KR20230104898A - 극저온에서 수소를 생성하기 위한 설비 및 방법 - Google Patents

극저온에서 수소를 생성하기 위한 설비 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230104898A
KR20230104898A KR1020237017377A KR20237017377A KR20230104898A KR 20230104898 A KR20230104898 A KR 20230104898A KR 1020237017377 A KR1020237017377 A KR 1020237017377A KR 20237017377 A KR20237017377 A KR 20237017377A KR 20230104898 A KR20230104898 A KR 20230104898A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
oxygen
circuit
turbine
expansion
Prior art date
Application number
KR1020237017377A
Other languages
English (en)
Inventor
피에르 크레스피
피에르 바주옥스
Original Assignee
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드, 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 filed Critical 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Publication of KR20230104898A publication Critical patent/KR20230104898A/ko

Links

Images

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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • 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
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F25J1/0017—Oxygen
    • 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
    • F25J1/0032—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 the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—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 the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • 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
    • F25J1/005—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 expansion of a gaseous refrigerant stream with extraction of work
    • 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
    • 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
    • F25J1/0065—Helium
    • 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
    • F25J1/0204—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 single flow SCR cycle
    • 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
    • F25J1/0211—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 multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0212—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 multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow MCR cycle
    • 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
    • F25J1/0211—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 multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—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 multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • 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
    • F25J1/0211—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 multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—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 multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—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 multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • 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
    • F25J1/0221—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
    • F25J1/0222—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 in combination with an intermediate heat exchange fluid between the cryogenic component and the fluid to be liquefied
    • 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
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • 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
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0236—Heat exchange integration providing refrigeration for different processes treating not the same feed 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
    • F25J1/02—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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/86—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using electrical phenomena, e.g. Corona discharge, electrolysis or magnetic field
    • 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
    • F25J2210/42—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
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/50—Oxygen
    • 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
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler
    • 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
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/20—Integrated compressor and process expander; Gear box arrangement; Multiple compressors on a common shaft
    • 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
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/16—External refrigeration with work-producing gas expansion loop with mutliple gas expansion loops of the same refrigerant
    • 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
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

극저온에서 수소, 특히 액화 수소를 생성하기 위한 설비로서, 산소 배출구 및 수소 배출구를 갖는 전해조(2); 수소 배출구에 연결된 상류 단부, 및 냉각 및/또는 액화 수소를 포집하기 위한 부재(23)에 연결될 하류 단부를 포함하는, 냉각될 수소 회로(3)를 포함하며, 설비(1)는, 냉각될 수소 회로(3)와 열을 교환하는 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트를 더 포함하고, 설비(1)는, 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트의 적어도 일부분과 열을 교환하는 적어도 하나의 냉각 장치(9, 10)를 더 포함하며, 냉각될 수소 회로(3)는, 수소 흐름을 팽창시키기 위한 시스템(18), 및 수소 흐름 팽창 시스템(18)의 상류의 적어도 하나의 수소 압축기(19)를 포함하고, 수소 흐름 팽창 시스템(18)은 적어도 하나의 팽창 터빈(18)을 포함하며, 가압된 수소 흐름으로부터의 팽창 작업을 압축기(19)로 전환하여 터빈의 상류의 수소 흐름을 압축하기 위해, 상기 적어도 하나의 팽창 터빈(18) 및 상기 적어도 하나의 압축기(19)는 동일한 회전 샤프트(20)에 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

극저온에서 수소를 생성하기 위한 설비 및 방법
본 발명은 극저온에서 수소를 생성하기 위한 설비 및 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로는, 본 발명은 극저온에서 수소, 특히 액화 수소를 생성하기 위한 설비에 관한 것으로서, 산소 배출구 및 수소 배출구를 구비한 전해조(electrolyzer); 수소 배출구에 연결된 상류 단부, 및 냉각 및/또는 액화 수소를 포집하기 위한 부재에 연결되도록 의도된 하류 단부를 포함하는, 냉각될 수소 회로를 포함하며, 설비는, 냉각될 수소 회로와 열을 교환하는 열교환기(들) 세트를 포함하고, 설비는, 열교환기(들) 세트의 적어도 일부와 열을 교환하는 적어도 하나의 냉각 장치를 포함하며, 냉각될 수소 회로는, 수소 흐름 팽창 시스템, 및 수소 흐름 팽창 시스템의 상류의 적어도 하나의 수소 압축기를 포함하고, 수소 흐름 팽창 시스템은 적어도 하나의 팽창 터빈을 포함한다.
수소(분자 수소 H2)를 생성하기 위한 두 가지 주요 방식은, 전기 분해, 및 증기 메탄 리포밍(steam methane reforming: SMR)에 의한 화학적 생성이다.
전기 분해의 경우, 물 분자가 분열되고, 이에 따라, 한편으로는 수소를 생성하고, 다른 한편으로는 산소(O2)를 생성한다. 전기 분해 기술과 관련하여, "PEM"(양성자 교환막), "알칼리(Alkaline)", 및 "고체 산화물"의 세 가지 주요 군이 있다.
이러한 기술은, 에너지 성능, 및 물 분자를 분열시키는 화학 반응의 효율 때문에, 대기압에 가까운 압력에서 최적으로 작용한다.
PEM 기술은, 전기 분해의 에너지 성능에 크게 영향을 주지 않으면서 고압으로 작용할 수 있게 한다. 예를 들어, 종래기술에서는, 수 메가와트 전력의 전해조는, 상온에서 30 bar abs로 수소 및 산소를 생성할 수 있다.
예를 들어, US4530744 또는 US10351962 문헌에 설명되어 있지만, 고압 하에서 생성된 산소의 동력화(harnessing)는 일반적으로 산업적으로 수행되지 않는다.
그러나, 이러한 알려진 솔루션은 수소 액화 공정에서 산업적으로 거의 흥미롭지 않으며, 이는 이들이 그다지 에너지 효율적이지 않기 때문이다.
본 발명의 하나의 목적은 전술한 종래기술의 단점 중 일부 또는 전부를 극복하는 것이다.
이를 위해, 위의 전제부에 주어진 일반적인 정의를 또한 준수하는 본 발명에 따른 설비는, 압력 하에서 수소 흐름을 팽창시키는 작업을 압축기로 전환하여 터빈의 상류의 수소 흐름을 압축하기 위해, 상기 적어도 하나의 팽창 터빈 및 상기 적어도 하나의 압축기가 동일한 회전 샤프트에 연결되는 것을 본질적으로 특징으로 한다.
이러한 설비에 따라, 수소의 흐름을 극저온으로 예비 냉각 또는 냉각시키기 위해, 전해조에 의해 생성된 수소의 압력(특히 고압으로)을 효율적으로 동력화할 수 있다.
이러한 솔루션에 따라, 특히 액화될 수소의 80 내지 130 K까지의 냉각을 없애거나 축소시킴으로써, 그러한 설비를 위한 투자 비용을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 이에 따라, 종래기술에서 확인되는 바와 같은, 질소 압축 스테이션(station)을 갖는 액체 질소 예비 냉각 시스템을 축소시키거나 없앨 수 있다.
솔루션에 따라, 이러한 설비를 위한 해당 운영 비용을 크게 줄일 수 있다(예를 들어, 특정 에너지(예를 들어, 액화 H2의 kWh/kg)에 대해 30% 절감).
또한, 본 발명의 실시형태는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 동일한 회전 샤프트에 연결된 팽창 터빈 및 압축기를 포함하는 조립체는, 말하자면, 수소 흐름 이외에 회전 샤프트를 구동하기 위한 모터를 포함하지 않는 수동 기계적 시스템이거나, 말하자면, 회전 샤프트를 구동하기 위한 모터를 포함하는 능동 기계적 시스템이다;
- 수소 회로는, 수소 흐름 팽창 시스템의 상류에 직렬 및/또는 병렬로 배치된 다수의 수소 압축기를 포함하며, 수소 흐름 팽창 시스템은, 직렬 및/또는 병렬로 배치된 복수의 팽창 터빈을 포함하고, 각각의 압축기는, 적어도 하나의 터빈이 또한 연결되는 회전 샤프트에 연결된다;
- 냉각될 수소 회로는, 수소 흐름 팽창 시스템의 상류에 직렬로 배치된 다수의 압축기를 포함하며, 수소 흐름 팽창 시스템은, 직렬로 배치된 복수의 팽창 터빈을 포함하고, 압축기 및 터빈은 각각의 회전 샤프트에 쌍으로 연결된다;
- 터빈은 냉각될 수소 회로에 직렬로 배치되며, 냉각될 수소 회로는, 각각의 터빈의 배출구에서의 수소 흐름과 열교환기(들) 세트의 적어도 일부 간의 열교환을 위한 각각의 별개의 부분을 포함한다;
- 열교환기(들) 세트는, 냉각될 수소 회로의 상류 단부와 하루 단부 사이에서 냉각될 수소 회로와 열을 교환하고 직렬로 배치되는, 다수의 열교환기를 포함한다;
- 설비는, 냉각될 수소 회로와 열을 교환하는 제1 냉각 장치 및 제2 냉각 장치를 포함하며, 제1 냉각 장치는 열교환기(들) 세트의 제1 그룹의 열교환기(들)와 열을 교환하고, 제2 냉각 장치는 제2 그룹의 열교환기와 열을 교환하며, 제1 그룹의 열교환기(들)는, 냉각될 수소 회로에서 제2 그룹의 열교환기의 상류에 위치되고, 제1 냉각 장치는, 제2 냉각 장치에 의해 수행되는 추가적인 냉각 전에, 수소 회로의 예비 냉각을 보장하기 위한 수소 흐름 팽창 시스템을 포함한다;
- 제2 냉각 장치는 사이클 가스 냉동 사이클 냉동기를 포함하며, 제2 냉각 장치의 냉동기는, 사이클 회로에 직렬로 배치되는, 제2 사이클 가스를 압축하기 위한 기구, 제2 사이클 가스를 냉각시키기 위한 부재, 제2 사이클 가스를 팽창시키기 위한 기구, 및 팽창된 제2 사이클 가스를 가열하기 위한 부재를 포함한다;
- 수소 흐름 팽창 시스템은, 제1 그룹의 열교환기(들)와 열을 교환하는 냉각될 수소 회로의 일부분 상에 위치된다;
- 수소 흐름 팽창 시스템은, 제2 그룹의 열교환기(들)와 열을 교환하는 냉각될 수소 회로의 일부분 상에 위치된다;
- 설비는, 적어도 일부의 압축기의 배출구에 수소 냉각 시스템을 포함한다;
- 설비는, 산소 배출구에 연결된 상류 단부, 및 회수 시스템에 연결된 하류 단부를 포함하는 산소 회로를 포함한다;
- 산소 회로는, 산소 흐름 팽창 시스템, 및 팽창된 산소 흐름과 냉각될 수소 회로 간의 적어도 하나의 열교환을 포함하며, 산소 회로는, 산소 흐름 팽창 시스템의 상류에 배치된 적어도 하나의 산소 압축기를 포함하고, 산소 흐름 팽창 시스템은 팽창 터빈을 포함하고, 압력 하에서 산소 흐름을 팽창시키는 작업을 압축기로 전환하여 터빈의 상류의 산소 흐름을 압축하기 위해, 상기 팽창 터빈 및 상기 압축기는 동일한 회전 샤프트에 연결된다;
- 동일한 회전 샤프트에 연결된 팽창 터빈 및 압축기를 갖는 조립체는, 말하자면, 산소 흐름 이외에 회전 샤프트를 구동하기 위한 모터를 포함하지 않는 수동 기계적 시스템이거나, 말하자면, 회전 샤프트를 구동하기 위한 모터를 포함하는 능동 기계적 시스템이다;
- 산소 회로는, 산소 흐름 팽창 시스템의 상류에 직렬 및/또는 병렬로 배치된 다수의 산소 압축기를 포함하며, 산소 흐름 팽창 시스템은 복수의 팽창 터빈을 포함하고, 각각의 압축기는, 적어도 하나의 터빈이 추가로 연결된 회전 샤프트에 연결된다;
- 산소 회로는, 산소 흐름 팽창 시스템의 상류에 직렬로 배치된 다수의 압축기를 포함하며, 산소 흐름 팽창 시스템은 복수의 팽창 터빈을 포함하고, 압축기 및 터빈은 각각의 회전 샤프트에 쌍으로 연결된다;
- 터빈은 산소 회로에 직렬로 배치되며, 산소 회로는, 각각의 터빈의 배출구에서의 산소 흐름과 열교환기(들) 세트 간의 열교환을 위한 각각의 별개의 부분을 포함한다;
- 설비는, 적어도 일부의 압축기의 배출구에 산소 냉각 시스템을 포함한다;
- 설비는, 제1 그룹의 열교환기(들)의 적어도 일부와 열을 교환하는 제3 냉각 장치를 포함한다.
또한, 본 발명은 전술한 특징 중 어느 하나에 따른 설비를 사용하여, 극저온에서 수소, 특히 액화 수소를 생성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 방법은, 전해조에 의해, 예를 들어 15 내지 150 bar의 압력으로, 수소 회로의 상류 단부에 수소 흐름을 공급하는 단계; 전해조에 의해, 예를 들어 15 내지 150 bar의 압력으로, 산소 회로의 상류 단부에 산소 흐름을 공급하는 단계를 포함하며, 방법은, 수소 흐름의 압축 후 팽창 단계를 포함하고, 팽창은, 샤프트에 연결된 적어도 하나의 터빈에 의해 수행되며, 샤프트는, 이의 팽창 전에 수소 흐름의 압축을 보장하는 적어도 하나의 압축기에 추가로 연결된다.
또한, 본 발명은 청구범위의 범위 내에서 위 또는 아래의 특징의 임의의 조합을 포함하는 임의의 대안적인 장치 또는 방법에 관한 것일 수 있다.
다른 구별되는 특징 및 이점은 도면을 참조하여 이루어지는 이하의 설명을 읽을 때 명백해질 것이며, 도면으로서:
도 1은 본 발명에 따른 설비의 구조 및 작업의 제1 실시형태를 도시하는 부분적인 개략도를 도시한다;
도 2는 본 발명에 따른 설비의 구조 및 작업의 제2 실시형태를 도시하는 부분적인 개략도를 도시한다;
도 3은 본 발명에 따른 설비의 구조 및 작업의 제3 실시형태를 도시하는 부분적인 개략도를 도시한다;
도 4는 본 발명에 따른 설비의 구조 및 작업의 제4 실시형태를 도시하는 부분적인 개략도를 도시한다.
도시된 수소 생성 설비(1)는, 극저온에서 수소, 특히 액화 수소를 생성하기 위한 장치이다.
이러한 설비(1)는, 고압으로 작동되는, 즉 15 내지 150 bar의 압력으로, 예를 들어 30 bar와 같은 압력으로 가스 수소 및 산소를 생성하는, 바람직하게는 "PEM"(양성자 교환막) 유형의 전해조(2)이다.
전해조(2)는, 산소 배출구 및 수소 배출구를 갖는다.
설비(1)는, 전해조(2)의 수소 배출구에 연결된 상류 단부, 및 냉각 및/또는 액화 수소를 포집하기 위한 부재(23)(예를 들어, 저장 및/또는 사용자 애플리케이션)에 연결되도록 의도된 하류 단부를 갖는, 냉각될 수소 회로(3)(또는 파이프(들))를 포함한다.
설비(1)는, 수소의 액화에 바람직한 온도에 도달하기 위한 목적으로, 냉각될 수소 회로(3)와 열을 교환하는 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트를 포함한다.
도시된 바와 같이, 적어도 하나의 별개의 열교환기(25)가 전해조(2)의 배출구에 제공되어, (예를 들어, 물 또는 공기와 같은 열전달 유체와의 예를 들어 열교환에 의해) 수소 흐름을 냉각시킴으로써, 후자가 주위 온도에 가까운 온도로 되게 할 수 있다. 일반적으로, 전기 분해에 의한 수소의 생성을 위한 전기 화학 반응은 수십 도의 온도 상승을 유발한다.
설비(1)는, 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트의 적어도 일부와 열을 교환하는 적어도 하나의 냉각 장치(9, 10)를 더 포함한다.
또한, 설비(1)는, 전해조(2)의 산소 배출구에 연결된 상류 단부, 및 하류 단부를 포함하는 산소 회로(190)(적어도 하나의 파이프)를 포함할 수 있다. 하류 단부는, 예를 들어 산소를 포집 및/또는 사용하기 위한 장치(27)에 연결될 수 있다. 이러한 포집 장치는, 예를 들어, 산소 액화 시스템, 산소 (예비) 냉각 시스템, 가압 저장 장치 또는 실린더 내에서 산소를 압축하여 패키징하기 위한 시스템, 연소 시스템, 통기 시스템 등을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 냉각될 수소 회로(3)는, 수소 흐름 팽창 시스템(18), 및 수소 흐름 팽창 시스템(18)의 상류의 적어도 하나의 수소 압축기(19)를 포함한다. 바람직하게는, 냉각될/액화될 모든(전체) 수소 흐름이 터빈(들) 팽창 시스템(18) 내에서 팽창된다. 즉, 냉각될/액화될 모든 흐름은 터빈 또는 터빈들(18) 내에서 팽창되며, 이러한 팽창된 흐름은, 예를 들어, 액화되기 위해, 교환기(들) 세트의 냉각 장치에 의해 냉각된다. 수소 흐름 팽창 시스템(18)은 적어도 하나의 수소 흐름 팽창 터빈(18)을 포함하며, 압력 하에서 수소 흐름을 팽창시키는 작업을 압축기(19)로 전환하여 터빈(18)의 상류의 수소 흐름을 압축하기 위해, 상기 팽창 터빈(18) 및 상기 압축기(19)는 동일한 회전 샤프트(20)에 연결된다. 바람직하게는, 동일한 회전 샤프트(20)에 연결된 팽창 터빈(18) 및 압축기(19)를 갖는 조립체는, 말하자면, 수소 흐름 이외에 회전 샤프트(20)를 구동하기 위한 모터를 포함하지 않는 수동 기계적 시스템이다.
도시된 바와 같이, 바람직하게는 수소 회로(3)는, 수소 흐름 팽창 시스템(18)의 상류에 직렬로 배치된 다수의 수소 압축기(19)를 포함한다.
바람직하게는 수소 흐름 팽창 시스템은, 직렬로 배치된 다수의 팽창 터빈(18)을 포함하며, 각각의 압축기(19)는, 적어도 하나의 터빈(18)이 또한 연결되는 회전 샤프트(20)에 연결된다. 예를 들어, 압축기(19) 및 터빈은, 각각의 별개의 회전 샤프트(20)에 대해 쌍으로 연계된다(예를 들어, 상류의 제1 압축기(19)가 상류의 제1 터빈(20)과 연결되는 등).
도시된 바와 같이, 각각의 터빈(18)의 배출구에서, 팽창된 수소 흐름은, 제1 그룹의 열교환기(들)(4, 5, 6, 7)의 상류로부터 하류로 별개의 열교환기를 선택적으로 각각 통과할 수 있으므로, 수소의 예비 냉각을 보장할 수 있다.
이러한 팽창 스테이지(18)는, (중간 냉각과 함께 또는 중간 냉각 없이) 수소 흐름의 압력을 동력화할 수 있게 한다. 이에 따라, 전술한 예비 냉각을 대체하거나 보완할 수 있다.
임의의 에너지 소비 없이 제공되는 이러한 냉기에 따라, (예를 들어, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같은 제2 냉각 장치(10)를 통해) 수소를 이의 타겟 온도까지 냉각시키기 위해 투입될 작업을 감소시킬 수 있다.
물론, 수소 흐름의 압력을 팽창시켜서 등력화하는 이러한 방식은 이러한 실시예로 제한되지 않는다. 따라서, 주위 온도로부터 주어진 예비 냉각 온도까지의 수소의 팽창은, 특히 비용을 감소시키기 위해, 예를 들어 체적 측정 팽창 밸브를 통해, 다수의 반경 방향 팽창 스테이지에서 또는 단일 팽창 스테이지에서 수행될 수 있다.
수소의 이러한 예비 냉각은, 냉각될 수소 회로(3)와 열을 교환하는 제2 냉각 장치(10)에 의해 회로(3)의 하류에서 완료될 수 있다.
도시된 바와 같이, 예를 들어, 전술한 제1 냉각 장치(9)(예비 압축과 함께 수소의 팽창)는, 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트의 제1 상류 그룹의 열교환기(들)(4, 5, 6, 7)와 열교환하게 배치된다.
제2 냉각 장치(10) 자체는 제2 하류 그룹의 열교환기(8)와 열교환하게 배치될 수 있다(여기서, 단일 열교환기로 나타내지만, 직렬 및/또는 병렬의 다수의 열교환기가 구상될 수 있다).
예를 들어, 80 내지 100 K의 온도로의 수소 회로(3)의 이러한 예비 냉각 후에, 제2 냉각 장치(10)는, 이를 액화시키기 위해, 예를 들어 약 20 K의 온도까지, 수소의 추가적인 냉각을 제공한다.
개략적으로 도시된 바와 같이, 제2 냉각 장치(10)는, 수소의 최종 냉각을 위한 장치(10)의 효율을 개선하기 위해, (예를 들어, 수소 또는 헬륨, 또는 네온, 또는 이 세 가지의 최적화된 조합물을 포함하는) 사이클 가스 냉동 사이클 냉동기를 포함할 수 있다. 통상적으로, 제2 냉각 장치(10)의 이러한 냉동기는, 사이클 회로에 직렬로 배치되는, 제2 사이클 가스를 압축하기 위한 기구(15)(하나 이상의 압축기), 제2 사이클 가스를 냉각하기 위한 부재(24)(예를 들어, 열교환기(들)), 제2 사이클 가스를 팽창시키기 위한 기구(16)(터빈(들) 및/또는 팽창 밸브(들)), 및 팽창된 제2 사이클 가스를 가열하기 위한 부재(8)(열교환기 및 특히, 냉각될 수소 흐름과 교환하는 열교환기(들))를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 설비(1)는, 적어도 일부의 열교환기(4, 5, 6, 7)와 열을 교환하는 제3 냉각 장치(17)를 포함할 수 있다. 이러한 제3 냉각 장치(17)(선택사항)는, 일부 수소 예비 냉각을 또한 보장하기 위해, 열교환기(들)(4, 5, 6, 7)에 냉기를 공급하는 냉각 유체 루프(역류로 순환하는, 예를 들어 액체 질소, 액화 천연 가스, 산소 등)를 포함할 수 있다.
특히, 전술한 바와 같이 수소 팽창을 통해 수행되는 예비 냉각에 따라, 이러한 냉각 유체(액체 질소와 같은 또는 예를 들어 가스 혼합 사이클을 가짐)의 소비를 (특히 절반으로) 감소시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 선택적으로 산소 회로(190)는, 산소 흐름 팽창 시스템(13), 및 팽창된 산소 흐름(이에 따라 팽창에 의해 냉각됨)과 냉각될 수소 회로(3) 간의 적어도 하나의 열교환을 더 포함할 수 있다. 특히, 이러한 열교환은, 이의 냉동 및/또는 액화 공정 시에 수소를 예비 냉각시키기 위해 사용될 수 있다.
위와 같이, 산소 회로(190)는, 산소 흐름 팽창 시스템(13)의 상류에 배치된 적어도 하나의 산소 압축기(12)를 포함할 수 있다. 산소 흐름 팽창 시스템(13)은 적어도 하나의 팽창 터빈(13)을 포함한다. 압력 하에서 산소 흐름을 팽창시키는 작업을 압축기(12)로 전환하여 팽창 터빈(13)의 상류의 산소 흐름을 압축하기 위해, 상기 산소 팽창 터빈(13) 및 상기 상류 산소 압축기(12)는 동일한 회전 샤프트(14)에 연결된다.
동일한 회전 샤프트(14)에 연결된 팽창 터빈(13) 및 압축기(12)를 포함하는 조립체는, 말하자면, 산소 흐름 이외에 회전 샤프트(14)를 구동하기 위한 모터를 포함하지 않는, 바람직하게는 수동 기계적 시스템이다. 따라서, 팽창 터빈(13)은, 동일한 샤프트(14)에 연결된 압축기(12)에 의해 기계적으로 제동된다. 물론, 이는 제한적인 것이 아니므로, (적절한 경우 설비의 효율을 개선하기 위해) 터빈(들) 및 압축기(들)에 연결된 이의 샤프트를 갖는 모터를 시스템에 제공하는 것이 구상될 수 있다.
수소의 경우에서와 마찬가지로, 산소 흐름에 대한 이러한 작업 전환은, 이에 따라 하나 이상의 극저온 팽창 터빈(13)을 통합하는 단계로 이루어지는 "터보부스팅(turboboosting)"을 야기하며, 작업 유체는 전해조(2)에 의해 이전에 생성된 산소이다. 이러한 터빈을 제동하기 위한 시스템은, 동일한 샤프트(14)에 연결된 하나 이상의 압축기(12)이다. 이에 따라, 주위 온도에서 상류의 흐름 부스터(flow booster)로서 이러한 가스 흐름을 팽창시키는 작업을 도입할 수 있다.
도시된 바와 같이, 생성된 이러한 저온 에너지를 수소 흐름으로 전환시키기 위해, 메인 수소 흐름과 무관하게, 교환기 또는 교환기들(4, 5, 6, 7) 내에 특정 통로를 통합하는 것이 가능하므로, 냉각된 산소가 냉각될 수소와 저온 에너지/열 에너지를 교환할 수 있다.
수소 냉동/액화 시스템의 열교환기(4, 5, 6, 7)의 어레이 내의 팽창된 산소 흐름의 통합에 따라, 특히 이의 체적을 감소시킬 수 있다. 또한, 하나의 동일한 장비 하나에서 열교환 라인을 공유함으로써, 비용이 감소된다. 또한, 동일한 장비 하나 내에서 수소 및 산소를 접촉시키는 위험을 방지하기 위해, 전형적으로 불활성 중간 열전달 유체인, 예를 들어 헬륨, 질소, 아르곤을 사용하는 것이 가능하다.
예를 들어, 수소는, 예를 들어 약 20 K의 타겟 온도까지 냉각된다. 이를 위해, 수소 흐름은, 전해조의 배출구에서의 온도로부터 220 내지 90 K, 그리고 예를 들어 약 100 K의 온도까지 예비 냉각될 수 있다.
(압축기(12)의 하류에서의) 팽창 전에, 공업 용수와 같은 냉기 소스를 갖는 압축 스테이지 사이의(그 다음에 단부에서의) 냉각을 위한 교환기로 인해, 예를 들어, 15 내지 150의 압력으로 그리고 주위 온도에 가까운 온도로 산소가 공급될 수 있다. 이러한 예비 냉각 중 일부 또는 전부는, 전술한 바와 같이, 팽창된 산소를 통해 수행될 수 있다.
특히, 본 발명자들은, 과압을 통한 산소 및/또는 수소 압력의 이러한 동력화에 따라, 300 K 내지 85 K로 냉각될 하루 25톤의 수소를 생성하는 설비의 경우, 액체 질소의 소비를 약 45% 절약(액체 질소를 생성하기 위해 소비되는 전기 에너지를 절약)할 수 있는 것으로 결정하였다.
물론, 이러한 이점은, 다른 예비 냉각 장치(예를 들어, 질소 사이클 냉각기)를 사용하는 경우에도 여전히 유효하다.
전해조(2)의 배출구에서의 산소 흐름의 압력이 약 70 bar인 경우, 수소 흐름의 예비 냉각의 기능에 대해, 약 50 내지 70%의 운영비 절감을 달성하는 것이 가능하다.
도시된 바와 같이, 산소 회로(190)는, 산소 흐름 팽창 시스템(13)의 상류에 직렬로 배치된 다수의 산소 압축기(12)를 포함할 수 있다. 이의 일부를 위한 산소 흐름 팽창 시스템은 복수의 팽창 터빈(13)을 포함하며, 각각의 압축기(12)는, 적어도 하나의 터빈(13)이 또한 연결되는 회전 샤프트(14)에 연결된다.
예를 들어, 이러한 요소 중 전부 또는 일부는, 동일한 샤프트의 양측 상에 장착된 n개의 터빈 및 n개의 압축기를 갖는 (예를 들어, 단일) 터보 기계 내로 통합될 수 있다.
도시된 제한적이지 않은 실시예에서, 산소 회로(190)는, 하류에 직렬로 배치된 팽창 터빈(13)의 상류에 직렬로 배치된 다수의 압축기(12)를 포함하며, 압축기 및 터빈(13)은 각각의 회전 샤프트(14)에 쌍으로 연결된다. 예를 들어, 제1 터빈(상류)은 제1 압축기(상류)와 연결되며, 제2 터빈은 제2 압축기와 연결되는 등이다.
물론, 본 발명은 터보부스터만을 포함하는 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니며, 이러한 유형의 터보부스터 및 추가적으로 하나 이상의 통상적인 터빈을 제공하는 것이 가능하다(이는 전술한 수소 흐름 압축/팽창 시스템의 경우에도 마찬가지이다).
바람직하게는, 적어도 일부의 압축기(12)의 배출구에 산소 냉각 시스템(21)이 제공된다. 예를 들어, 각각의 압축 스테이지의 등온 효율을 개선하기 위해, 각각의 압축기의 배출구에 냉각기(공기 또는 물과 같은 유체와 교환하는 냉각 교환기)가 개재될 수 있다.
따라서, 바람직하게는, 도 1의 실시형태에서와 같이, 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트는, 냉각될 수소 회로(3)의 상류 단부와 하류 단부 사이에서 냉각될 수소 회로(3)와 열을 교환하고 직렬로 배치되는, 다수의 열교환기를 포함한다.
또한, 바람직하게는, 직렬의 터빈(13)의 배출구 이후에, 산소 흐름은, 상류로부터 하류로 직렬로 열교환기(4, 5, 6, 7)를 각각 통과한다. 따라서, 교환기를 통하는 이러한 통로는, 각각의 팽창 스테이지 이후에 산소 흐름의 냉각 또는 가열(산소 흐름의 압력 조건 및 관련된 교환기(4, 5, 6, 7)의 온도에 따른 냉각 또는 가열)을 야기한다. 구체적으로는, 터빈의 말단에서의 산소 흐름의 압력의 감소가 비교적 큰 경우, 배출구에 위치된 열교환기(4, 5, 6, 7)와의 열교환은, (수소 흐름 냉동 사이클의 열역학적 최적화를 위한 목적으로) 흐름을 가열하는 경향이 있는 반면에, 대조적으로, 압력의 비교적 더 적은 감소의 경우, 배출구에 위치된 열교환기(4, 5, 6, 7)를 통하는 통로는 (도 2에 도시된 바와 같이) 흐름을 냉각시키는 경향이 있을 것이다.
따라서, 도 2는 산소 흐름의 압력을 동력화하기 위한 시스템을 추가적으로 포함한다는 점에서, 도 1의 그것과 본질적으로 상이한 다른 가능한 실시형태를 도시한다. 간략화를 위해, 동일한 요소는 다시 설명되지 않으며, 동일한 참조 번호로 지정된다(이는 후속 실시형태의 경우에도 마찬가지이다).
도 1 및 도 2의 실시형태에서, 수소 흐름 압축기(19)는, 예비 냉각 부분(이러한 예비 냉각 열교환기(4, 5, 6, 7)와의 터빈(18)의 배출구에서의 열교환)의 터빈(18) 및 (예를 들어 주위 온도로의) 예비 냉각을 위한 제1 그룹의 교환기(4, 5, 6, 7)의 상류에 위치된다. 이러한 배치는 제한적이지 않다.
따라서, 도 3의 실시형태는, 수소 흐름 압축기(19)가 (수소가 이미 예비 냉각된 회로(3)의 부분에서의) 제2 그룹의 냉각 교환기(8)의 상류 및 제1 그룹의 예비 냉각 교환기(4, 5, 6)의 하류에 위치된다는 점에서, 도 2의 그것과 본질적으로 상이하다. 즉, 수소 흐름의 압축은, 예비 냉각 후에 그리고 최종 냉각 전에 수행된다. 이에 따라, 매우 가벼운 H2 분자(약 2 g/mol의 몰 질량)에 대해 더 높은 압축비를 달성할 수 있다. 또한, 팽창 터빈(18)은, 냉각 부분(제2 그룹의 이러한 열교환기(8)와의 터빈(18)의 배출구에서의 열교환)에 개재된다.
또한, 도 3의 실시형태는, 제1 압축기(12)의 상류에서 전해조(2)를 빠져나가는 산소 흐름의 냉각(26)을 제공하는 선택적인 가능성(다른 실시형태에 적용될 수 있음)을 예시하고 있음을 유의한다.
도 2의 실시형태에서, 수소 흐름 압축기(19)는, 예비 냉각 부분의 터빈(이러한 예비 냉각 열교환기(4, 5, 6, 7)와의 터빈(18)의 배출구에서의 열교환) 및 제1 그룹의 예비 냉각 교환기(4, 5, 6, 7)의 상류에 위치된다.
따라서, 도 3의 실시형태에서, 수소 흐름의 압축은, 예비 냉각 후에 그리고 냉각 전에 수행된다. 또한, 팽창 터빈(18)은, 냉각 부분(제2 그룹의 이러한 열교환기(8)와의 터빈(18)의 배출구에서의 열교환)에 개재된다.
도 4의 실시형태는, 수소 흐름 압축기(19)가 제1 그룹의 예비 냉각 교환기(4, 5, 6)의 상류에 위치된다는 점에서, 도 3의 그것과 본질적으로 상이하다. 즉, 수소 흐름의 압축은 (예를 들어 상온까지의) 예비 냉각 전에 수행되는 반면에, 팽창은 (예비 냉각 후에) 저온 냉각 부분에서 수행된다.
도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이(이는 다른 실시형태에도 적용될 수 있음), 제2 냉동 장치(10)는, 직렬 및/또는 병렬의 하나 이상의 터빈(16)을 포함할 수 있다. 또한, 압축기 또는 압축기들(15)의 상류 및 하류의 흐름은, 동일한 열교환기(150) 내에서 역류로 열을 교환할 수 있다. 터빈 또는 터빈들의 배출구에서의 흐름 또는 흐름들은, (점선으로 도시된) 열교환기 또는 제2 그룹의 열교환기(8)에서 선택적으로 교환될 수 있다.
물론, 도 3 및 도 4에는 도시되어 있지만, 산소 흐름 압축 및 팽창 시스템은 생략될 수 있다.
바람직하게는, 터빈은 구심 및 반경 방향 기술 유형이다. 이에 따라, 액화 설비 전체에 걸쳐서 팽창 기술의 통합을 가능하게 한다.
바람직하게는, 압축기는 원심식이다.
상세하게 도시되지 않은 일 변형예에서, 산소 회로(190)는 하류에서 액화 산소를 생성하며, 이는 회수된다. 이를 위해, 산소 흐름의 일부 또는 전부는, 수소 흐름과 교환하는 교환기(4, 5, 6, 7, 8)와 분리된 열교환기를 통과할 수 있다.
물론, 일부 압축기 또는 터빈은, 터빈(또는 각각 압축기)의 다른 휠이 추가로 연결되는 샤프트에 연결되지 않을 수 있다. 즉, 모든 터빈(또는 압축기)이 반드시 압축기와 동일한 샤프트에 연결되는 것은 아니며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 마찬가지로, 2개보다 많은 휠(압축기 및/또는 터빈)이 동일한 샤프트에 연결될 수 있다.

Claims (20)

  1. 극저온에서 수소, 특히 액화 수소를 생성하기 위한 설비로서,
    산소 배출구 및 수소 배출구를 구비한 전해조(2);
    상기 수소 배출구에 연결된 상류 단부, 및 냉각 및/또는 액화 수소를 포집하기 위한 부재(23)에 연결되도록 의도된 하류 단부를 포함하는, 냉각될 수소 회로(3)를 포함하며,
    상기 설비(1)는, 냉각될 상기 수소 회로(3)와 열을 교환하는 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트를 포함하고,
    상기 설비(1)는, 상기 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트의 적어도 일부와 열을 교환하는 적어도 하나의 냉각 장치(9, 10)를 포함하며,
    냉각될 상기 수소 회로(3)는, 수소 흐름 팽창 시스템(18), 및 상기 수소 흐름 팽창 시스템(18)의 상류의 적어도 하나의 수소 압축기(19)를 포함하고,
    상기 수소 흐름 팽창 시스템(18)은 적어도 하나의 팽창 터빈(18)을 포함하며,
    압력 하에서 상기 수소 흐름을 팽창시키는 작업을 상기 압축기(19)로 전환하여 상기 터빈(18)의 상류의 상기 수소 흐름을 압축하기 위해, 상기 적어도 하나의 팽창 터빈(18) 및 상기 적어도 하나의 압축기(19)는 동일한 회전 샤프트(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    극저온에서 수소, 특히 액화 수소를 생성하기 위한 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동일한 회전 샤프트(20)에 연결된 상기 팽창 터빈(18) 및 상기 압축기(19)를 포함하는 조립체는, 말하자면, 상기 수소 흐름 이외에 상기 회전 샤프트(20)를 구동하기 위한 모터를 포함하지 않는 수동 기계적 시스템이거나, 말하자면, 상기 회전 샤프트(20)를 구동하기 위한 모터를 포함하는 능동 기계적 시스템인 것을 특징으로 하는, 설비.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수소 회로(3)는, 상기 수소 흐름 팽창 시스템(18)의 상류에 직렬 및/또는 병렬로 배치된 다수의 수소 압축기(19)를 포함하며,
    상기 수소 흐름 팽창 시스템은, 직렬 및/또는 병렬로 배치된 복수의 팽창 터빈(18)을 포함하고,
    각각의 상기 압축기(19)는, 적어도 하나의 터빈(18)이 추가로 연결된 회전 샤프트(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 설비.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각될 상기 수소 회로(3)는, 상기 수소 흐름 팽창 시스템(18)의 상류에 직렬로 배치된 다수의 압축기(19)를 포함하며,
    상기 수소 흐름 팽창 시스템은, 직렬로 배치된 복수의 팽창 터빈(18)을 포함하고,
    상기 압축기 및 터빈(18)은 각각의 회전 샤프트(20)에 쌍으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 설비.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 터빈(18)은, 냉각될 상기 수소 회로(3)에 직렬로 배치되며,
    냉각될 상기 수소 회로(3)는, 상기 열교환기(들)(4, 5, 6, 7) 세트의 적어도 일부와 각각의 터빈(18)의 배출구에서의 상기 수소 흐름 간의 열교환을 위한 각각의 별개의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트는, 냉각될 상기 수소 회로(3)의 상기 상류 단부와 하류 단부 사이에서 냉각될 상기 수소 회로(3)와 열을 교환하고 직렬로 배치되는, 다수의 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각될 상기 수소 회로(3)와 열을 교환하는, 제1 냉각 장치(9) 및 제2 냉각 장치(10)를 포함하며,
    상기 제1 냉각 장치(9)는, 상기 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트의 제1 그룹의 열교환기(들)(4, 5, 6, 7)와 열을 교환하고,
    상기 제2 냉각 장치(10)는 제2 그룹의 열교환기(8)와 열을 교환하며,
    상기 제1 그룹의 열교환기(들)(4, 5, 6, 7)는, 냉각될 상기 수소 회로(3)에서 상기 제2 그룹의 열교환기(8)의 상류에 위치되고,
    상기 제1 냉각 장치(9)는, 상기 제2 냉각 장치(10)에 의해 수행되는 추가적인 냉각 전에, 상기 수소 회로(3)의 예비 냉각을 보장하기 위한 상기 수소 흐름 팽창 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 냉각 장치(10)는 사이클 가스 냉동 사이클 냉동기를 포함하며,
    상기 제2 냉각 장치(10)의 상기 냉동기는, 사이클 회로에 직렬로 배치되는, 제2 사이클 가스를 압축하기 위한 기구(15), 상기 제2 사이클 가스를 냉각시키기 위한 부재(8), 상기 제2 사이클 가스를 팽창시키기 위한 기구(16), 및 상기 팽창된 제2 사이클 가스를 가열하기 위한 부재(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 수소 흐름 팽창 시스템(18)은, 상기 제1 그룹의 열교환기(들)(4, 5, 6, 7)와 열을 교환하는, 냉각될 상기 수소 회로(3)의 일부분 상에 위치되는 것을 특징으로 하는, 설비.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소 흐름 팽창 시스템(18)은, 상기 제2 그룹의 열교환기(들)(8)와 열을 교환하는, 냉각될 상기 수소 회로(3)의 일부분 상에 위치되는 것을 특징으로 하는, 설비.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 일부의 상기 압축기(21)의 배출구에 수소 냉각 시스템(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 배출구에 연결된 상류 단부, 및 회수 시스템에 연결된 하류 단부(11)를 포함하는 산소 회로(190)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 산소 회로(190)는, 산소 흐름 팽창 시스템(13), 및 상기 팽창된 산소 흐름과 냉각될 상기 수소 회로(3) 간의 적어도 하나의 열교환을 포함하며,
    상기 산소 회로(190)는, 상기 산소 흐름 팽창 시스템(13)의 상류에 배치된 적어도 하나의 산소 압축기(12)를 포함하고,
    상기 산소 흐름 팽창 시스템(13)은 팽창 터빈(13)을 포함하며,
    압력 하에서 상기 산소 흐름을 팽창시키는 작업을 상기 압축기(12)로 전환하여 상기 터빈(13)의 상류의 상기 산소 흐름을 압축하기 위해, 상기 팽창 터빈(13) 및 상기 압축기(12)는 동일한 회전 샤프트(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 설비.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 동일한 회전 샤프트(14)에 연결된 팽창 터빈(13) 및 압축기(12)를 갖는 조립체는, 말하자면, 상기 산소 흐름 이외에 상기 회전 샤프트(14)를 구동하기 위한 모터를 포함하지 않는 수동 기계적 시스템이거나, 말하자면, 상기 회전 샤프트(14)를 구동하기 위한 모터를 포함하는 능동 기계적 시스템인 것을 특징으로 하는, 설비.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 산소 회로(9)는, 상기 산소 흐름 팽창 시스템(13)의 상류에 직렬 및/또는 병렬로 배치된 다수의 산소 압축기(12)를 포함하며,
    상기 산소 흐름 팽창 시스템은 복수의 팽창 터빈(13)을 포함하고,
    각각의 상기 압축기(12)는, 적어도 하나의 터빈(13)이 추가로 연결된 회전 샤프트(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 설비.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 산소 회로(9)는, 상기 산소 흐름 팽창 시스템(13)의 상류에 직렬로 배치된 다수의 압축기(12)를 포함하며,
    상기 산소 흐름 팽창 시스템(13)은 복수의 팽창 터빈(13)을 포함하고,
    상기 압축기 및 터빈(13)은 각각의 회전 샤프트(14)에 쌍으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 설비.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 터빈(14)은 상기 산소 회로(9)에 직렬로 배치되며,
    상기 산소 회로(9)는, 상기 열교환기(들)(4, 5, 6, 7, 8) 세트와 각각의 터빈(13)의 배출구에서의 상기 산소 흐름 간의 열교환을 위한 각각의 별개의 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 일부의 상기 압축기(12)의 배출구에 산소 냉각 시스템(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  19. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 열교환기(들)(4, 5, 6, 7)의 적어도 일부와 열을 교환하는 제3 냉각 장치(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 설비.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 설비(1)를 사용하여, 극저온에서 수소, 특히 액화 수소를 생성하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은,
    상기 전해조(2)에 의해, 예를 들어 15 내지 150 bar의 압력으로, 상기 수소 회로(3)의 상기 상류 단부에 수소 흐름을 공급하는 단계;
    상기 전해조(2)에 의해, 예를 들어 15 내지 150 bar의 압력으로, 상기 산소 회로(190)의 상기 상류 단부에 산소 흐름을 공급하는 단계를 포함하며,
    상기 방법은, 상기 수소 흐름의 압축 후 팽창 단계를 포함하고,
    상기 팽창은, 샤프트(20)에 연결된 적어도 하나의 터빈(18)에 의해 수행되며,
    상기 샤프트(20)는, 이의 팽창 전에 상기 수소 흐름의 압축을 보장하는 적어도 하나의 압축기(19)에 추가로 연결되는,
    제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 설비(1)를 사용하여, 극저온에서 수소, 특히 액화 수소를 생성하기 위한 방법.
KR1020237017377A 2020-11-09 2021-10-20 극저온에서 수소를 생성하기 위한 설비 및 방법 KR20230104898A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2011491 2020-11-09
FR2011491A FR3116107B1 (fr) 2020-11-09 2020-11-09 Installation et procédé de production d’hydrogène à température cryogénique
PCT/EP2021/079034 WO2022096262A1 (fr) 2020-11-09 2021-10-20 Installation et procédé de production d'hydrogène à température cryogénique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230104898A true KR20230104898A (ko) 2023-07-11

Family

ID=73793533

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237017377A KR20230104898A (ko) 2020-11-09 2021-10-20 극저온에서 수소를 생성하기 위한 설비 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230408189A1 (ko)
EP (1) EP4241028A1 (ko)
JP (1) JP2023548753A (ko)
KR (1) KR20230104898A (ko)
FR (1) FR3116107B1 (ko)
WO (1) WO2022096262A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220205714A1 (en) * 2020-12-28 2022-06-30 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method for efficient cold recovery in o2-h2 combustion turbine power generation system

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2142423B (en) 1983-03-10 1986-08-06 Smith Dr Eric Murray Production of liquid hydrogen
FR2775512B1 (fr) * 1998-03-02 2000-04-14 Air Liquide Poste et procede de distribution d'un gaz detendu
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
JP2007205667A (ja) * 2006-02-03 2007-08-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 液化水素製造装置
DE102014212718A1 (de) * 2014-07-01 2016-01-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Elektrolyseanlage sowie Elektrolyseanlage
EP3162871A1 (en) * 2015-10-27 2017-05-03 Linde Aktiengesellschaft Hydrogen-neon mixture refrigeration cycle for large-scale hydrogen cooling and liquefaction
CN107014151B (zh) * 2017-06-01 2023-04-11 四川蜀道装备科技股份有限公司 一种氢气液化的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4241028A1 (fr) 2023-09-13
FR3116107B1 (fr) 2022-12-16
JP2023548753A (ja) 2023-11-21
US20230408189A1 (en) 2023-12-21
WO2022096262A1 (fr) 2022-05-12
FR3116107A1 (fr) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10634425B2 (en) Integration of industrial gas site with liquid hydrogen production
US10928127B2 (en) Large-scale hydrogen liquefaction by means of a high pressure hydrogen refrigeration cycle combined to a novel single mixed-refrigerant precooling
JP2015501410A (ja) Ｌｎｇ生産のための多窒素膨張プロセス
CN115451647B (zh) 一种集成液化空气储能系统的氢液化系统
US20210381756A1 (en) Cooling method for liquefying a feed gas
KR20230104898A (ko) 극저온에서 수소를 생성하기 위한 설비 및 방법
EP3163235A1 (en) Novel cascade process for cooling and liquefying hydrogen in large-scale
KR20230104881A (ko) 극저온에서 수소를 생성하기 위한 설비 및 방법
WO2014128959A1 (ja) 二酸化炭素液化装置
KR20230144566A (ko) 수소 및/또는 헬륨과 같은 유체를 액화시키기 위한 디바이스 및 방법
KR20230171430A (ko) 수소 또는 헬륨 액화 처리에서 사전냉각을 위한 시스템 및 방법
CN117168087A (zh) 模块化氢液化系统
JP3521360B2 (ja) 液体水素の製造方法及び装置
CN104620067A (zh) 用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备
JP2004150685A (ja) 窒素製造設備及びタービン発電設備
CN111288747A (zh) 一种lng冷能利用空分装置系统及其设计方法
CN115789511B (zh) 一种液氢冷能梯级利用系统和方法
CN221258578U (zh) 液态空气储能站
CN109057899B (zh) 气体压缩冷凝液化和低温工质发电装置及发电系统
CN118129521A (zh) 一种液态空气储能系统及方法
KR20230144567A (ko) 수소 및/또는 헬륨과 같은 유체를 액화하기 위한 디바이스 및 방법
US20240118024A1 (en) Device and method for refrigeration or liquefaction of a fluid
US20240093924A1 (en) Device and method for pre-cooling a stream of gas
CN116878217A (zh) 一种工业尾气提纯液化二氧化碳的方法与装置
CN117212681A (zh) 一种低温高压储氢系统及方法