一种回收BOG的液氢加氢站系统的制作方法

一种回收bog的液氢加氢站系统
技术领域
1.本发明涉及加氢站技术领域，尤其是涉及一种回收bog的液氢加氢站系统。


背景技术：

2.液氢加氢站与气氢加氢站相比具有储运效率高、压力低、安全风险小等优势，是我国未来加氢站的主流发展方向。液氢加氢站在运行过程中会产生较多的蒸发氢气bog，但当前的液氢加氢站主要将该部分氢气通过集中放散系统排入大气，损耗了大量宝贵的氢资源，严重降低液氢加氢站经济性。此外，氢气的爆炸极限较低，大量的氢气放散存在一定的安全隐患。液氢加氢站的bog来源主要包括两个方面，一是维持站用液氢储罐的温度和压力，日蒸发率约为0.5％～1％，是较为稳定的氢气源；二是液氢泵、液氢管道等设备正式运行前的预冷，氢气产生量具有一定的波动性。目前，部分专利提出了bog直接增压加注方法，但由于增压比较大，增压设备投资较大且运行功耗较高，并且由于液氢加氢站中bog流量间断不稳定，增压设备工况需要反复进行调整，此外，由于高压气态储氢量相对较小，在长时间不进行加注的情况下，难以实现bog的完全回收。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种回收bog的液氢加氢站系统，以解决现有技术中存在的难以完全回收bog的技术问题。
4.本发明提供的一种回收bog的液氢加氢站系统，包括储罐和液氢泵，所述液氢泵分别与液氢加注管路和气氢加注管路连通，其中，所述液氢加注管路包括液氢加氢机，所述气氢加注管路包括气化器、储氢瓶组、氢气预冷器和气氢加氢机，所述储罐上设有进液口和出气口，所述液氢加氢站系统包括：bog预冷管路，用于气氢加注前的液氢预热，产生的冷能用于回收bog的预冷；再液化管路，设于所述bog预冷管路和所述储罐的进液口(29)之间，用于回收bog的液化；所述bog预冷管路，包括：第一回收bog支路，所述第一回收bog支路的两端分别与所述氢气预冷器和所述再液化管路连通，用于回收氢气预冷器预冷流程产生的bog氢气；第二回收bog支路，所述第二回收bog支路的两端分别与所述储罐的出气口和所述再液化管路连通，用于回收站用液氢储罐的bog氢气；液氢预热支路，所述液氢预热支路的两端分别与所述液氢泵和所述气氢加注管路连通。
5.进一步的，所述再液化管路包括互相连通的氢液化冷箱和混合冷却器，所述氢液化冷箱设于所述混合冷却器和所述储罐的所述进液口之间，所述混合冷却器设于所述液氢泵和所述液氢加氢机之间。
6.进一步的，所述混合冷却器采用保温冷箱。
7.进一步的，所述bog预冷管路沿气氢流向依次包括液氢冷却器、液氮冷却器、液态二氧化碳冷却器，所述液氮冷却器中设有液氮换热介质，所述液态二氧化碳冷却器中设有液态二氧化碳换热介质。
8.进一步的，所述氢液化冷箱中的冷源为低温冷机或氢液化透平机组。
9.进一步的，在所述液氮冷却器和所述液态二氧化碳冷却器中，液化管线设于气化管线的下方。
10.进一步的，在所述液氮冷却器和所述液态二氧化碳冷却器中，所述液化管线和所述气化管线采用换热盘管。
11.进一步的，所述储氢瓶组设有多组，用于存储不同高压的氢气，所述储氢瓶组设有多个储氢瓶。
12.进一步的，所述进液口和所述出气口之间设有第五切断阀。
13.进一步的，当所述储罐的内部压力大于设定压力值时，所述第五切断阀自动开通排气。
14.本发明提供的一种回收bog的液氢加氢站系统，包括预冷流程产生的bog氢气经过第一回收bog支路和再液化管路的五级分段冷却，来自站用液氢储罐的bog氢气经过第二回收bog支路和再液化管路的三级分段冷却，通过冷量梯级利用提高了系统的热力学效率，利用较大数量级的液氢气化冷能和液氢泵产生的冷能，实现较小数量级的bog的再液化，解决了现有技术中存在的难以完全回收bog的技术问题，实现了bog氢气的完全回收和高效存储，回收后的bog氢气以液氢形式储存，可以适应液氢或高压氢气等多种加注需求。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本实施例提供的一种回收bog的液氢加氢站系统的结构示意图。
17.图标：1-液氢管路；2-储罐；3-液氢泵；4-第二切断阀；5-混合冷却器；6-第三切断阀；7-液氢加氢机；8-气化管路；9-第一切断阀；10-液氢冷却器；11-液氮冷却器；12-液态二氧化碳冷却器；13-空气气化器；14-70mpa高压氢气管；15-70mpa储氢瓶组；16-切断阀a；17-70mpa氢气预冷器；18-70mpa加氢机；19-35mpa高压氢气管；20-35mpa储氢瓶组；21-切断阀b；22-35mpa氢气预冷器；23-35mpa加氢机；24-预冷器bog回收管路；25-第四切断阀；26-氢液化冷箱；27-第五切断阀；28-储罐bog回收管路；29-进液口；30-出气口。
具体实施方式
18.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本实施例提供的一种回收bog的液氢加氢站系统，包括液氢储罐2、液氢泵3，分别与液氢加注管路和气氢加注管路连通。其中，液氢加注管路包括液氢加氢机7。气氢加注管路包括空气气化器13、储氢瓶组、氢气预冷器和气氢加氢机。液氢储罐2上设有进液口29和出气口30。液氢加氢站系统包括bog预冷管路、再液化管路。再液化管路包括互相连通的氢液化冷箱26和混合冷却器5。液氢加氢站系统中的管路和设备均需做绝热处理。
20.bog预冷管路沿气氢流向依次包括液氢冷却器10、液氮冷却器11、液态二氧化碳冷却器12。液氮冷却器10和液态二氧化碳冷却器12是具有蓄冷效果的换热器，液氮冷却器11中充注了大量液氮换热介质，液态二氧化碳冷却器12中充注了大量液态二氧化碳换热介质。在液氮冷却器10和液态二氧化碳冷却器12中，气化管线设于冷却器的上部，液化管线设于冷却器的下部。位于液氮冷却器10和液态二氧化碳冷却器12中的换热介质，吸热后变成换热介质蒸汽处在冷却器的容器顶部，与设于冷却器上部的气化管线实现换热。吸收气化管线中的冷量后的换热介质变成换热介质液体，沉积在冷却器的容器底部，与处于冷却器下部的液化管线实现换热。吸收液化管线中的热量后的换热介质，又变成换热介质蒸汽，可循环使用。优选地，位于液氮冷却器10和液态二氧化碳冷却器12中的气化管线和液化管线采用换热盘管，通过温差驱动的自然对流实现高效换热。
21.加氢站系统包括四条管路，分别是储罐bog回收管路28、预冷器bog回收管路24、气化管路8、液氢管路1。
22.在储罐bog回收管路28中，储罐2的出气口30与第二回收bog支路、再液化管路、进液口29连通，用于回收站用液氢储罐2的bog。其中，第二回收bog支路包括液氢冷却器10。站用液氢储罐2的bog经过三级分段冷却，包括液氢冷却器10、混合冷却器5、氢液化冷箱26。具体的，导管从储罐2的出气口30引出，依次与液氢冷却器10、混合冷却器5、氢液化冷箱26连通，最终接入储罐2的进液口29，可用于回收储罐2中bog。储罐bog进入液氢冷却器10中，吸收冷量完成预冷过程。然后进入混合冷却器5中，与经过液氢泵3增压后处于过冷状态的液氢在混合冷却器5中进行直接接触式混合，实现bog的进一步冷却。混合冷却器5可回收经液氢泵增压后的过冷液氢的冷能。混合冷却器5采用保温冷箱，有利于高效换热。bog最后进入氢液化冷箱26中，吸收冷量变成液氢，从进液口29进入储罐2实现回收。在出气口30和液氢冷却器10之间设有第五切断阀27，可根据储罐2内的压力进行调控，当储罐2的内部压力大于设定压力值时，第五切断阀27自动开通排放bog。
23.在预冷器bog回收管路24中，氢气预冷器与第一回收bog支路、再液化管路、进液口29连通，用于回收氢气预冷器在气氢加注过程中产生的预冷器bog。其中，第一回收bog支路包括液态二氧化碳冷却器12、液氮冷却器11、液氢冷却器10。预冷流程产生的预冷器bog经过五级分段冷却，依次包括液态二氧化碳冷却器12、液氮冷却器11、液氢冷却器10、混合冷却器5、氢液化冷箱26，通过设计梯级分段冷却形式具有较高的热力学效率。具体的，导管从氢气预冷器中引出依次与液态二氧化碳冷却器12、液氮冷却器11、液氢冷却器10、混合冷却器5、氢液化冷箱26连通，最终接入储罐2的进液口29。预冷器bog和储罐bog在液氢冷却器10中混合，与通过液氢泵3增压后的过冷液氢在液氢冷却器10中进行初步换热。预冷器bog和储罐bog混合成的回收bog进入混合冷却器5中，与通过液氢泵3增压后的过冷液氢在混合冷却器5中进行直接接触式换热。混合冷却器5中的液氢可通过喷淋的方式与回收bog进行换热，有效对回收bog进行冷却。此环节部分液化的回收bog将留存在混合冷却器5中，并通过液氢加氢机7进行液氢加注。剩余的饱和氢气从混合冷却器5进入氢液化冷箱26，吸收冷量后完成液化，最后从进液口29进入储罐2中进行储存。氢液化冷箱26用于完成回收bog的最后冷却液化，确保进入储罐2中的回收bog为液化状态。在氢气预冷器和液态二氧化碳冷却器12之间设有第四切断阀25。其中，氢液化冷箱26中的冷源可为低温冷机或氢液化透平机组。
24.本实施例提供的气氢加注管路包括两组，分别为70mpa气氢加注管路和35mpa气氢加注管路，分别用于加注70mpa和35mpa的气氢。在气化管路8中，储罐2与液氢泵3、液氢预热支路、气氢加注管路连通。其中液氢预热支路包括液氢冷却器10、液氮冷却器11、液态二氧化碳冷却器12。具体的，导管从储罐2引出，依次连通液氢泵3、第一切断阀9、液氢冷却器10、液氮冷却器11、液态二氧化碳冷却器12，空气气化器13，分别依次与70mpa高压氢气管14、70mpa储氢瓶组15、切断阀a16、70mpa氢气预冷器17、70mpa加氢机18连通，以及35mpa高压氢气管19依次与35mpa储氢瓶组20、切断阀b21、35mpa氢气预冷器22、35mpa加氢机23连通。其中，70mpa储氢瓶组15和35mpa储氢瓶组20内部均包含多个高压储氢气瓶。空气气化器13可选用翅片管式换热器。
25.在液氢管路1中，导管从储罐2引出，依次连通液氢泵3、第二切断阀4、混合冷却器5、第三切断阀6、液氢加氢机7，完成液氢加注。
26.由于气化的液氢多于待液化的bog，在充分利用液氢泵3产生的冷能和液氢气化冷能且消耗较少外部功耗下，可实现bog的完全回收。回收后的bog以液氢形式储存，可以适应液氢或高压氢气等多种加注需求。
27.基于本实施例提出的一种回收bog的液氢加氢站系统，假设系统中所有设备均处于关闭或停止运行的状态，具体实施步骤包括：
28.s1.开启第二切断阀4、第三切断阀6、液氢泵3，加注液氢时，储罐2内的液氢依次流经液氢泵3、第二切断阀4、混合冷却器5、第三切断阀6、液氢加氢机7，用于液氢加注。
29.s2.开启第一切断阀9，储罐2内的液氢通过液氢泵3进入气化管路8，依次流经第一切断阀9、液氢冷却器10、液氮冷却器11、液态二氧化碳冷却器12、空气气化器13，完成液氢的气化，并将冷量存储进液氮冷却器11和液态二氧化碳冷却器12中的换热介质中，完成气化的液氢将分别进入70mpa高压氢气管14和35mpa高压氢气管19。
30.s3.气化后的液氢进入70mpa高压氢气管14后，首先进入70mpa储氢瓶组15，包括多个70mpa储氢气瓶，进行短期存储。在有加注需求时，开启切断阀a16和70mpa氢气预冷器17，70mpa高压氢气依次流经第三切断阀、70mpa氢气预冷器17、70mpa加氢机18，完成70mpa高压氢气加注。
31.气化后的液氢进入35mpa高压氢气管19后，首先进入35mpa储氢瓶组20进行短期存储，在有加注需求时，开启切断阀b21和35mpa氢气预冷器22。35mpa高压氢气依次流经切断阀b21、35mpa氢气预冷器22、35mpa加氢机23，完成35mpa高压氢气加注。
32.s4.开启第四切断阀25、第五切断阀27，启动氢液化冷箱26。储罐中产生的bog通过第五切断阀27依次与液氢冷却器10、混合冷却器5、氢液化冷箱26连通，最终接入储罐2的进液口29，实现储罐2中bog的回收。预冷过程产生的预冷器bog通过第四切断阀25依次与液态二氧化碳冷却器12、液氮冷却器11、液氢冷却器10、混合冷却器5、氢液化冷箱26连通，最终接入储罐2的进液口29，实现预冷器bog的回收。
33.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。