[实用新型]一种生产液氢的装置

说明书

本实用新型涉及一种生产液氢装置，其包括氢气压缩机、制冷工质压缩机、第一级～第四级换热器、一级膨胀机和二级膨胀机以及用于连接上述设备的原料氢气管、增压氢气管、冷却氢气管、液氮管、增压制冷工质管、循环制冷工质管。与现有技术相比，本实用新型克服了氢气液化时高品位温度段需要氢气循环压缩机大量做功的缺点，实现了不同温度段，不同冷量的分配，降低了整个装置的能耗，装置运行平稳、可靠、效率高、能耗低，动力设备的工作介质均为单一介质，便于设备的维护，减少设备故障，运行控制易于实现全自动化。

技术领域

本实用新型涉及氢气液化领域，具体涉及一种使用氢气为原料生产液氢的装置。

背景技术

氢作为可从多种途径获取的理想能源载体。氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。氢能的储运是氢能应用的关键，液氢以其体积能量密度高的优点，将成为大规模运输氢的主要形式。

氢气经过压缩之后，深冷到～-250℃以下使之变为液氢，常压下液氢的密度为气态氢的845倍，液氢的质量密度和体积密度较高。将液氢存储到特制的绝热真空容器中放在卡车、机车、船舶或者飞机上运输。这样既能满足较大输氢量，又比较快速、经济的将液氢运送到目的地。

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。这一特性对氢气的液化过程会产生一定的困难。现有生产液氢工艺有三种液化循环，即节流氢液化循环、带膨胀机的氢液化循环和氦制冷氢液化循环。氦制冷氢液化循环是采用氦作为制冷工质，由氦制冷循环提供氢冷凝液化所需的冷量，该液化循环消除了处理高压氢的危险，运转安全可靠，但目前的氦制冷系统流程设备复杂、运行不稳定、能耗高，且不易进行日常维护。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的问题，提供一种使用氢气为原料生产液氢的装置，本实用新型所采用的装置流程简单、运行稳定、维护方便、能耗低。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种生产液氢的装置，其包括氢气压缩机、制冷工质压缩机、第一级～第四级换热器、一级膨胀机和二级膨胀机以及相应的连接管道，所述连接管道包括：

原料氢气管，用于将原料氢气输送至氢气压缩机；

增压氢气管，用于将氢气压缩机出口的增压氢气依次输送并通过第一级～第四级换热器；

冷却氢气管，用于将第四级换热器出口的冷却氢气经由膨胀降压装置后输送至后续容器；

液氮管，用于将液氮输送至第一级换热器以进行增压氢气的预冷；

增压制冷工质管，用于将制冷工质压缩机出口的增压制冷工质依次通过第一级～第三级换热器后输送至二级膨胀机；

循环制冷工质管，用于将二级膨胀机出口的循环制冷工质依次通过第四级～第一级换热器后输送至制冷工质压缩机；

其中，所述第二级换热器和第三级换热器之间的增压制冷工质管设置增压制冷工质旁路管，其用于将一部分增压制冷工质输送至一级膨胀机；一级膨胀机的出口设置循环制冷工质旁路管，其用于将膨胀制冷后的增压制冷工质汇合至第四级换热器出口的循环制冷工质管。

为了优化上述装置，本实用新型采取的技术措施还包括：

进一步地，所述后续容器为气液分离器，所述气液分离器的顶部设置未液化氢气管，所述气液分离器的底部设置液氢管，所述未液化氢气管连通至原料氢气管，所述液氢管连通至液氢贮槽。

或者，可选地，进一步地，所述后续容器为气液分离器，所述气液分离器的顶部设置未液化氢气管，所述气液分离器的底部设置液氢管；所述二级膨胀机与第四级换热器之间的循环制冷工质管上设置第五级换热器，所述未液化氢气管连通至第五级换热器以将未液化氢气进行液化并汇合至所述液氢管，所述液氢管连通至液氢贮槽。