[发明专利]一种氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统及方法

权利要求书

1.一种氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统，其特征在于：该氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统包括：

换热单元，所述换热单元包括第一换热器（E01）、第二换热器（E02）、第三换热器（E03）、第四换热器（E04）和第五换热器（E05），每个换热器均具有原料氢气通道和氦气通道，其中第一换热器（E01）还具有冷剂循环通道；

低温吸附单元，所述低温吸附单元包括多个并联设置的低温分子筛吸附器；

正仲氢转换单元，所述正仲氢转换单元包括第一正仲氢转换器（MS02）、第二正仲氢转换器（MS03）和第三正仲氢转换器（MS04）；

氦气压缩单元，所述氦气压缩单元包括串联设置的一级氦气压缩机（C011）和二级氦气压缩机（C012）；

氦气膨胀单元，所述氦气膨胀单元包括第一氦气膨胀机（EX01）、第二氦气膨胀机（EX02）和第三氦气膨胀机（EX03）；

冷剂循环处理单元，所述冷剂循环处理单元包括一级冷剂压缩机（C021）、二级冷剂压缩机（C022）、液相冷剂分离器（V02）、气相冷剂分离器（V03）、级间冷剂分离器（V04）和末级冷剂分离器（V05）；

第一管路，用于连接第一换热器（E01）的原料氢气通道、低温吸附单元、第二换热器（E02）的原料氢气通道、第三换热器（E03）的原料氢气通道、第一正仲氢转换器（MS02）、第四换热器（E04）的原料氢气通道、第二正仲氢转换器（MS03）、第五换热器（E05）的原料氢气通道和第三正仲氢转换器（MS04）至液氢储罐（V01）；

第二管路，用于连接氦气压缩单元、第一换热器（E01）的氦气通道、第二换热器（E02）的氦气通道、第一氦气膨胀机（EX01）、第三换热器（E03）的氦气通道和第二氦气膨胀机（EX02）；所述第二管路在第二换热器（E02）和第三换热器（E03）之间设有第二分支管路，所述第二分支管路用于连接第三换热器（E03）的氦气通道、第四换热器（E04）的氦气通道、第三氦气膨胀机（EX03）、第五换热器（E05）的氦气通道和氦气压缩单元；

第三管路，用于连接冷剂循环处理单元和第一换热器（E01）的冷剂循环通道；

其中，所述第一管路包括第一管道（01）、第二管道（02）、第三管道（03）、第四管道（04）、第五管道（05）、第六管道（06）、第七管道（07）、第八管道（08）、第九管道（09）、第十管道（10）、第十一管道（11）、第十二管道（12）、第十三管道（13）、第十四管道（14）和第三节流阀（V3）；第一管道（01）用于将净化后的原料氢气输入至第一换热器（E01）的原料氢气通道，第一换热器（E01）的原料氢气通道通过第二管道（02）连接低温吸附单元后，通过第三管道（03）和第四管道（04）依次连接第二换热器（E02）的原料氢气通道和第三换热器（E03）的原料氢气通道，然后通过第五管道（05）连接第一正仲氢转换器（MS02）后通过第六管道（06）返回第三换热器（E03），再通过第七管道（07）连接第四换热器（E04）的原料氢气通道，之后通过第八管道（08）连接第二正仲氢转换器（MS03）后通过第九管道（09）返回第四换热器（E04），又通过第十管道（10）、第三节流阀（V3）和第十一管道（11）连接第五换热器（E05）的原料氢气通道，通过第十二管道（12）连接第三正仲氢转换器（MS04）后通过第十三管道（13）返回第五换热器（E05），最后通过第十四管道（14）连接液氢储罐（V01）；

所述第二管路包括第二十三管道（23）、第二十四管道（24）、第二十五管道（25）、第二十六管道（26）、第二十七管道（27）、第二十八管道（28）、第二十九管道（29）、第三十管道（30）、第三十一管道（31）、第三十二管道（32）、第三十三管道（33）、第三十四管道（34）和第三十五管道（35）；一级氦气压缩机（C011）的出口通过第二十三管道（23）、第二十四管道（24）、第二十五管道（25）、第二十六管道（26）、第二十七管道（27）、第二十八管道（28）、第二十九管道（29）、第三十管道（30）和第三十一管道（31）依次连接二级氦气压缩机（C012）、第一换热器（E01）的氦气通道、第二换热器（E02）的氦气通道、第一氦气膨胀机（EX01）、第三换热器（E03）的氦气通道和第二氦气膨胀机（EX02）的入口，第二氦气膨胀机（EX02）的出口通过第三十二管道（32）、第三十三管道（33）、第三十四管道（34）和第三十五管道（35）依次连接第三换热器（E03）的氦气通道、第二换热器（E02）的氦气通道、第一换热器（E01）的氦气通道和一级氦气压缩机（C011）的入口。