[实用新型]基于双回路循环氢气制冷的氢气液化系统

说明书

本实用新型提供了一种基于双回路循环氢气制冷的氢气液化系统，氢气液化系统包括氢气液化单元以及循环氢气制冷剂制冷循环回路单元，氢气液化单元包括依次连接的原料氢气增压模块、液化冷箱模块、液化氢气储存模块，用于对原料氢气液化综合处理并储存；循环氢气制冷剂制冷循环回路单元包括循环氢气制冷剂压缩模块以及所述液化冷箱模块，用于冷却并液化所述原料氢气，本实用新型采用双回路循环氢制冷的氢液化结构，根据不同的温度区间提供相应的冷量，制冷剂的流量分配经过优化，在最小总流量下达到设计要求，性能好、能耗低、液化率高、产品液氢的纯度高、液氢蒸发损失小、安全性较高。

技术领域

本实用新型涉及化工与低温工程技术领域，具体地，涉及一种基于双回路循环氢气制冷的氢气液化系统。

背景技术

氢气作为一种优质的清洁能源已经在全世界范围内引起越来越多关注，有望成为主要的能源载体。氢气的利用需要解决氢的生产、储存、运输和应用等问题，其中氢能的长距离储存是关键。

高压缩氢、金属氢化物、氨、甲基环己烷、液态氢等都可以用于氢能的储存，但是目前只有液态氢可以满足质量、体积储氢密度和储氢温度的要求，因此液化氢气是实现长距离存储和运输大量氢气的一种经济高效的方法，可为各种应用提供低压、高能量密度的燃料，将在清洁能源产业链中发挥重要作用。

氢液化循环主要分为两大类：林德-汉普森液化循环和克劳德液化循环。这两个循环的主要区别在于膨胀过程：第一个膨胀过程是使用膨胀阀，第二个加入了膨胀机。另一方面，氢液化的基本循环还包括简单克劳德、卡皮查、双压克劳德、预冷林德-汉普森、预冷双压林德-汉普森、预冷简单克劳德、预冷双压克劳德、氦预冷克劳德和预冷混合制冷剂循环。氢液化过程中，预冷和制冷部分常用的制冷剂是氢、氦、氮以及不同成分的混合制冷剂。采用氢气制冷循环的优点包括不需要额外的制冷剂和相变制冷且效率更高，但是目前对于氢气制冷液化工艺流程的研究较少。因此，有必要对氢制冷循环进行更深入的研究。

专利文献CN108759301B公开了一种结合正仲氢转化的回收低温气态氢用于液化工艺中的氢气液化工艺，该工艺采用氢气作为制冷剂冷却液化氢，对液氢储罐中气化的低温气态氢进行回收利用，避免直接排放的能源浪费的同时为氢气液化提供冷量、降低能耗，但该设计在回收利用氢时未考虑制冷剂与气化氢的组分差异，结构设计不合理。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于双回路循环氢气制冷的氢气液化系统。

根据本实用新型提供的一种基于双回路循环氢气制冷的氢气液化系统，包括：

氢气液化单元，包括依次连接的原料氢气增压模块、液化冷箱模块、液化氢气储存模块，用于对原料氢气液化综合处理并储存；

循环氢气制冷剂制冷循环回路单元，包括循环氢气制冷剂压缩模块以及所述液化冷箱模块，用于冷却并液化所述原料氢气。

优选地，所述原料氢气增压模块包括依次相连的原料氢气第一级压缩机、原料氢气第一级冷却器、原料氢气第二级压缩机、原料氢气第二级冷却器。

优选地，所述液化冷箱模块包括第一级换热器、第二级换热器、第一级正仲氢转化器、第三级换热器、循环氢气分配器、第四级换热器、第五级换热器、第六级换热器、第一级氢节流装置、第七级换热器、第二级正仲氢转化器、第二级氢节流装置、第一级制冷剂节流装置、第二级制冷剂节流装置、制冷剂混合器以及第三级制冷剂节流装置；

从所述原料氢气增压模块输出的氢气经第一级换热器、第二级换热器、第一级正仲氢转化器后再通过第二级换热器、第三级换热器、第四级换热器、第五级换热器、第六级换热器、第一级氢节流装置、第七级换热器、第二级正仲氢转化器后再经第七级换热器、第二级氢节流装置后运送至液化氢气储存模块中储存。