[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

说明书

本发明提供一种氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统及方法。一种氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统，包括：换热单元；低温吸附单元；正仲氢转换单元；氦气压缩单元；氦气膨胀单元；冷剂循环处理单元；第一管路；第二管路，用于连接氦气压缩单元、第一换热器的氦气通道、第二换热器的氦气通道、第一氦气膨胀机、第三换热器的氦气通道和第二氦气膨胀机；所述第二管路在第二换热器和第三换热器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的氦气通道、第四换热器的氦气通道、第三氦气膨胀机、第五换热器的氦气通道和氦气压缩单元；第三管路。本发明不仅工艺流程简单、调节灵活、运行可靠且维护方便。

技术领域

本发明涉及一种氢气液化系统及方法，具体涉及一种氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统及方法，属于气体低温液化技术领域。

背景技术

气候变化已成为人类面临的全球性问题，在世界各国以全球协约的方式减少温室气体排放的背景下，零碳排放特点的氢能源成为现代能源发展的一个新趋势，氢能源取代化石能源成为全球能源转型的重大战略方向。

目前，氢的储存形式主要有两种：高压气态和低温液态。高压气态存储是目前最为普遍和直接的储存方式，但钢瓶储量小，且由于压力高使得钢瓶厚重，运输成本非常高。低温液态存储是将氢气冷却到-250℃以下，使其变为液态，存储在低温真空罐中。常压液态氢的密度为气态氢的845倍，相较于气态高压氢，低温液态氢的储运成本大大降低，将成为大规模氢气运输的主要手段。但是，氢气的临界温度和液化温度都很低，需要将氢气冷却到一定温度以下，再节流膨胀产生冷效应，这一特性使氢气的液化过程产生了一定的难度。现有的氢气液化方法主要有液氮预冷的氢气膨胀制冷循环以及液氮预冷的氦气膨胀制冷循环等，存在能耗较高、设备运行工序繁琐、维护操作复杂以及维护成本较高的缺点。

发明内容

基于以上背景，本发明的目的在于提供一种氦膨胀联合混合冷剂制冷的氢气液化系统及方法，工艺流程简单、调节灵活、运行可靠且维护方便，解决背景技术中所述的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种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、第二换热器、第三换热器、第四换热器和第五换热器，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、第二正仲氢转换器和第三正仲氢转换器；

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和二级氦气压缩机；

氦气膨胀单元，所述氦气膨胀单元包括第一氦气膨胀机、第二氦气膨胀机和第三氦气膨胀机；

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、二级冷剂压缩机、液相冷剂分离器、气相冷剂分离器、级间冷剂分离器和末级冷剂分离器；

第一管路，用于连接第一换热器的原料氢气通道、低温吸附单元、第二换热器的原料氢气通道、第三换热器的原料氢气通道、第一正仲氢转换器、第四换热器的原料氢气通道、第二正仲氢转换器、第五换热器的原料氢气通道和第三正仲氢转换器至液氢储罐；

第二管路，用于连接氦气压缩单元、第一换热器的氦气通道、第二换热器的氦气通道、第一氦气膨胀机、第三换热器的氦气通道和第二氦气膨胀机；所述第二管路在第二换热器和第三换热器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的氦气通道、第四换热器的氦气通道、第三氦气膨胀机、第五换热器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的冷剂循环通道。