[发明专利]氢气液化预冷装置

说明书

本发明公开了一氢气液化预冷装置，包括：液氢储罐、液氮预冷装置、氢气液化冷箱、液氮液化冷箱、第一压缩机组和第二压缩机组；装置能很好地回收利用从液氢储罐中气化的低温气态氢，既能避免直接释放低温气态氢带来的安全隐患及能源浪费，还能为氢气液化提供冷量，同时结合液氮预冷装置，降低氢气液化所需能耗，降低成本。

技术领域

本发明涉及氢气液化技术，尤其涉及一种氢气液化预冷装置。

背景技术

随着工业的发展和人们物质生活水平的提高，能源的需求也与日俱增。由于煤炭、石油等化石能源在使用时不可避免地会污染环境，再加上其储量有限，人类面临着开发高效、洁净的二次能源的艰巨挑战，因而寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢作为可从多种途径获取的理想能源载体，是化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁之一，将为终端能源利用提供新的重要形式。

氢气液化技术的核心是氢气的液化部分，氢气的临界温度和转化温度低，汽化潜热小，其理论最小液化功在所有气体当中是最高的。由于氢气的液化温度很低，所以只有将氢气预冷却到一定温度以下，再节流膨胀才能产生冷效应，因而对氢气进行冷却处理的冷却效果至关重要。

发明内容

氢气液化装置包括：氢气液化冷箱和液氢液化冷箱，经净化处理后的气态氢先进入氢气液化冷箱中进行预冷及气态氢正仲转化，然后再进入液氢液化冷箱中进行预冷及液态氢正仲转化，最终得到液氢并存储于液氢储罐中。

液氢是由氢气经过降温而得到的液体，是一种无色、无味的高能低温液体燃料，是仲氢（p-H2）和正氢（o-H2）的混合物。正氢和仲氢是分子氢的两种自旋异构体，这种异构现象是由于两个氢原子的核自旋有两种可能的偶合而引起的。正氢中两个核的自旋是平行的，仲氢中两个核的自旋则是反平行的。仲氢分子的磁矩为零，正氢分子的磁矩为质子磁矩的两倍。仲氢与正氢的化学性质完全相同，而物理性质有所差异，表现为仲氢的基态能量比正氢低。在室温或高于室温时，正、仲氢的平衡组成为75:25，称为标准氢（n-H2）或正常氢。低于常温时，正仲氢的平衡组成将发生变化，仲氢所占的百分比增加。气态氢的正仲态转化在存在催化剂的情况下才能发生，而液氢则在没有催化剂的情况下自会自发地发生正仲转化，由正氢转化为仲氢。液氢的正仲转化是一放热反应，转化过程中放出的热量和转化时的温度有关。为减少正仲氢转化放热造成的液氢蒸发损失，所有液氢产品中要求仲氢含量至少在95%以上，即要求液化时将正氢基本上都催化转化为仲氢。

在实际使用过程中，仲氢含量在95%以上的液氢，虽然很大程度上减少了正仲氢转化放热造成的液氢蒸发损失，但是受外部温度等其他因素的影响，存储于液氢储罐中的液氢不可避免会有部分气化成低温气态氢。如若将气化后的低温气态氢直接释放于外部环境中，不仅浪费能量，而且还会存在安全隐患，而直接燃烧掉该低温气态氢，也是一种能量浪费现象。

本发明所需解决的技术问题是：提供一种为氢气液化提供冷量的氢气液化预冷装置，该装置能很好地回收利用从液氢储罐中气化的低温气态氢，既能避免直接释放低温气态氢带来的安全隐患及能源浪费，还能为氢气液化提供冷量，同时结合液氮预冷装置，降低氢气液化所需能耗，降低成本。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的氢气液化预冷装置包括：液氢储罐、液氮预冷装置、氢气液化冷箱、液氮液化冷箱、第一压缩机组和第二压缩机组。

所述氢气液化冷箱包括：热交换器A和第一反应器；在热交换器A中设置有第一液氮通道、循环氢气通道A、第一循环氢气返回通道A、第二循环氢气返回通道A，所述的第一液氮通道、循环氢气通道A、第一循环氢气返回通道A和第二循环氢气返回通道A相互独立；在第一反应器中设置有第二液氮通道和第一循环氢气通道，所述的第二液氮通道和第一循环氢气通道相互独立。