Eigenschaften der beiden Modifikationen.
Die Gleichgewichtszusammensetzung zwischen der ortho- und para-Modifikation ist temperaturabhängig und ändert sich von 25% para-Anteil bei Umgebungstemperatur auf 100% para-Anteil bei 20 K. Die Umwandlung von ortho- in para-Wasserstoff ist exotherm und erfolgt selbsttätig langsam, d. h. über mehrere Tage, kann jedoch mit Hilfe von Katalysatoren beschleunigt werden. Da die Umwandlungswärme bei Siedetemperatur 669 J/g beträgt und damit ca. 1,5 mal so groß ist wie die Verdampfungswärme, ist es unumgänglich, dass bei einer längeren Zwischenlagerung des Wasserstoffs bereits bei der Verflüssigung des Wasserstoffs die Umwandlung von normal-Wasserstoff zu para-Wasserstoff erfolgt und die dabei frei werdende Umwandlungswärme abgeführt wird.
Würde Wasserstoff mit einem para-Anteil von 25% verflüssigt und anschließend gelagert werden, so würde die Umwandlung von ortho-Wasserstoff in para-Wasserstoff dazu führen, dass innerhalb weniger Tage die Hälfte der verflüssigten Wasserstoffmenge durch die freigesetzte Umwandlungswärme wieder verdampfen würde.
Der Abnehmer von flüssigem Wasserstoff, der diesen unter Umständen über mehrere Wochen zwischenlagern möchte, wird deshalb von seinem Lieferanten einen para- Anteil in dem Wasserstoff-Flüssigprodukt von wenigstens 98% verlangen.
Bei der Verflüssigung von Wasserstoff wird daher angestrebt, die Umwandlung des ortho-Wasserstoffes in die para-Form möglichst kontinuierlich durchzuführen, um so die Umwandlungswärme bereits bei entsprechend hohen Temperaturen abführen zu können. Die dazu alternative Variante - die Umwandlung in para-Wasserstoff erst bei sehr tiefen Temperaturen durchzuführen - erfordert eine deutlich höhere theoretische Verflüssigungsarbeit.
Aus dem VDI-Bericht Nr. 725 (1998), Titel: "Anlagen zur Wasserstoffverflüssigung und deren Komponenten", ist ein Standardverfahren zur Verflüssigung eines von Verunreinigungen, wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Methan und Wasser, befreiten Wasserstoffstromes bekannt. Die Verflüssigung des Wasserstoffes erfolgt im Regelfall durch einen Wasserstoff-Kältekreislauf, der den für die Abkühlung und Verflüssigung des Wasserstoffes erforderlichen Kältebedarf durch Kompression in Verdichtern mit nachfolgender Expansion in Turbinen erzeugt. Zudem wird in den meisten Fällen flüssiger Stickstoff zur Vorkühlung verwendet. Ein derartige Verfahrensweise ist beispielsweise der Abb. 2 des vorgenannten VDI-Berichtes zu entnehmen.
Während bei dem in dem vorgenannten VDI-Bericht beschriebenen Verflüssigungsverfahren mehrere Katalysatoren vorgesehen werden, in denen die Umwandlung von normal- zu para-Wasserstoff erfolgt, und diese ortho-para- Umwandlungskatalysatoren den einzelnen Wärmetauscher(stufen) nachgeschaltet sind, werden auch Verfahren realisiert, bei denen das entsprechende Katalysatormaterial direkt in dafür vorgesehene Passagen des oder der Wärmetauscher eingefüllt wird.
Bei einer Vielzahl von Anwendungen des verflüssigten Wasserstoffes werden jedoch keine langen Speicherzeiten gefordert; oftmals wird der verflüssigte Wasserstoff sogar unmittelbar nach der Verflüssigung verbraucht - wie dies beispielsweise bei der Verwendung von Flüssig-Wasserstoff für Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge oder Flugzeuge oder mit einer Brennstoffzelle ausgerüstete Fahrzeuge der Fall ist. Für diese Anwendungen ist es nicht erforderlich, dass der zur verflüssigende Wasserstoff vollständig in para-Wasserstoff umgewandelt wird, da auch bei einer nicht vollständigen Umwandlung die vorbeschriebene Nachumwandlung entweder gar nicht mehr auftritt oder aber keine negativen Auswirkungen hat.
Somit könnte bei der Verflüssigung von Wasserstoff Antriebsleistung eingespart werden, da die Verflüssigung von normal-Wasserstoff zu para-Wasserstoff ohne eine Konversion eine theoretische Verflüssigungsarbeit von 12.019 KJ/kg erfordert, während die Verflüssigung von normal-Wasserstoff zu para-Wasserstoff mit gleitender Konversion eine theoretische Verflüssigungsarbeit von 14.228 KJ/kg erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff anzugeben, das bzw. die eine Variation hinsichtlich des Umwandlungsgrades von normal-Wasserstoff zu para-Wasserstoff ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass der oder zumindest einer der ortho-para- Umwandlungskatalysatoren umgangen werden kann.
Die gattungsgemäße Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff zeichnet sich dadurch aus, dass Mittel zum Umgehen des oder der ortho-para- Umwandlungskatalysatoren und/oder der oder der Wärmetauscherbereiche, in denen ein ortho-para-Umwandlungskatalysator angeordnet ist, vorgesehen sind.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahrensweisen wird der para-Anteil des zu verflüssigenden Wasserstoffes nunmehr nicht zwangsläufig maximiert, sondern gezielt im Hinblick auf die spätere Verwendung des verflüssigten Wasserstoffes optimiert. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass die vorgesehenen ortho-para- Umwandlungskatalysatoren umgangen werden können. Nachdem diese ortho-para- Umwandlungskatalysatoren entweder getrennt von den Wärmetauschern oder in den Wärmetauschern selbst angeordnet sind, sind entsprechende Leitungen und/oder Passagen in den Wärmetauschern, über die der abzukühlende und zu verflüssigende Wasserstoff strömt, vorzusehen.
Es ist nicht immer zwingend erforderlich, dass der oder die ortho-para- Umwandlungskatalysatoren vollständig umgangen werden. Mittels entsprechender Regelmaßnahmen kann eine Verteilung des zu verflüssigenden Wasserstoffstromes auf einen ortho-para-Umwandlungskatalysator und die ihn umgehende Leitung bzw. (Wärmetauscher)Passage vorgenommen werden.
Neben dem Vorteil einer an die Verwendung des verflüssigten Wasserstoffes angepassten Umwandlung hat die Erfindung jedoch den Nachteil, dass sich der anlagentechnische Aufwand durch das Vorsehen zusätzlicher Leitungen und/oder entsprechender Passagen in den Wärmetauschern erhöht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff weiterbildend wird vorgeschlagen, dass dem verflüssigten Wasserstoff(produkt) wenigstens eine Flüssigwasserstofffraktion, die einen zu dem verflüssigten Wasserstoff(produkt) unterschiedlichen para-Anteil aufweist, zugeführt wird.
So kann beispielsweise eine Flüssigwasserstofffraktion, die mittels eines Verflüssigungsverfahrens, bei dem kein ortho-para-Umwandlungskatalysator durchlaufen wurde, gewonnen wurde, mit einer Flüssigwasserstofffraktion, die einen sehr hohen para-Anteil aufweist, zusammengeführt und dadurch der gewünschte para- Anteil erreicht bzw. eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche sind, seien nachfolgend anhand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen jeweils einen Wärmetauscher W, dem ein ortho-para- Umwandlungskatalysator K (Fig. 1 bis 3) bzw. zwei ortho-para- Umwandlungskatalysatoren (Fig. 4) zugeordnet sind. Im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 ist der ortho-para-Umwandlungskatalysator K getrennt von dem Wärmetauscher W angeordnet, während er bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 4 in dem Wärmetauscher selbst angeordnet ist.
Gemäß dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der zu verflüssigende Wasserstoffstrom über Leitung 1 dem Wärmetauscher W zugeführt und in diesem gegen ein geeignetes Kühlmedium, das über Leitung 6 durch den Wärmetauscher geführt wird, abgekühlt und verflüssigt. Über Leitung 2 kann nunmehr der gesamte oder ein Teilstrom des zu verflüssigenden Wasserstoffstromes einem ortho-para-Umwandlungskatalysator K zugeführt werden. Diesem Katalysator K ist ein Regelventil a vorgeschaltet. Aus dem ortho-para-Umwandlungskatalysator K wird der Wasserstoffstrom anschließend über Leitung 4 abgezogen und wieder dem Wärmetauscher W zugeführt, aus dem der verflüssigte Wasserstoffstrom anschließend über Leitung 5 abgezogen wird.
Soll nunmehr zumindest ein Teilstrom des zu verflüssigen Wasserstoffstromes nicht dem ortho-para-Umwandlungskatalysator K zugeführt werden, so kann dieser über die Bypass-Leitung 3, in der ebenfalls ein Regelventil b vorgesehen ist, an dem ortho-para- Umwandlungskatalysator K vorbeigeführt werden. Mittels der beiden Regelventile a und b kann somit jede beliebige Verteilung des zu verflüssigenden Wasserstoffstromes auf den Katalysator K bzw. die Bypass-Leitung 3 eingestellt werden.
Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der ortho­ para-Umwandlungskatalysator K in dem Wärmetauscher W selbst angeordnet ist. Ansonsten ist die Verfahrensführung sowie die Verschaltung der Leitungen und Ventile identisch zu derjenigen der Fig. 1.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, wobei nunmehr zusätzlich zwei Seitenabzüge (Leitungen 7 und 8) vorgesehen sind, über die Teilströme des dem ortho-para-Umwandlungskatalysator K zugeführten Wasserstoffstromes abgezogen und dem in der Bypass-Leitung 3 geführten Teilstrom des zu verflüssigenden Wasserstoffstromes beigemischt werden können. Anstelle der in der Fig. 3 dargestellten zwei Seitenabzüge können auch lediglich ein Seitenabzug oder auch mehrere Seitenabzüge vorgesehen werden.
Mittels dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine noch größere Variabilität hinsichtlich der Einstellung des para-Gehaltes des zu verflüssigenden Wasserstoffstromes erreicht werden. Erkauft wird dies jedoch mit einem höheren anlagentechnischen Aufwand.
Die in der Fig. 4 dargestellte Ausführungsform stellt eine Erweiterung des in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispieles dar. Bei dieser Ausführungsform wird eine Kälterückgewinnung dadurch realisiert, dass bspw. aus einem Lagertank, in dem ein Wasserstoff mit einem hohen para-Anteil gelagert ist, ein Wasserstoffstrom abgezogen und über Leitung 9 einem von zwei ortho-para-Umwandlungskatalysator K zugeführt wird. In diesem erfolgt nun eine para-ortho-Konversion des über Leitung 9 herbeigeführten Wasserstoffes und damit eine Kälterückgewinnung, da die para-ortho- Konversion endotherm verläuft. Der umgewandelte Wasserstoffstrom wird anschließend über Leitung 10 einem Entspannungsventil g zugeführt, in diesem entspannt und nach Durchgang durch den Wärmetauscher W über Leitung 11 dem verflüssigten Wasserstoffstrom in der Leitung 5 beigemischt.
Des Weiteren sind - neben den beiden bereits anhand der Fig. 3 erläuterten Seitenabzügen (Leitungen 7 und 8) - zwei weitere Seitenabzüge (Leitungen 12 und 13) dargestellt, die mit ihren Regelventilen e und f die Einstellmöglichkeiten hinsichtlich des para-Gehaltes des zu verflüssigenden Wasserstoffstromes erhöhen.
Auch für das in der Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel gilt, dass die energetischen Verbesserungen mit einem entsprechend höheren anlagentechnischen Aufwand erkauft werden müssen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff, wobei der zu verflüssigende Wasserstoff gegen einen oder mehrere Kältemittel(gemisch)kreisläufe und/oder mittels Entspannung verflüssigt und über wenigstens einen ortho-para- Umwandlungskatalysator geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der oder zumindest einer der ortho-para-Umwandlungskatalysatoren (K) umgangen werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem verflüssigten Wasserstoff wenigstens eine Flüssigwasserstofffraktion, die einen zu dem verflüssigten Wasserstoff unterschiedlichen para-Anteil aufweist, zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verflüssigungsprozesses zwischen dem durch den oder die ortho-para- Umwandlungskatalysatoren (K) strömenden (2, 4) und dem nicht durch den oder die ortho-para-Umwandlungskatalysatoren (K) strömenden Wasserstofffraktionen (3) ein Austausch (7, 8) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zu verflüssigende Wasserstoff gegen einen Wasserstoffstrom, der einen hohen para-Anteil aufweist, abgekühlt und verflüssigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der einen hohen para-Anteil aufweisende Wasserstoffstrom (9) einer para-ortho-Umwandlung unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der einer para-ortho- Umwandlung unterzogene, einen hohen para-Anteil aufweisende Wasserstoffstrom (10, 11) dem verflüssigten Wasserstoff (5) zugemischt wird.
6. Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff mit wenigstens einem Wärmetauscher, in dem der zu verflüssigende Wasserstoff gegen sich selbst und/oder einen oder mehrere Kältemittel(gemisch)kreisläufe abgekühlt und verflüssigt wird, und/oder mit wenigstens einer Entspannungsvorrichtung, in der der Wasserstoff entspannt wird, und mit wenigstens einem ortho-para- Umwandlungskatalysator und/oder einem Wärmetauscherbereich, in dem ein ortho-para-Umwandlungskatalysator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Umgehen des oder der ortho-para-Umwandlungskatalysatoren (K) und/oder der oder der Wärmetauscherbereiche (W), in denen ein ortho-para- Umwandlungskatalysator (K) angeordnet ist, vorgesehen sind.
DE10106483A 2001-02-13 2001-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff Withdrawn DE10106483A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10106483A DE10106483A1 (de) 2001-02-13 2001-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff
PCT/EP2002/001347 WO2002065037A1 (de) 2001-02-13 2002-02-08 Verfahren un vorrichtung zum verflüssigen von wasserstoff
JP2002564315A JP2004529307A (ja) 2001-02-13 2002-02-08 水素液化方法及び装置
US10/467,668 US7040119B2 (en) 2001-02-13 2002-02-08 Method and device for liquefying hydrogen
EP02711854A EP1360447A1 (de) 2001-02-13 2002-02-08 Verfahren un vorrichtung zum verflüssigen von wasserstoff

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10106483A DE10106483A1 (de) 2001-02-13 2001-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10106483A1 true DE10106483A1 (de) 2002-08-14

Family

ID=7673773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10106483A Withdrawn DE10106483A1 (de) 2001-02-13 2001-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7040119B2 (de)
EP (1) EP1360447A1 (de)
JP (1) JP2004529307A (de)
DE (1) DE10106483A1 (de)
WO (1) WO2002065037A1 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10309134A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-16 Frank Russmann Verfahren zur Verflüssigung von Gasen
DE102004035319A1 (de) * 2004-07-21 2006-02-16 Bayerische Motoren Werke Ag Kryotankanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102005050061A1 (de) * 2005-10-19 2007-04-26 Bayerische Motoren Werke Ag Kraftfahrzeug-Kryotankanlage für kryogenen Wasserstoff
WO2012119757A1 (de) 2011-03-10 2012-09-13 Karlsruher Institut für Technologie Vorrichtung zur speicherung von wasserstoff und von magnetischer energie sowie ein verfahren zu ihrem betrieb
WO2015188808A1 (de) * 2014-06-13 2015-12-17 Technische Universität Dresden Verfahren und vorrichtung zur einstellung von konzentrationsverhältnissen von ortho- zu parawasserstoff
DE102014018427A1 (de) * 2014-12-11 2016-06-16 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen und Speichern von Wasserstoff
DE102015118081A1 (de) 2015-10-23 2017-04-27 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung einer Gemischzusammensetzung von Ortho- und Para-Wasserstoff in einem Flüssigwasserstoffreservoir
DE102021128437B3 (de) 2021-11-02 2023-03-30 Arianegroup Gmbh Raumfahrzeugtank mit Wärmetauscher, Raumfahrzeug und Verfahren zum Kühlen eines Tankinhalts
FR3137441A1 (fr) * 2022-06-29 2024-01-05 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation et procédé de liquéfaction d’hydrogène
FR3144266A1 (fr) * 2022-12-21 2024-06-28 Arianegroup Sas procédé et système de contrôle de la liquéfaction d’hydrogène et installation de liquéfaction comprenant un tel système

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10352128A1 (de) * 2003-11-04 2005-06-09 Dylla, Anett, Dipl.-Ing. Multifunktionales Energienetz und Vorrichtungen hierfür
DE102004016506B4 (de) * 2004-04-03 2013-08-22 Mahle Filtersysteme Gmbh Wärmetauscher für einen Wärmetausch zwischen zwei Flüssigkeiten, insbesondere Ölkühler in einem Kraftfahrzeug
JP2007099592A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Iwatani Industrial Gases Corp オルソ・パラ水素発生方法及びその装置並びに校正用オルソ・パラ標準水素発生装置
US8042357B2 (en) * 2009-04-23 2011-10-25 Praxair Technology, Inc. Hydrogen liquefaction method and liquefier
US10479678B2 (en) * 2014-05-15 2019-11-19 Lawrence Livermore National Security, Llc Ortho-H2 refueling for extended cryogenic pressure vessel dormancy
KR101585825B1 (ko) * 2015-02-03 2016-01-22 한국과학기술연구원 이중관 히트파이프를 이용한 수소 액화 장치
US11391511B1 (en) 2021-01-10 2022-07-19 JTurbo Engineering & Technology, LLC Methods and systems for hydrogen liquefaction
KR102518141B1 (ko) * 2021-10-27 2023-04-05 한국전기연구원 오소-파라 상전이 촉매 리프레시장치가 구비된 수소액화장치 및 촉매에 흡착된 불순물을 제거하는 리프레시 방법

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2289555A (en) * 1940-04-05 1942-07-14 Bernard Arbuse Sound recording and reproducing machine
US2943917A (en) * 1956-12-20 1960-07-05 Daniel H Weitzel Process for the conversion of hydrogen
BE573733A (de) * 1957-12-11 1900-01-01
US2937076A (en) * 1957-12-13 1960-05-17 Beech Aircraft Corp Process for the production of para liquid hydrogen
US3098732A (en) * 1959-10-19 1963-07-23 Air Reduction Liquefaction and purification of low temperature gases
US3389555A (en) * 1962-01-22 1968-06-25 Marquardt Corp Hydrogen conversion and restorage work cycle
US3380809A (en) * 1963-10-16 1968-04-30 Air Prod & Chem Process for liquefaction and conversion of hydrogen
US3375076A (en) * 1963-10-16 1968-03-26 Air Prod & Chem Liquefaction and conversion process
JPS4953192A (de) * 1972-09-25 1974-05-23
US3992167A (en) * 1975-04-02 1976-11-16 Union Carbide Corporation Low temperature refrigeration process for helium or hydrogen mixtures using mixed refrigerant
US4273743A (en) * 1978-11-02 1981-06-16 Texaco Inc. Combination chemical plant and Brayton-cycle power plant
US5000483A (en) * 1983-03-14 1991-03-19 Dr. Alois Stankiewicz Gmbh Interior noise reduction in motor vehicles
DE3409404A1 (de) * 1983-11-30 1985-09-26 Dr. Alois Stankiewicz GmbH, 3101 Adelheidsdorf Radlaufteil
DE3539146A1 (de) * 1985-11-05 1987-05-14 Ford Werke Ag Radhausauskleidung fuer kraftfahrzeuge
US4765813A (en) 1987-01-07 1988-08-23 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrogen liquefaction using a dense fluid expander and neon as a precoolant refrigerant
JPH0776668B2 (ja) * 1990-12-17 1995-08-16 株式会社神戸製鋼所 ガス導入装置
JP3486786B2 (ja) * 1994-12-02 2004-01-13 日本酸素株式会社 液体水素の製造方法及び装置
US6126794A (en) * 1998-06-26 2000-10-03 Xogen Power Inc. Apparatus for producing orthohydrogen and/or parahydrogen

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10309134A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-16 Frank Russmann Verfahren zur Verflüssigung von Gasen
DE102004035319A1 (de) * 2004-07-21 2006-02-16 Bayerische Motoren Werke Ag Kryotankanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102005050061A1 (de) * 2005-10-19 2007-04-26 Bayerische Motoren Werke Ag Kraftfahrzeug-Kryotankanlage für kryogenen Wasserstoff
WO2012119757A1 (de) 2011-03-10 2012-09-13 Karlsruher Institut für Technologie Vorrichtung zur speicherung von wasserstoff und von magnetischer energie sowie ein verfahren zu ihrem betrieb
DE102011013577A1 (de) 2011-03-10 2012-09-13 Karlsruher Institut für Technologie Vorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff und von magnetischer Energie sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb
DE102011013577B4 (de) * 2011-03-10 2013-02-28 Karlsruher Institut für Technologie Vorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff und von magnetischer Energie sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb
DE102014108369B4 (de) 2014-06-13 2019-01-24 Technische Universität Dresden Verfahren und vorrichtung zur einstellung von konzentrationsverhältnissen von ortho- zu parawasserstoff
WO2015188808A1 (de) * 2014-06-13 2015-12-17 Technische Universität Dresden Verfahren und vorrichtung zur einstellung von konzentrationsverhältnissen von ortho- zu parawasserstoff
DE102014108369A1 (de) * 2014-06-13 2015-12-17 Technische Universität Dresden Verfahren und vorrichtung zur einstellung von konzentrationsverhältnissen von ortho- zu parawasserstoff
DE102014018427A1 (de) * 2014-12-11 2016-06-16 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen und Speichern von Wasserstoff
DE102015118081B4 (de) 2015-10-23 2018-06-21 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung einer Gemischzusammensetzung von Ortho- und Para-Wasserstoff in einem Flüssigwasserstoffreservoir
DE102015118081A1 (de) 2015-10-23 2017-04-27 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung einer Gemischzusammensetzung von Ortho- und Para-Wasserstoff in einem Flüssigwasserstoffreservoir
DE102021128437B3 (de) 2021-11-02 2023-03-30 Arianegroup Gmbh Raumfahrzeugtank mit Wärmetauscher, Raumfahrzeug und Verfahren zum Kühlen eines Tankinhalts
FR3137441A1 (fr) * 2022-06-29 2024-01-05 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation et procédé de liquéfaction d’hydrogène
EP4303510A1 (de) * 2022-06-29 2024-01-10 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Anlage und verfahren zur wasserstoffverflüssigung
FR3144266A1 (fr) * 2022-12-21 2024-06-28 Arianegroup Sas procédé et système de contrôle de la liquéfaction d’hydrogène et installation de liquéfaction comprenant un tel système

Also Published As

Publication number Publication date
EP1360447A1 (de) 2003-11-12
JP2004529307A (ja) 2004-09-24
US7040119B2 (en) 2006-05-09
WO2002065037A1 (de) 2002-08-22
US20040112083A1 (en) 2004-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10106483A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verflüssigen von Wasserstoff
DE69937127T2 (de) Station und Verfahren zur Verteilung von Gas
DE10154595A1 (de) Kühlvorrichtung für ein Fahrzeug mit durch eine Brennstoffzelle gespeistem Elektromotor
DE2535132A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von sauerstoff durch zweistufige tieftemperaturrektifikation von luft
DE1960515B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verfluessigen eines Gases
DE102012200892A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie
DE1166798B (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verfluessigen von tiefsiedenden Gasen
DE1254656B (de) Verfahren zur Herstellung von fluessigem Parawasserstoff
DE2262457A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum auswaschen von kohlendioxid, schwefelwasserstoff und gegebenenfalls kohlenoxisulfid
WO2006072365A1 (de) Verfahren zum verflüssigen eines kohlenwasserstoff-reichen stromes
DE102009018248A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
DE4403352B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des para-Gehalts eines Wasserstoff-Gasstromes
DE69400794T2 (de) Gaskompressionsverfahren und Vorrichtung
DE19612173C1 (de) Verfahren zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Einsatzstromes
DE102006021620B4 (de) Vorbehandlung eines zu verflüssigenden Erdgasstromes
DE1551616A1 (de) Trennverfahren fuer Gase bei niederen Temperaturen
WO2013023722A1 (de) Kühlvorrichtung für zur erzeugung eines zuluftstroms verwendete aussenluft und verfahren zur kühlung derselben
DE102007057979B4 (de) Verfahren zum Befüllen eines Speicherbehälters mit kryogenem Wasserstoff
WO2006092261A1 (de) Verfahren zum verdampfen eines wenigstens zweikomponentigen prozessstromes
DE19848280C2 (de) Wärmetauscher zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
EP3322947B1 (de) Verfahren zum abkühlen eines prozessstromes
DE102004054674A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
DE102016114906A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Speichern und Rückgewinnen von Energie
DE29622811U1 (de) Kühlsystem für eine Traktionseinrichtung
EP1010954A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen eines Gasstromes

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee