[发明专利]一种用于大规模制备液氢的方法与系统

权利要求书

1.一种用于大规模制备液氢的方法，其特征在于，该方法包括：

原料氢气进入主换热器的换热通道，经预冷后在主换热器中部抽出并进行吸附净化，之后从所述主换热器的中上部进入所述换热通道进行液化及过冷，最终输出液氢；

所述主换热器所使用的混合冷剂包括常规冷剂组分和超低温冷剂组分，所述常规冷剂组分包括C1-C5的烷烃、氮气、氩气和卤代烃中的一种或两种以上的组合；所述超低温冷剂组分包括氢气、氦气和氖气中的一种或两种以上的组合；

所述主换热器的冷剂循环过程包括：

从所述主换热器复热出来的冷剂混合后为所述混合冷剂，所述混合冷剂经压缩冷却后进行第一气液分离，分离出的第一液相冷剂和第一气相冷剂分别进入所述主换热器进行冷却降温，之后在所述主换热器中上部抽出；所述第一液相冷剂经冷却降温抽出后经节流减压后返回所述主换热器为其提供冷量；所述第一气相冷剂经冷却降温抽出后经第二气液分离，得到第二液相冷剂和第二气相冷剂；所述第二液相冷剂经节流减压后返回所述主换热器为其提供冷量；所述第二气相冷剂经所述主换热器复热后进行膜分离，得到所述常规冷剂组分和超低温冷剂组分；

所述常规冷剂组分进入所述主换热器降温后，在所述主换热器中部抽出，经膨胀降温后返回所述主换热器为其提供冷量；所述超低温冷剂组分经吸附净化后进入所述主换热器进行冷却降温，之后在所述主换热器中下部抽出，经膨胀降温后返回所述主换热器为其提供冷量，对经低温吸附器吸附净化的原料氢气进行液化及过冷；

所述混合冷剂的压缩冷却过程包括：所述混合冷剂送至冷剂压缩机，冷剂压缩机第一段抽出的物流经第一段冷却器冷却后进行第三气液分离得到第三气相冷剂和第三液相冷剂；所述第三气相冷剂返回冷剂压缩机的第二段入口，经增压后送至第二段冷却器冷却后进行所述第一气液分离；所述第三液相冷剂进入所述主换热器进行冷却降温，之后在所述主换热器中上部抽出，经节流减压后返回所述主换热器为其提供冷量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超低温冷剂组分的膨胀降温过程采用三级或多级布雷顿循环，逐级引出部分超低温冷剂进行膨胀制冷，对低温净化后的原料氢气进行液化及过冷。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述超低温冷剂组分的膨胀降温过程采用三级布雷顿循环，在-210°C至-255°C温度区间内分别设置5个膨胀机，同时设置旁通阀门。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二液相冷剂经节流减压后返回所述主换热器的温度为-120°C至-190°C左右。

5.一种用于大规模制备液氢的系统，用以实现权利要求1-4任一项所述方法。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，该系统包括主换热器、原料氢气管线、液氢管线、氢气低温吸附器和冷剂循环单元；

所述主换热器包括换热通道；所述原料氢气管线用以输送所述原料氢气进入主换热器的换热通道；所述氢气低温吸附器用以对所述原料氢气进行吸附净化；所述液氢管线用以输出液氢；

所述冷剂循环单元用以完成所述冷剂循环过程。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述冷剂循环单元包括冷剂混合罐、冷剂压缩机、压缩机冷却器、冷剂分离罐、膜分离组件、超低温冷剂低温吸附器；

所述冷剂混合罐用以对从所述主换热器复热出来的冷剂进行混合；

所述冷剂压缩机用以对所述混合冷剂进行压缩，所述压缩机冷却器用以对压缩后的混合冷剂进行冷却；所述冷剂分离罐用以进行所述第一气液分离和第二气液分离；所述膜分离组件用以进行膜分离得到所述常规冷剂组分和超低温冷剂组分；所述超低温冷剂低温吸附器用以对所述超低温冷剂组分进行吸附净化。