[发明专利]一种联合生产绿氢绿氧及冷能利用方法

说明书

本发明涉及氢能和节能减排领域，具体公开了一种联合生产绿氢绿氧及冷能利用方法，利用光伏/风力发电产生的绿电制取高压氢气、高压氧气，通过储能装置保证在光伏/风力发电装置工作间歇期，保证电解水制氢装置的连续运行；通过高压液氢泵、高压液氧泵替代氢气压缩机、氧气压缩机向下游连续稳定供应高压氢气、高压氧气。同时，利用氮气作为循环工质，常温氮气作为液氢、液氧气化的热源，液氢气化时提供‑250℃温位的高品质冷能，液氧气化时提供‑186℃温位的高品质冷能，氮气回收冷量变成液氮，再作为氢气、氧气液化的冷源；采用氮气外液化系统补充系统冷损。

技术领域

本发明属于氢能和节能减排领域，具体涉及一种同时生产高压氢气、高压氧气的工艺系统及冷能利用方法。

背景技术

合成气(CO+H₂)是现代煤化工产品的上游原料气，而合成气制备过程中在变换装置副产大量的CO₂，最终排放到环境中；通过采用风光互补的绿电作能源，通过电解水制氢装置生产绿氢可以大规模的替代传统合成气中的灰氢，同时副产的氧气可以替代空分装置生产的氧气；高压液氢泵、高压液氧泵替代大型氢压机、氧压机也提高了生产运行的安全性，这对于大型煤化工企业工厂的节能减排、安全生产具有很强的现实意义。

现有专利技术中，尚未有以光伏发电、储能装置和电解水制氢生产的绿氢、绿氧为原料、利用冷能耦合联合生产高压氢气、高压氧气的工艺系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种联合生产绿氢绿氧及冷能利用方法。该绿氢绿氧联产方法既有效的克服了大规模光伏发电供氢的不连续性问题，又实现了氢气、氧气液化与液氢、液氧气化的能量耦合，采用氮气作为循环工质安全可靠，同时高压液氢泵、高压液氧泵替代大型氢压机、氧压机也提高了生产运行的安全性，是一种高效零碳的高压氢气、氧气制备方法。

一种联合生产绿氢绿氧及冷能利用方法，包括如下步骤：

步骤一、光伏发电装置以光伏发电、风电装置以风力发电提供的可再生电源作为动力，通过电解水制氢装置生产氢气、氧气，富裕的可再生电源存储在储能装置内，作为光伏发电、风电装置间歇期的备用电源；

步骤二、通过电解水制氢装置生产的氢气通过氢气液化装置将氢气从常温降至-250℃后，以液态形式储存到液氢贮槽中；在液氢生产过程中采用液氮预冷，将氢气预冷至-191℃；

步骤三、液氢贮槽中的液氢经高压液氢泵加压至3.5～8.5MPaG，采用氮气作热源将液氢气化至常温，然后送入高压氢气管网；液氢气化过程中，通过氮气回收-250℃温位的冷能；

步骤四、通过电解水制氢装置生产的氧气经过氧气纯化单元纯化后，通过氧气液化器将氧气从常温降至-186℃后，以液态形式储存到液氧贮槽中；在液氧生产过程中采用液氮作冷源，将氧气冷却至-186℃后液化；

步骤五、液氧贮槽中的液氧经高压液氧泵加压至4.0～8.5MPaG，采用氮气作热源将液氧气化至常温，然后送入高压氧气管网；液氧气化过程中，通过氮气回收-186℃温位的冷能；

步骤六、氮气经液氧气化器降温后送至氮气外液化系统进一步冷却液化，来自氢气预冷器的氮气也经液氢气化器冷却液化，两股液氮送入液氮贮槽，再经液氮循环泵加压后分别送至氢气预冷器和氧气液化器。

进一步地，电解水制氢装置是以可再生电源作为能源将水分离成氢气和氧气。

进一步地，储能装置配有锂离子储能电池、铅酸蓄电池、全钒流储电池或其它形式电池储能，将光照充裕期的富余电能储存起来，作为光照低谷期的补充电源。

进一步地，将氢气从常温降至-250℃后，以液态形式进行加压，用高压液氢泵替代高压氢气压缩机，是一种安全的、可实现大规模供应高压氢气的方式。

进一步地，液氢气化过程中，通过氮气气化液氢，回收-250℃温位的冷能，为氢气液化提供-193℃的冷量。