DE102006027199A1 - Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff - Google Patents

Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff Download PDF

Info

Publication number
DE102006027199A1
DE102006027199A1 DE102006027199A DE102006027199A DE102006027199A1 DE 102006027199 A1 DE102006027199 A1 DE 102006027199A1 DE 102006027199 A DE102006027199 A DE 102006027199A DE 102006027199 A DE102006027199 A DE 102006027199A DE 102006027199 A1 DE102006027199 A1 DE 102006027199A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
stream
precooling
hydrogen stream
heat exchange
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Withdrawn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
DE102006027199A
Other languages
English (en)
Inventor
Andres Kündig
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 DE102006027199A priority Critical patent/DE102006027199A1/de
Priority to CNA2007800220692A priority patent/CN101466990A/zh
Priority to RU2009100154/06A priority patent/RU2009100154A/ru
Priority to EP07725781A priority patent/EP2027423A2/de
Priority to US12/304,357 priority patent/US20100083695A1/en
Priority to KR1020097000481A priority patent/KR20090016515A/ko
Priority to PCT/EP2007/004902 priority patent/WO2007144078A2/de
Priority to CA002655037A priority patent/CA2655037A1/en
Priority to JP2009514659A priority patent/JP2009540259A/ja
Publication of DE102006027199A1 publication Critical patent/DE102006027199A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant 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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/0062—Light or noble gases, mixtures thereof
    • F25J1/0067—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
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F25J1/0072—Nitrogen
    • 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
    • F25J1/0203—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 using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0205—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 using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level SCR refrigeration cascade
    • 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
    • F25J1/0221—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 using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
    • 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
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • 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
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • 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
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant 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
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/62—Liquefied natural gas [LNG]; Natural gas liquids [NGL]; Liquefied petroleum gas [LPG]
    • 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
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/60—Expansion by ejector or injector, e.g. "Gasstrahlpumpe", "venturi mixing", "jet pumps"
    • 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
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff. Zum Verringern des spezifischen Energieverbrauchs werden folgende Verfahrensschritte eingesetzt: a) Vorkühlen des Wasserstoffstromes durch indirekten Wärmetausch gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom bis auf eine Temperatur zwischen 140 und 130 K, b) Vorkühlen des Wasserstoffstromes durch indirekten Wärmetausch gegen ein Kältemittel bis auf eine Temperatur zwischen 85 und 75 K, c) wobei die Vorkühlung des Kältemittels gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom erfolgt, und d) Abkühlen und zumindest Teilverflüssigen des vorgekühlten Wasserstoffstromes durch indirekten Wärmetausch gegen einen weiteren Wasserstoffstrom, der in einem geschlossenen Kältekreislauf geführt wird, e) wobei die Vorkühlung des verdichteten, im geschlossenen Kältekreislauf geführten Wasserstoffstromes gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff.
  • Insbesondere Wasserstoff gewinnt als Energieträger gegenwärtig durch den steigenden Energiebedarf und das gestiegene Umweltbewusstsein zunehmend an Bedeutung.
  • So werden bereits Lastkraftwagen, Busse, Personenkraftwagen und Lokomotiven mittels mit Erdgas- oder Wasserstoff-betriebenen Motoren sowie mittels Kombinationen aus Brennstoffzelle und Elektromotor angetrieben. Die Speicherung des Wasserstoffs "an Bord" der oben genannten Verkehrsmittel ist dabei in flüssiger Form am sinnvollsten. Zwar muss der Wasserstoff hierzu auf etwa 25 K abgekühlt und auf dieser Temperatur gehalten werden – was nur durch entsprechende Isoliermaßnahmen an den Speicherbehältern bzw. -tanks realisiert werden kann –, doch ist eine Speicherung in gasförmigem Zustand aufgrund der geringen Dichte von GH2 in der Regel in den oben genannten Verkehrsmitteln ungünstiger, da die Speicherung hierbei in großvolumigen und schweren Speicherbehältern bei hohen Drücken erfolgen muss.
  • Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff beinhalten im Regelfall zwei Verfahrensstufen, nämlich die sog. Vorkühl-Stufe sowie die ihr nachgeschaltete Verflüssigungsstufe. Wasserstoff muss dabei bis unterhalb seiner oberen Joule-Thomson-Inversionstemperatur – darunter versteht man diejenige Temperatur, unterhalb derer ein expandierendes Gas abkühlt – abgekühlt werden, bevor er verflüssigt werden kann. Im Regelfall muss der Wasserstoff deshalb auf eine Temperatur von wenigstens –150 °C vorgekühlt werden, bevor er dem nachfolgenden Verflüssigungsprozess zugeführt werden kann.
  • Gasförmiger Wasserstoff liegt üblicherweise zu ca. 75 % als Ortho- und zu ca. 25 % als Para-Wasserstoff vor. Während des Verflüssigungsprozesses muss daher – da der verflüssigte Wasserstoff im Regelfall über einen längeren Zeitraum zwischengespeichert werden soll – der Ortho- in Para-Wasserstoff umgewandelt werden. Angestrebt wird üblicherweise ein Para-Wasserstoff-Anteil von wenigstens 99 %. Wird eine derartige Konversion nicht vorgenommen, kommt es zu einer schnelleren Verdampfung des verflüssigten Wasserstoffes. Die Umwandlung von Ortho- in Para-Wasserstoff geschieht mittels geeigneter Umwandlungs-Katalysatoren.
  • Aus der Literatur ist eine Vielzahl von Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff bekannt, bei denen die Vorkühlung des gasförmigen Wasserstoffs gegen einen Kältemittel- oder Kältemittelgemischkreislauf erfolgt. Als Kältemittel kommt hierbei oftmals Stickstoff zur Anwendung. Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2005/080892 sowie der europäischen Patentanmeldung 1 580 506 sind Wasserstoff-Verflüssigungsverfahren bekannt, bei denen die Vorkühlung des zu verflüssigenden Wasserstoffstromes im indirekten Wärmetausch mit einem unter Druck stehenden LNG (Liquid Natural Gas)-Strom erfolgt. Das dabei verdampfende LNG gibt seine Kälte an den vorzukühlenden gasförmigen Wasserstoffstrom ab. Die Verdampfung von LNG ist insbesondere an LNG-Terminals ein Thema. Im Regelfall erfolgt diese Verdampfung mittels geeigneter, in Wasserbäder eingetauchter Erdgasbrenner, die mit einem kleinen Teilstrom des LNGs betrieben werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff anzugeben, das gegenüber den zum Stand der Technik zählenden Verfahren einen geringeren spezifischen Energieverbrauch aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff weist folgende Verfahrensschritte auf:
    • a) Vorkühlen des Wasserstoffsstromes durch indirekten Wärmetausch gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom bis auf eine Temperatur zwischen 140 und 130 K,
    • b) Vorkühlen des Wasserstoffsstromes durch indirekten Wärmetausch gegen ein Kältemittel bis auf eine Temperatur zwischen 85 und 75 K,
    • c) wobei die Vorkühlung des Kältemittels gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom erfolgt, und
    • d) Abkühlen und zumindest Teilverflüssigen des vorgekühlten Wasserstoffsstromes durch indirekten Wärmetausch gegen einen weiteren Wasserstoffsstrom, der in einem geschlossenen Kältekreislauf geführt wird,
    • e) wobei die Vorkühlung des verdichteten, im geschlossenen Kältekreislauf geführten Wasserstoffsstromes gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff sei im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Über Leitung 1 wird der zu verflüssigende Wasserstoffstrom mit einem Druck von 2200 kPa und einer Temperatur von 300 K dem Wärmetauscher E1 zugeführt. In diesem wird der Wasserstoffstrom gegen einen LNG-Strom, der über die Leitung A durch den Wärmetauscher E1 geführt wird und eine Temperatur von 125 K und einen Druck von 7.800 kPa aufweist, auf eine Temperatur von 135 K abgekühlt.
  • Es sei betont, dass sämtliche in der Figur dargestellten Wärmetauscher jeweils einen oder auch mehrere, ggf. unterschiedliche Wärmetauscher bzw. Wärmetauschertypen repräsentieren.
  • Der vorgekühlte Wasserstoffstrom wird nunmehr über Leitung 2 einem weiteren Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem gegen einen Stickstoff-Kältekreislauf – auf den im Folgenden noch näher eingegangen werden wird – auf eine Temperatur von 80 K abgekühlt.
  • Anschließend wird der auf 80 K vorgekühlte Wasserstoffstrom über Leitung 3 einer vorzugsweise adsorptiv arbeitenden Reinigungsvorrichtung 4, in der letzte Verunreinigungsspuren aus dem zu verflüssigenden Wasserstoffstrom entfernt werden, zugeführt. Im Regelfall besteht die Reinigungsvorrichtung 4 aus wenigstens zwei, parallel angeordneten Adsorbern, so dass durch Umschalten ein kontinuierlicher Reinigungsprozess realisierbar ist.
  • Der aus der Reinigungsvorrichtung 4 über Leitung 5 abgezogene, zu verflüssigende Wasserstoffstrom wird dem Wärmetauscher E4 zugeführt und in diesem gegen den noch zu beschreibenden, geschlossenen Wasserstoff-Kältekreislauf auf eine Temperatur von 26 K abgekühlt. In der dem Wärmetauscher E4 nachgeschalteten Entspannungsvorrichtung 8 erfolgt eine Druckminderung auf ca. 200 kPa, woraus eine Teilverflüssigung des abgekühlten Wasserstoffstromes resultiert. Nach erfolgter Verflüssigung der Gasphase im Wärmetauscher E7 wird über Leitung 9 ein flüssiger Wasserstoffproduktstrom abgezogen und seiner weiteren Verwendung und/oder Zwischenspeicherung zugeführt.
  • Alternativ kann die Entspannungsvorrichtung 8 auch aus einer Kombination, bestehend aus einem Entspannungsventil und einem dem Entspannungsventil nachgeschalteten Ejektor, gebildet werden. Dem Ejektor kann hierbei während der Zwischenspeicherung des flüssigen Wasserstoffproduktstromes anfallender gasförmiger Wasserstoff zugeführt werden.
  • Der offene Wasserstoff-Kältekreislauf wird durch die Leitungsabschnitte 17, 11, 13, 15 und 16, die Wärmetauscher E4, E5, E6 und E7, wenigstens eine Entspannungsvorrichtung 12 und einen vorzugsweise mehrstufig ausgebildeten Verdichter 14 gebildet. Wasserstoff wird über Leitung 17 zunächst dem Wärmetauscher E4 zugeführt und in diesem abgekühlt. Anschließend wird er über Leitung 11 der Entspannungsvorrichtung 12 zugeführt und in dieser zum Zwecke der Bereitstellung der für die Verflüssigung des Wasserstoffes benötigten Spitzenkälte entspannt.
  • Anschließend erfolgt im Wärmetauscher E7 die Verdampfung und im Wärmetauscher E4 ein Anwärmen des entspannten Wasserstoffstromes im indirekten Wärmetausch mit dem abzukühlenden und zu verflüssigenden Wasserstoffstrom in Leitung 17. Über Leitung 13 wird der angewärmte Wasserstoffstrom dem Wärmetauscher E5 zugeführt und in diesem gegen sich selbst angewärmt, bevor er in der Verdichtereinheit 14 auf den gewünschten Kreislaufdruck verdichtet wird.
  • Über Leitung 15 wird der verdichtete Wasserstoffstrom einem Wärmetauscher E6 zugeführt und in diesem gegen einen weiteren LNG-Teilstrom, der dem Wärmetauscher E6 über Leitung C zugeführt wird, abgekühlt. Über Leitung 16 wird dieser abgekühlte Wasserstoffstrom anschließend dem Wärmetauscher E5 zugeführt, in diesem gegen sich selbst abgekühlt und sodann über die Leitungsabschnitte 17 wiederum dem bereits beschrieben Wärmetauscher E4 zugeführt.
  • In der Figur sind der Übersichtlichkeit halber mehrere Entspannungsvorrichtungen nicht dargestellt; diesen werden jeweils abgekühlte Wasserstoffteilströme aus den Leitungsabschnitten 17 und 11 zugeführt und nach erfolgter kälteleistender Entspannung wieder dem dargestellten Kältekreislauf 13 oberhalb der Entspannungsvorrichtung 12 (vor und/oder hinter E4) zugeführt.
  • Der bereits erwähnte Stickstoff-Kältekreislauf, der der Vorkühlung des zu verflüssigenden Erdgasstromes mittels des Wärmetauschers E2 dient, weist neben den Leitungsbereichen 20, 21, 23 und 24 einen weiteren Wärmetauscher E3, eine Entspannungsvorrichtung 25 sowie eine vorzugsweise mehrstufig ausgebildete Verdichtereinheit 22 auf.
  • Der in der Entspannungsvorrichtung 25 kälteleistend entspannte Stickstoffstrom wird über Leitung 20 dem bereits erwähnten Wärmetauscher E2 zugeführt und in diesem gegen den abzukühlenden Wasserstoffstrom angewärmt und verdampft. Anschließend wird der verdampfte Stickstoffstrom über Leitung 21 der Verdichtereinheit 22 zugeführt und in dieser auf den gewünschten Kreislaufdruck verdichtet. Über Leitung 23 wird der verdichtete Stickstoffstrom dem Wärmetauscher E3 zugeführt und in diesem gegen einen weiteren LNG-Strom, der dem Wärmetauscher E3 über Leitung B zugeführt wird, abgekühlt. Anschließend wird der abgekühlte Stickstoffstrom über Leitung 24 der bereits erwähnten Entspannungsvorrichtung 25 zugeführt.
  • Erfindungsgemäß dient das im Umfeld des Wasserstoff-Verflüssigungsprozesses bereitstehende LNG nunmehr der Vorkühlung des zu verflüssigenden Wasserstoffstromes (Wärmetauscher E1), der Abkühlung des verdichteten Stickstoffes im Stickstoff-Kältekreislauf (Wärmetauscher E3) sowie der Abkühlung des in dem offenen Wasserstoff-Kältekreislauf zirkulierenden verdichteten Wasserstoffstromes (Wärmetauscher E6).
  • Der Übersichtlichkeit halber sind in der Figur die für die gewünschte bzw. ggf. erforderliche Ortho-Para-Konversion des Wasserstoffes erforderlichen Katalysatoren bzw. Katalysatoreinbauten nicht dargestellt. Im Regelfall wird eine erste Ortho-Para-Konversion nach der Reinigungsvorrichtung 4 vorgesehen werden. In dieser kann eine Erhöhung des Para-Wasserstoffgehaltes von ca. 25 auf ca. 43 % erfolgen. Die nachfolgende Ortho-Para-Konversion erfolgt vorzugsweise durch in den Passagen des Wärmetauschers E4 angeordnete Katalysatoren. Vorzugsweise sollte der über Leitung 9 abgezogene flüssige Wasserstoffproduktstrom zu wenigstens 99 % aus Para-Wasserstoff bestehen.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: a) Vorkühlen des Wasserstoffsstromes durch indirekten Wärmetausch gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom bis auf eine Temperatur zwischen 140 und 130 K, b) Vorkühlen des Wasserstoffsstromes durch indirekten Wärmetausch gegen ein Kältemittel bis auf eine Temperatur zwischen 85 und 75 K, c) wobei die Vorkühlung des Kältemittels gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom erfolgt, und d) Abkühlen und zumindest Teilverflüssigen des vorgekühlten Wasserstoffsstromes durch indirekten Wärmetausch gegen einen weiteren Wasserstoffsstrom, der in einem geschlossenen Kältekreislauf geführt wird, e) wobei die Vorkühlung des verdichteten, im geschlossenen Kältekreislauf geführten Wasserstoffsstromes gegen einen unter Druck stehenden LNG-Strom erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel für die Vorkühlung des Wasserstoffsstromes Stickstoff verwendet wird.
DE102006027199A 2006-06-12 2006-06-12 Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff Withdrawn DE102006027199A1 (de)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006027199A DE102006027199A1 (de) 2006-06-12 2006-06-12 Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff
CNA2007800220692A CN101466990A (zh) 2006-06-12 2007-06-01 用于液化氢的方法
RU2009100154/06A RU2009100154A (ru) 2006-06-12 2007-06-01 Способ сжижения водорода
EP07725781A EP2027423A2 (de) 2006-06-12 2007-06-01 Verfahren zum verflüssigen von wasserstoff
US12/304,357 US20100083695A1 (en) 2006-06-12 2007-06-01 Process for liquefying hydrogen
KR1020097000481A KR20090016515A (ko) 2006-06-12 2007-06-01 수소를 액화하기 위한 방법
PCT/EP2007/004902 WO2007144078A2 (de) 2006-06-12 2007-06-01 Verfahren zum verflüssigen von wasserstoff
CA002655037A CA2655037A1 (en) 2006-06-12 2007-06-01 Process for liquefying hydrogen
JP2009514659A JP2009540259A (ja) 2006-06-12 2007-06-01 水素液化法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006027199A DE102006027199A1 (de) 2006-06-12 2006-06-12 Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006027199A1 true DE102006027199A1 (de) 2007-12-13

Family

ID=38663834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006027199A Withdrawn DE102006027199A1 (de) 2006-06-12 2006-06-12 Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20100083695A1 (de)
EP (1) EP2027423A2 (de)
JP (1) JP2009540259A (de)
KR (1) KR20090016515A (de)
CN (1) CN101466990A (de)
CA (1) CA2655037A1 (de)
DE (1) DE102006027199A1 (de)
RU (1) RU2009100154A (de)
WO (1) WO2007144078A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106352656A (zh) * 2016-08-23 2017-01-25 杭州福斯达深冷装备股份有限公司 一种用液氮洗制氨合成气联产lng的装置及其方法
EP3163235A1 (de) * 2015-10-27 2017-05-03 Linde Aktiengesellschaft Neuartiges kaskadenverfahren zur kühlung und verflüssigung von wasserstoff in grossem umfang

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102080919B (zh) * 2011-01-18 2013-08-07 四川亚联高科技股份有限公司 一种氢液化工艺
JP5783945B2 (ja) * 2012-03-30 2015-09-24 大陽日酸株式会社 液化装置及びその起動方法
GB2512360B (en) 2013-03-27 2015-08-05 Highview Entpr Ltd Method and apparatus in a cryogenic liquefaction process
KR101458098B1 (ko) * 2013-06-26 2014-11-05 한국과학기술연구원 수소 액화 장치용 프리쿨러
EP3162871A1 (de) * 2015-10-27 2017-05-03 Linde Aktiengesellschaft Kältekreislauf mit wasserstoff-neon-mischung zur wasserstoffmassekühlung oder -verflüssigung
EP3163236A1 (de) * 2015-10-27 2017-05-03 Linde Aktiengesellschaft Grossflächige wasserstoffverflüssigung mittels eines hochdruck-wasserstoff-kältekreislaufs in kombination mit einer neuartigen vorkühlung mit einzelnem gemischtem kühlmittel
US10816262B2 (en) 2016-03-10 2020-10-27 Jgc Corporation Production equipment and production method of liquefied hydrogen and liquefied natural gas
US10634425B2 (en) * 2016-08-05 2020-04-28 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Integration of industrial gas site with liquid hydrogen production
KR20200109054A (ko) * 2019-03-12 2020-09-22 주식회사 한국초저온 액화 천연 가스의 냉열을 이용하는 수소 액화 장치
KR102267677B1 (ko) 2019-10-22 2021-06-22 고등기술연구원연구조합 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템
US20210131725A1 (en) * 2019-10-31 2021-05-06 Hylium Industries, Inc. Hydrogen liquefaction system
KR102328753B1 (ko) * 2019-12-02 2021-11-18 한국기계연구원 수소 액화장치 및 수소 액화방법
KR102470782B1 (ko) * 2020-08-19 2022-11-28 고등기술연구원연구조합 수소 액화 시스템 및 방법
CN112557577A (zh) * 2020-10-22 2021-03-26 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 一种正仲氢催化转化动态性能测试的系统
KR102373686B1 (ko) 2020-12-23 2022-03-15 주식회사 헥사 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기
FR3123422B1 (fr) * 2021-05-31 2024-01-19 Engie Dispositif et procédé de refroidissement d’un flux d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 k
FR3132566B1 (fr) 2022-02-04 2024-03-08 Air Liquide Procédé et appareil de refroidissement de dioxyde de carbone et d’hydrogène
CN117168087A (zh) * 2022-05-25 2023-12-05 上海司氢科技有限公司 模块化氢液化系统

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE573733A (de) * 1957-12-11 1900-01-01
US3398545A (en) * 1965-03-19 1968-08-27 Conch Int Methane Ltd Hydrogen recovery from a refinery tail gas employing two stage scrubbing
US3347055A (en) * 1965-03-26 1967-10-17 Air Reduction Method for recuperating refrigeration
US4090361A (en) * 1976-03-15 1978-05-23 Terry Lynn E Power cycles based upon cyclical hydriding and dehydriding of a material
GB2142423B (en) * 1983-03-10 1986-08-06 Smith Dr Eric Murray Production of liquid hydrogen
JPS61140777A (ja) * 1984-12-11 1986-06-27 株式会社神戸製鋼所 液体ｈ２及び気体天然ガスの製造方法
JPH0448184A (ja) * 1990-06-13 1992-02-18 Tokyo Gas Co Ltd 液体水素の製造方法
FR2723183B1 (fr) * 1994-07-29 1997-01-10 Grenier Maurice Procede et installation de liquefaction d'hydrogene
JP3647028B2 (ja) * 2001-02-19 2005-05-11 日本エア・リキード株式会社 液体水素の製造方法および液体水素の製造設備
JP4429552B2 (ja) * 2001-07-16 2010-03-10 関西電力株式会社 液体水素の製造システム
JP2004210597A (ja) * 2003-01-06 2004-07-29 Toshiba Corp 排熱利用水素・酸素システムおよび液体水素の製造方法
JP4217656B2 (ja) * 2004-01-27 2009-02-04 関西電力株式会社 水素液化装置及び液体水素製造システム
WO2005080892A1 (en) * 2004-02-23 2005-09-01 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Liquefying hydrogen
GB0406615D0 (en) * 2004-03-24 2004-04-28 Air Prod & Chem Process and apparatus for liquefying hydrogen

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3163235A1 (de) * 2015-10-27 2017-05-03 Linde Aktiengesellschaft Neuartiges kaskadenverfahren zur kühlung und verflüssigung von wasserstoff in grossem umfang
WO2017072018A1 (en) * 2015-10-27 2017-05-04 Linde Aktiengesellschaft Novel cascade process for cooling and liquefying hydrogen in large-scale
CN106352656A (zh) * 2016-08-23 2017-01-25 杭州福斯达深冷装备股份有限公司 一种用液氮洗制氨合成气联产lng的装置及其方法
CN106352656B (zh) * 2016-08-23 2018-10-09 杭州福斯达深冷装备股份有限公司 一种用液氮洗制氨合成气联产lng的装置及其方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101466990A (zh) 2009-06-24
EP2027423A2 (de) 2009-02-25
CA2655037A1 (en) 2007-12-21
WO2007144078A2 (de) 2007-12-21
KR20090016515A (ko) 2009-02-13
WO2007144078A3 (de) 2008-01-17
RU2009100154A (ru) 2010-07-20
JP2009540259A (ja) 2009-11-19
US20100083695A1 (en) 2010-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006027199A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen von Wasserstoff
DE112007003171T5 (de) System und Verfahren zur Herstellung von Flüssigerdgas
EP2880267B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie
WO2006094675A1 (de) Verfahren zum verflüssigen eines kohlenwasserstoff-reichen stromes
DE102010011052A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
WO2010121752A2 (de) Verfahren zum verflüssigen einer kohlenwasserstoff-reichen fraktion
WO2008022689A2 (de) Verfahren zum verflüssigen eines kohlenwasserstoff-reichen stromes
DE102012017654A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Stickstoffverflüssigung
DE19612173C1 (de) Verfahren zum Verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen Einsatzstromes
DE102004005305A1 (de) Verfahren zum Rückverflüssigen eines Gases
DE102012020469A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Methan aus einem Synthesegas
DE102023100732A1 (de) Eine photovoltaische Wasserstoffspeichereinheit gekoppelt mit Kälterückgewinnung zur Herstellung von Trockeneis und deren Verwendungsverfahren
WO2007020252A2 (de) Verfahren und anlage zum verflüssigen eines kohlenwasserstoffreichen stroms
DE102006021620A1 (de) Vorbehandlung eines zu verflüssigenden Erdgasstromes
DE102007006370A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
DE1170435B (de) Verfahren zur Verfluessigung eines im fluessigen Zustand unter niedrigem Druck zu lagernden Gases
DE102016000393A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
DE1023061B (de) Verfahren zur Zerlegung von Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen, insbesondere Koksofengas, und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens
EP1999420A1 (de) Verfahren zur verflüssigung von erdgas
DE602004001004T2 (de) Verfahren zur Stickstoffverflüssigung durch Ausnutzung der Verdampfungskälte von flüssigem Methan
DE102004036708A1 (de) Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
DE955867C (de) Verfahren zum Trennen eines verdichteten, wasserstofreichen Gasgemisches
EP2770286A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Hochdruck-Sauerstoff und Hochdruck-Stickstoff
DE102021117030B4 (de) Gasgemisch-Zerlegungsanlage sowie Verfahren zum Abtrennen von wenigstens einem Hauptfluid aus einem Gasgemisch
DE102011115987B4 (de) Erdgasverflüssigung

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: LINDE AG, 80807 MUENCHEN, DE

8139 Disposal/non-payment of the annual fee