一种处理蒸发气的液氢制备系统及方法与流程

本发明属于液氢制备，更具体地，涉及一种处理蒸发气的液氢制备系统及方法。

背景技术：

1、随着世界能源体系逐渐由花式能源转向清洁能源，氢能因其能量密度高、无污染的优势而受到广泛关注。在氢能技术发展过程中，供应链的建立是重要组成部分，氢能的储运技术对氢能大规模利用必不可少。相比于气氢，液氢能量密度高，存储压力小，具有极大的运输优势，因此发展液氢制备技术对氢能技术发展具有重大意义。

2、液氢技术的推广关键在于生产成本的降低，氢气在常压下为101.325kpa，沸点为-252.77℃，目前在液氢制备过程中流程末端会产生未液化原料氢气，同时产品液氢的储存设施，也将不可避免地产生再气化气，若不对这两部分气体(统称为蒸发气)进行处理，将带来巨大的能量浪费和安全风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种处理蒸发气的液氢制备系统及方法，该系统未液化氢气和再气化氢气(统称蒸发气)一同进入蒸发气增压处理单元，经增压后返回液氢制备流程，在进行液化，解决了巨大的能量浪费和安全风险问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种处理蒸发气的液氢制备系统，该系统包括：

3、沿气流方向依次设置的调压单元、预冷单元和制冷单元，所述调压单元的输入端设置有原料氢气入口；

4、分离单元，所述分离单元与所述制冷单元的输出端连接，用于将液氢与氢气分离；

5、存储单元，所述存储单元与所述分离单元连接，用于存储液氢；

6、蒸发气增压处理单元，所述蒸发气增压处理单元的输入端与所述分离单元和所述存储单元连接，所述蒸发器处理单元的输出端与所述制冷单元的流通管线连接，用于将所述存储单元中再气化氢气和所述分离单元中的未液化氢气增压后返回所述制冷单元中。

7、可选地，所述调压单元包括氢气压缩机和调压管路，所述调压管路的输出端与所述预冷单元连接，所述氢气压缩机设置在所述调压管路上。

8、可选地，所述预冷单元包括第一预冷冷箱、第二预冷冷箱和连通管路，所述连通管路的两端分别与所述调压单元和所述制冷单元连接，所述第一预冷冷箱和所述第二预冷冷箱沿气流方向依次连接在连通管路上，所述第一预冷冷箱和所述第二预冷冷箱分别用于装入第一预冷冷剂和第二预冷冷剂。

9、可选地，所述制冷单元包括：

10、制冷组件，所述制冷组件连接在预冷单元与分离单元之间；

11、循环降压低温组件，所述循环降压低温组件连接在制冷组件上，用于高压循环氢的降压制冷；

12、低温压缩组件，所述低温压组件连接在所述循环降压低温组件上，用于将低压循环氢压缩成高压循环氢并做降温处理。

13、可选地，所述制冷组件包括多个制冷冷箱，所述多个制冷冷箱沿气流方向依次排开，所述制冷冷箱中连接有制冷管路；

14、首端的所述制冷管路的输入端与所述预冷单元连接，末端的所述制冷管路的输出端与所述分离单元连接，相邻所述制冷管路之间连接；

15、部分相邻所述制冷管路之间设有复冷管路，相邻所述制冷管路的前侧制冷管路的输出端与相配合的所述复冷管路的输入端连接，相邻所述制冷管路的后侧制冷管路的输入端与相配合的所述复冷管路的输出端连接，相邻的所述制冷管路之间的复冷管路设置在后侧的制冷管路连接的制冷冷箱中；

16、所述复冷管路上连接有正仲氢转换器，首端的所述制冷管路上且靠近所述预冷单元的位置也设有正仲氢转换器；

17、部分所述制冷管路上连接有原料氢气节流件。

18、可选地，所述循环降压低温组件包括高压循环氢管路、第一低压循环氢管路、第二低压循环氢管路、循环氢分离件和循环氢节流件，所述高压循环氢管路、第一低压循环氢管路和第二低压循环氢管路均连接在除末端的所述制冷冷箱的其余所述制冷冷箱中，所述高压循环氢管路的输入端与所述低温压缩组件的输出端连接，所述高压循环氢管路的输出端与所述循环氢分离件的入口连接，所述循环氢分离件的液相出口与气相出口均与所述第二低压循环氢管路的输入端连接，所述循环氢分离件的液相出口与所述第二低压循环氢管路的输入端之间的管路穿过末端的所述制冷冷箱，所述循环氢节流件设置在所述高压循环氢管路上且靠近所述循环氢分离件的位置；

19、所述高压循环氢管路上连接有多个支线管路的一端，多个所述支线管路的另一端连接在所述第一低压循环氢管路上，多个所述支线管路上均设置有循环氢膨胀机。

20、可选地，所述低温压缩组件包括循环氢压缩机、高低压循环氢预冷管路和循环氢预冷冷箱，所述高低压循环氢预冷管路的输入端与输出端分别与循环降压低温组件的输入端与输出端连接，所述循环氢压缩机和所述循环氢预冷冷箱沿气流方向依次设置在所述高低压循环氢预冷管路上，所述循环氢预冷冷箱用于装入制冷冷剂。

21、可选地，所述蒸发气增压处理单元包括引射增压器，所述引射增压器包括引射氢气入口、高压氢气入口及混合氢气出口，所述引射氢气入口与所述分离单元的气相出口和所述存储单元的再气化氢气出气口相连接，所述高压氢气入口和制冷组件的管路氢气高压位置连接，所述混合氢气出口和制冷组件的管路氢气低压位置连接。

22、本发明提供一种处理蒸发气的液氢制备方法，利用上述处理蒸发气的液氢制备系统，该方法包括：

23、步骤一、将原料氢气输入调压单元，进行增压，以获得高压原料氢气；

24、步骤二、将高压原料氢气输入预冷单元，吸收冷量，进行预冷降温；

25、步骤三、将预冷后的高压原料氢气输入制冷单元，进行制冷降温和减压，产生液氢和未液化氢气；

26、步骤四、将液氢与未液化氢气输入分离单元，进行分离，并存储液氢；

27、步骤五、将分离后的未液化氢气与液氢的再气化氢气输入蒸发气增压处理单元，增压后返回制冷单元中，重复步骤三至步骤五继续参与液氢制备过程。

28、可选地，第一低压循环氢与第二低压循环氢汇合，在低温状态下进入循环氢压缩机，产生高压循环氢；

29、将高压循环氢输入循环氢预冷冷箱吸收冷量，温度降低；

30、降温后的高压循环氢经过制冷组件后，依次进入循环氢节流件和循环氢分离件，产生循环液氢；

31、循环液氢反向经过制冷组件时，吸收热量后汇入第一低压循环氢；

32、从高压循环氢管路引流过来的第二低压循环氢与第一低压循环氢汇合。

33、本发明提供一种处理蒸发气的液氢制备系统及方法，其有益效果在于：

34、1、为适应大规模液氢制备(通常为每天30吨以上液氢)的需求，该系统沿气流方向依次设置调压单元、预冷单元和制冷单元，原料氢气依次经过调压单元、预冷单元和制冷单元产生液氢和未液化氢气，在经过分离单元将液氢与未液化氢气分离，分离后的液氢将流入到存储单元中存储，此时未液化氢气与存储单元中再气化氢气进入蒸发气增压处理单元进行处理，将再气化氢气和未液化氢气增压后返回制冷单元中在进行液化处理，使原料氢气总体液化率达到100％，同时实现再气化氢气和未液化氢气的密闭回收，降低安全风险，防止能量的浪费；

35、2、该系统的低温压缩组件与循环降压低温组件连接，第一低压循环氢与第二低压循环氢汇合后在低温状态进入低温压缩组件形成高压循环氢，大大降低了低温压组件的功耗；

36、3、该方法利用处理蒸发气的液氢制备系统，不仅提高了总体的液化率，也大大的将了低温压缩组件的功耗，有助于液氢制备技术的推广。

37、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。