[发明专利]一种利用低温含氢混合气制取液氢的装置及使用方法

说明书

一种利用低温含氢混合气制取液氢的装置及使用方法，利用来自烷烃脱氢装置、氢气/一氧化碳深冷分离装置、低温液氮洗装置等低温含氢混合气，直接提纯并液化得到高纯度的液氢产品，低温含氢混合气经过低温吸附脱除氢气中的杂质后，进入多级换热器，与低温氦气、液氮换热，实现氢气的逐级冷却最后获得液氢产品。本发明采用低温吸附提纯工艺，较常温吸附具有高吸附容量、低损耗、低能耗的特点。本发明解决了含氢混合气液化工艺复杂以及能耗高问题，具有节能、收率高、投资小、易于调节等优点。

技术领域

本发明涉及一种利用低温含氢混合气制取液氢的装置及使用方法，属于氢能源领域。

背景技术

氢能源作为一种新型能源，其具有热值高、绿色无污染等优点。但是目前高压氢气运输的高昂成本和较小输送能力成为氢能大规模应用的一大瓶颈。氢能的大规模应用要需要解决制取、储运和应用等一系列问题，而储运则是氢能应用的关键环节，氢储运主要还是高压氢气和液氢两种方式。采用液氢储运，拥有以下几点优势：（1）液氢储运综合成本更低；（2）液氢储运运量更大；（3）液氢产品纯度更高；（4）液氢加氢充装效率高和成本低。

氢液化装置是液氢生产的主要设备，用于将氢气制冷液化为液体，并进行正仲氢转化，是航空航天、氢能储运等高技术产业的核心技术设备。我国曾自主研发过采用压缩节流的林德-汉普逊循环的氢液化器，但此种液化器采用氢作为制冷工质，运行压力高，安全性较差。本发明采用低温吸附提纯工艺，较常温吸附具有高吸附容量、低损耗、低能耗的特点，解决了含氢混合气液化工艺复杂以及能耗高问题，并且以氦气作为循环制冷介质，具有节能、安全、收率高、投资小、易于调节等优点。

发明内容

本发明提供了一种利用低温含氢混合气制取液氢的装置及使用方法，主要处理来自烷烃脱氢装置、氢气/一氧化碳深冷分离装置、低温液氮洗装置等的低温含氢混合气，提纯氢气同时液化产出液氢。本发明能够得到高纯度液氢产品，同时解决了低温含氢混合气提纯氢气工艺复杂以及能耗高问题，具有节能、收率高、投资小、易于调节等特点。

本发明通过以下技术手段实现了低温含氢混合气液化制取液氢：一种利用低温含氢混合气制取液氢的装置，该装置包括真空冷箱，所述真空冷箱内设置有第一低温吸附器、第二低温吸附器、第一级换热器、第二级换热器、第三级换热器、第四级换热器、一级膨胀机、二级膨胀机，相互之间通过阀门和连接管道连接，其中第二级换热器、第三级换热器、第四级换热器内设置有正仲氢催化剂，在真空冷箱外设置有氦压缩机组和液氢储罐。

作为优选：所述阀门包括低温吸附器调阀组、液氢节流阀、增压氦阀、一级膨胀机入口阀、一级膨胀机出口阀、二级膨胀机进口阀、二级膨胀机出口阀、循环氦阀、液氮阀，所述管道包括第一氢混合气管、第二纯氢气管、第三纯氢气管、第四纯氢气管、第五液氢管、第六液氮管、第七液氮管、第八氮气管、第九增压氦管、第十增压氦管、第十一增压氦管、第十二增压氦管、第十三增压氦管、第十四循环氦管、第十五循环氦管、第十六循环氦管、第十七循环氦管、第十八循环氦管，所述第一氢混合气管是低温含氢原料气进口管道，第一氢混合气管分别与第一低温吸附器和第二低温吸附器连接，第一低温吸附器和第二低温吸附器分别通过第二纯氢气管与第二级换热器的氢气通道连接，第二级换热器氢气通道通过第三纯氢气管与第三级换热器氢气通道连接，第三级换热器氢气通道通过第四纯氢气管与第四级换热器氢气通道连接，第四级换热器氢气通道通过第五液氢管与液氢储罐连接，第五液氢管上设置液氢节流阀。