[发明专利]一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统

说明书

本发明提供一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统，包含：预冷单元，氢液化单元，循环单元；预冷单元包含第一换热器；氢液化单元包含第二换热器、气液分离器，过冷器；气液分离器与过冷器形成第一、第二返流流股；循环单元包含至少1台压缩机组和若干膨胀机，其选用气体轴承膨胀机，气源为氢气，由压缩机组提供；膨胀机均包含压缩端，其利用膨胀机的膨胀功给气体加压；第一返流流股从第二换热器流经膨胀机的压缩端后，通向压缩机组，并形成循环氢气流股。本发明利用氢膨胀冷却为氢气提供冷量，并且再用气氢去回收膨胀过程中产生的轴功对气氢进行压缩，在回收压缩功的同时还减少了系统的压缩机的用量及体积，可以减少5%‑10%的压缩能耗。

技术领域

本发明属于液氢运输领域，尤其涉及一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统。

背景技术

氢的化学能是通过氢气和氧气反应所产生的能量，不依赖于化石燃料，主要以化合态形式存在，是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，是未来国家能源体系的重要组成部分，能够帮助可再生能源大规模消纳，实现电网大规模调峰和跨季节、跨地域储能，加速推进工业、建筑、交通等领域的低碳化。

目前，氢储存方式主要有高压气态储存和低温液态储存这两种方式，高压气态储存是最普遍和最直接的储氢方式，但是该方式的氢储存量小，且需要厚重的耐压储罐，运输成本非常高。而低温液态储存技术目前还不成熟，一直以来，许多研究者围绕着提高氢的液化效率和降低液化费用开展了大量的理论和实验研究。

而在液氢运输船上，由于液氢本身极易蒸发，因此也需要通过氢液化技术，对液氢进行补充。由于目前氢液化技术存在的主要问题仍然是液化效率低、投资大、能耗高。因此，提升液化效率和能量利用效率是一个亟待解决的问题。

氢液化普遍包含膨胀步骤，目前来看，在氢液化系统中，涉及膨胀功回收的系统非常少。而且膨胀机大多使用油轴承，回收膨胀功时会污染返流氢气，若返流氢气中含油过多，则油可能在循环氢气中凝固，导致堵塞换热器通道。如果需要把油除去，会增加系统运行成本，不够经济。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统，以降低氢液化过程中的能耗，提升氢液化效率，并且消除回收膨胀功时对氢气产生的污染。

本发明提供了一种回收膨胀功的液氢运输船再液化系统，包含：预冷单元，氢液化单元，循环单元；

所述预冷单元包含第一换热器，用于给原料氢流股预冷；

所述氢液化单元包含第二换热器、气液分离器；所述原料氢流股离开所述预冷单元，经过所述第二换热器形成气液两相后，到达所述气液分离器，其中气相记为第一返流流股，作为冷流股回流到第二换热器；而液相通往产品收集容器；

所述循环单元包含至少1台压缩机组和若干膨胀机；所述膨胀机均包含压缩端，其利用所述膨胀机的膨胀功给气体加压；所述膨胀机选用气体轴承膨胀机；轴承气为氢气，由所述压缩机组或所述膨胀机压缩端的氢气分出一股提供；所述轴承气在进入轴承前，先通过一减压阀减压至0.6~0.8MPa；所述膨胀机包含第一膨胀机和第二膨胀机，所述第一、第二膨胀机数量均为0~4台；所述第一返流流股从所述第二换热器流经所述第一膨胀机的压缩端后，及所述第二返流流股从所述第二换热器流经所述第二膨胀机的压缩端后，均通向所述压缩机组且合并，合并后的流股记为循环氢气流股；

所述循环氢气流股通过所述第一换热器预冷后分为膨胀流股和补充流股，所述补充流股经过所述第二换热器后，到达所述气液分离器；

所述膨胀流股经过所述第二换热器、以及所述膨胀机的膨胀端降温降压后，又作为冷流股依次流向所述第二换热器、第一换热器，最终回到所述压缩机组且并入所述循环氢气流股。