一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)，包含：預(yù)冷單元，氫液化單元，循環(huán)單元；預(yù)冷單元包含第一換熱器；氫液化單元包含第二換熱器、氣液分離器，過(guò)冷器；氣液分離器與過(guò)冷器形成第一、第二返流流股；循環(huán)單元包含至少1臺(tái)壓縮機(jī)組和若干膨脹機(jī)，其選用氣體軸承膨脹機(jī)，氣源為氫氣，由壓縮機(jī)組提供；膨脹機(jī)均包含壓縮端，其利用膨脹機(jī)的膨脹功給氣體加壓；第一返流流股從第二換熱器流經(jīng)膨脹機(jī)的壓縮端后，通向壓縮機(jī)組，并形成循環(huán)氫氣流股。本發(fā)明專利技術(shù)利用氫膨脹冷卻為氫氣提供冷量，并且再用氣氫去回收膨脹過(guò)程中產(chǎn)生的軸功對(duì)氣氫進(jìn)行壓縮，在回收壓縮功的同時(shí)還減少了系統(tǒng)的壓縮機(jī)的用量及體積，可以減少5%

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)


[0001]本專利技術(shù)屬于液氫運(yùn)輸領(lǐng)域，尤其涉及一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)。

技術(shù)介紹

[0002]氫的化學(xué)能是通過(guò)氫氣和氧氣反應(yīng)所產(chǎn)生的能量，不依賴于化石燃料，主要以化合態(tài)形式存在，是一種來(lái)源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分，能夠幫助可再生能源大規(guī)模消納，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大規(guī)模調(diào)峰和跨季節(jié)、跨地域儲(chǔ)能，加速推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域的低碳化。
[0003]目前，氫儲(chǔ)存方式主要有高壓氣態(tài)儲(chǔ)存和低溫液態(tài)儲(chǔ)存這兩種方式，高壓氣態(tài)儲(chǔ)存是最普遍和最直接的儲(chǔ)氫方式，但是該方式的氫儲(chǔ)存量小，且需要厚重的耐壓儲(chǔ)罐，運(yùn)輸成本非常高。而低溫液態(tài)儲(chǔ)存技術(shù)目前還不成熟，一直以來(lái)，許多研究者圍繞著提高氫的液化效率和降低液化費(fèi)用開(kāi)展了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究。
[0004]而在液氫運(yùn)輸船上，由于液氫本身極易蒸發(fā)，因此也需要通過(guò)氫液化技術(shù)，對(duì)液氫進(jìn)行補(bǔ)充。由于目前氫液化技術(shù)存在的主要問(wèn)題仍然是液化效率低、投資大、能耗高。因此，提升液化效率和能量利用效率是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
[0005]氫液化普遍包含膨脹步驟，目前來(lái)看，在氫液化系統(tǒng)中，涉及膨脹功回收的系統(tǒng)非常少。而且膨脹機(jī)大多使用油軸承，回收膨脹功時(shí)會(huì)污染返流氫氣，若返流氫氣中含油過(guò)多，則油可能在循環(huán)氫氣中凝固，導(dǎo)致堵塞換熱器通道。如果需要把油除去，會(huì)增加系統(tǒng)運(yùn)行成本，不夠經(jīng)濟(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)，以降低氫液化過(guò)程中的能耗，提升氫液化效率，并且消除回收膨脹功時(shí)對(duì)氫氣產(chǎn)生的污染。
[0007]本專利技術(shù)提供了一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)，包含：預(yù)冷單元，氫液化單元，循環(huán)單元；所述預(yù)冷單元包含第一換熱器，用于給原料氫流股預(yù)冷；所述氫液化單元包含第二換熱器、氣液分離器；所述原料氫流股離開(kāi)所述預(yù)冷單元，經(jīng)過(guò)所述第二換熱器形成氣液兩相后，到達(dá)所述氣液分離器，其中氣相記為第一返流流股，作為冷流股回流到第二換熱器；而液相通往產(chǎn)品收集容器；所述循環(huán)單元包含至少1臺(tái)壓縮機(jī)組和若干膨脹機(jī)；所述膨脹機(jī)均包含壓縮端，其利用所述膨脹機(jī)的膨脹功給氣體加壓；所述膨脹機(jī)選用氣體軸承膨脹機(jī)；軸承氣為氫氣，由所述壓縮機(jī)組或所述膨脹機(jī)壓縮端的氫氣分出一股提供；所述軸承氣在進(jìn)入軸承前，先通過(guò)一減壓閥減壓至0.6~0.8MPa；所述膨脹機(jī)包含第一膨脹機(jī)和第二膨脹機(jī)，所述第一、第二膨脹機(jī)數(shù)量均為0~4臺(tái)；所述第一返流流股從所述第二換熱器流經(jīng)所述第一膨脹機(jī)的壓縮端后，及所述第二返流流股從所述第二換熱器流經(jīng)所述第二膨脹機(jī)的壓縮端后，均通向所述壓縮機(jī)組且合并，合并后的流股記為循環(huán)氫氣流股；
所述循環(huán)氫氣流股通過(guò)所述第一換熱器預(yù)冷后分為膨脹流股和補(bǔ)充流股，所述補(bǔ)充流股經(jīng)過(guò)所述第二換熱器后，到達(dá)所述氣液分離器；所述膨脹流股經(jīng)過(guò)所述第二換熱器、以及所述膨脹機(jī)的膨脹端降溫降壓后，又作為冷流股依次流向所述第二換熱器、第一換熱器，最終回到所述壓縮機(jī)組且并入所述循環(huán)氫氣流股。
[0008]較佳地，所述氫液化單元還設(shè)有第一J
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T閥、第二J
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T閥；若干所述原料氫流股經(jīng)過(guò)所述第二換熱器后，還經(jīng)過(guò)所述第一J
?
T閥降溫降壓，形成氣液兩相；所述補(bǔ)充流股，經(jīng)過(guò)所述第二換熱器后，還經(jīng)過(guò)所述第二J
?
T閥降溫降壓，形成氣液兩相。
[0009]較佳地，所述第二換熱器的原料氫通道內(nèi)設(shè)有正仲氫催化劑，所述正仲氫催化劑用于對(duì)所述原料氫進(jìn)行連續(xù)的正仲轉(zhuǎn)化。
[0010]較佳地，所述第二返流流股從第二換熱器流出后，作為冷流股經(jīng)過(guò)所述第一換熱器，再依次流經(jīng)所述第二膨脹機(jī)的壓縮端。
[0011]較佳地，所述壓縮機(jī)組僅包含一臺(tái)壓縮機(jī)組，所述第二返流流股、第一返流流股、膨脹流股匯合形成所述循環(huán)氫氣流股后，再進(jìn)入所述壓縮機(jī)組壓縮。
[0012]較佳地，所述第一返流流股從第二換熱器流出后，作為冷流股經(jīng)過(guò)所述第一換熱器后，再依次流經(jīng)所述第一膨脹機(jī)的壓縮端。
[0013]較佳地，所述膨脹流股交替經(jīng)過(guò)所述第二換熱器和膨脹機(jī)。
[0014]較佳地，所述預(yù)冷單元還包含第一凈化器和正仲氫轉(zhuǎn)化器；原料氫流股經(jīng)過(guò)所述第一換熱器預(yù)冷；然后依次經(jīng)過(guò)所述第一凈化器和正仲氫轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)化到正仲氫含量處于平衡態(tài)后，再次經(jīng)過(guò)第一換熱器，冷卻至冷劑設(shè)計(jì)溫區(qū)。
[0015]進(jìn)一步地，還設(shè)有第二凈化器，所述循環(huán)氫氣流股通過(guò)所述第二凈化器除去雜質(zhì)，所述第一凈化器和第二凈化器用于吸附雜質(zhì)氣體。
[0016]較佳地，所述循環(huán)單元還包含第三換熱器，用于給壓縮機(jī)內(nèi)的氣體降溫。
[0017]較佳地，所述膨脹機(jī)的數(shù)量為2
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5臺(tái)。
[0018]較佳地，所述氫液化系統(tǒng)包含控制裝置，所述第一換熱器、第二換熱器、正仲氫轉(zhuǎn)化器中均分別設(shè)置有溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器并且與所述控制裝置相連接。
[0019]較佳地，所述正仲氫催化劑選用金屬催化劑或磁性催化劑，所述金屬催化劑為鐵、鉑、鎳、鈀中的一種。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供的回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)的有益效果包含：（1）本專利技術(shù)利用氫膨脹冷卻為氫氣提供冷量，并且再用氣氫去回收膨脹過(guò)程中產(chǎn)生的膨脹功對(duì)氣氫進(jìn)行壓縮，在回收膨脹功的同時(shí)還減少了系統(tǒng)的壓縮機(jī)的用量及體積，在使用本系統(tǒng)之后可以減少5%
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10%的壓縮能耗。
[0021]（2）本專利技術(shù)使用氣體軸承膨脹機(jī)，軸承氣為氫氣，相比起油軸承，膨脹功回收過(guò)程避免了氫液化系統(tǒng)受到污染，也無(wú)需承擔(dān)除油所需的成本。
[0022]（3）本專利技術(shù)通過(guò)設(shè)置過(guò)冷器，減少了液氫的閃蒸，使液氫蒸發(fā)損失小，安全隱患小。
[0023]（4）理想情況下，通過(guò)對(duì)膨脹機(jī)參數(shù)的設(shè)計(jì)，所述第一返流流股和第二返流流股離開(kāi)所述膨脹機(jī)的壓縮端后，其壓力均與離開(kāi)第一換熱器的膨脹流股相同。此時(shí)只需要一臺(tái)壓縮機(jī)組來(lái)加壓。減少了壓縮機(jī)數(shù)量，節(jié)約用地約20%，節(jié)約了系統(tǒng)的成本。
[0024]（5）所述第二返流流股和第一返流流股從第二換熱器流出后，作為冷流股經(jīng)過(guò)所述第一換熱器后，再依次流經(jīng)所述膨脹機(jī)的壓縮端，充分利用了這兩個(gè)流股的冷能，減少冷量浪費(fèi)。
[0025]（6）本專利技術(shù)可用于液氫運(yùn)輸船的再液化，也可用于陸地上的氫液化過(guò)程。
附圖說(shuō)明
[0026]圖1是本專利技術(shù)提供的一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)理想設(shè)計(jì)情況下的示意圖；圖2是本專利技術(shù)提供的一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)情況下的示意圖。
[0027]附圖標(biāo)記：11
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第一凈化器；12
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正仲氫轉(zhuǎn)化器；13
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第一換熱器；14
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第二凈化器；21
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第二換熱器；22
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第一J
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T閥；23
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氣液分離器；24
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過(guò)冷本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)，其特征在于，包含：預(yù)冷單元，氫液化單元，循環(huán)單元；所述預(yù)冷單元包含第一換熱器，用于給原料氫流股預(yù)冷；所述氫液化單元包含第二換熱器、氣液分離器、過(guò)冷器；所述原料氫流股離開(kāi)所述預(yù)冷單元，經(jīng)過(guò)所述第二換熱器形成氣液兩相后，到達(dá)所述氣液分離器，其中氣相記為第一返流流股，作為冷流股回流到所述第二換熱器；而液相進(jìn)入過(guò)冷器冷卻到18K
±
5K后，分流為產(chǎn)品流股和第二返流流股；所述產(chǎn)品流股通往產(chǎn)品收集容器；所述第二返流流股節(jié)流降壓后，作為冷流股依次回流至所述過(guò)冷器和所述第二換熱器；所述循環(huán)單元包含至少1臺(tái)壓縮機(jī)組和若干膨脹機(jī)；所述膨脹機(jī)均包含壓縮端，其利用所述膨脹機(jī)的膨脹功給氣體加壓；所述膨脹機(jī)選用氣體軸承膨脹機(jī)；軸承氣為氫氣，由所述壓縮機(jī)組或所述膨脹機(jī)壓縮端的氫氣分出一股提供；所述軸承氣在進(jìn)入軸承前，先通過(guò)一減壓閥減壓至0.6~0.8MPa；所述膨脹機(jī)包含第一膨脹機(jī)和第二膨脹機(jī)，所述第一、第二膨脹機(jī)數(shù)量均為0~4臺(tái)；所述第一返流流股從所述第二換熱器流經(jīng)所述第一膨脹機(jī)的壓縮端后，及所述第二返流流股從所述第二換熱器流經(jīng)所述第二膨脹機(jī)的壓縮端后，均通向所述壓縮機(jī)組且合并，合并后的流股記為循環(huán)氫氣流股；所述循環(huán)氫氣流股通過(guò)所述第一換熱器預(yù)冷后分為膨脹流股和補(bǔ)充流股，所述補(bǔ)充流股經(jīng)過(guò)所述第二換熱器后，到達(dá)所述氣液分離器；所述膨脹流股經(jīng)過(guò)所述第二換熱器、以及所述膨脹機(jī)的膨脹端降溫降壓后，又作為冷流股依次流向所述第二換熱器、第一換熱器，最終回到所述壓縮機(jī)組且并入所述循環(huán)氫氣流股。2.如權(quán)利要求1所述的回收膨脹功的液氫運(yùn)輸船再液化系統(tǒng)，其特征在于，所述氫液化單元還設(shè)有第一J
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T閥、第二J
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T閥、第三J
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T閥，用于節(jié)流降壓；所述原料氫流股經(jīng)過(guò)所述第二換熱器后，還經(jīng)過(guò)所述第一J
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏穎，何煒，馮憲高，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中太海事技術(shù)上海有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：