专利名称：用于液化氢的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液化氢的方法。
背景技术：
目前，由于能量需求和环保意识的提高，特别是氢作为能源越来越有 意义。因此载重汽车、公共汽车、轿车和机车已经借助于用天然气或氢运 行的发动机以及借助于燃料电池和电动机的组合被驱动。在此，氢在上述 交通工具上以液体形式的存储是最有意义的。虽然氢为此必须冷却到大约
25K并且保持在该温度(这仅可以通过存储容器或存储箱上相应的隔绝措 施实现)，但是通常在上述交通工具中由于GH2的密度小，以气态的存储 是不利的，因为在此必须在大容积的和沉重的储存容器中在高压下进行存 储。
用于液化氢的方法在通常情况下包含两个方法阶段，即所谓的预冷却 阶段以及其后的液化阶段。在此，在氢可以液化之前，氢必须被冷却到其 上面的焦耳一汤姆森一转换温度以下，对于该温度应理解为，膨胀的气体 在该温度以下冷却。因此，在通常情况下，在将氢输送给随后的液化过程 之前，其必须被冷却到至少-150。C的温度。
气态氢通常大约75%为正态氢并且大约25%为仲态氢。因此，在液化 过程期间(因为液化了的氢通常必须在较长的时间上中间存储)必须将正 态氢转换成仲态氢。通常致力于至少99%的仲态氢份额。如果没有进行这 样的转换，那么将导致液化了的氢的较快的蒸发。从正态氢到仲态氢的转 换借助于合适的转换催化剂进行。
由文献已知多种用于液化氢的方法，其中，气态氢的预冷却逆着一个 制冷介质回路或者制冷介质混合物回路进行。在此，通常使用氮作为制冷 介质。由国际专利申请WO 2005/080892以及欧洲专利申请1 580 506公开 了一些氢液化方法，其中，待液化的氢流的预冷却通过逆着处于压力下的 LNG (液态天然气)流的间接热交换进行。在此蒸发的LNG对待预冷却的 气态氢流放冷。LNG的蒸发尤其是在LNG终端上是一个专题。在通常情况
3下这种蒸发借助于合适的、沉入水浴中的天然气燃烧器迸行，该天然气燃
烧器以LNG的小的分流运行。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于液化氢的方法，该方法相对于属于 现有技术的方法具有较小的单位能量消耗。
本发明的用于液化氢的方法具有下面的方法步骤
a) 通过逆着一个处于压力下的LNG流的间接热交换将氢流预冷却到 140和130K之间的温度，
b) 通过逆着一个制冷介质的间接热交换将该氢流预冷却到85和75K 之间的温度，
c) 其中，制冷介质的预冷却逆着一个处于压力下的LNG流进行，
d) 通过逆着一个另外的、在一个闭环的制冷回路中被引导的氢流的间 接热交换使所述预冷却了的氢流冷却并且至少部分地液化，
e) 其中，被压縮了的、在闭环的制冷回路中被引导的氢流的预冷却逆
着一个处于压力下的LNG流进行。
下面借助于在附图中示出的实施例详细说明本发明的用于液化氢的方法。
具体实施例方式
通过管路1将具有2200kPa的压力和300K温度的待液化的氢流供给到 换热器E1。在该换热器中，该氢流逆着LNG流冷却到135K的温度，所述 LNG流通过管路A被引导通过换热器El 。
需要强调的是，所有在附图中示出的换热器分别表示一个或多个必要 时不同的换热器或换热器类型。
被预冷却了的氢流现在通过管路2供给到另一换热器E2并且在该换热 器中逆着氮制冷回路(对此下面还要详细说明)冷却到80K的温度。
接着，预冷却到80K的氢流通过管路3供给到一个优选吸附式工作的 净化装置4，在该净化装置中从待液化的氢流中除去最后的污物痕量。在通 常情况下，净化装置4包括至少两个平行设置的吸附器，使得通过转换可以实现连续的净化过程。
从净化装置4中通过管路5取出的待液化的氢流被供给到换热器E4并 且在该换热器中逆着还将描述的、闭环的氢制冷回路冷却到26K的温度。 在连接在换热器E4后面的减压装置8中压力被降低到大约200kPa，因此导 致所述被冷却的氢流的部分液化。当在换热器E7中进行了气相的液化之后， 液态的氢产品流被通过管路9取出并且被供给到其另外的应用和/或中间存 储装置。
替代地，减压装置8也可以由一种包括一个减压阀和一个连接在减压 阀后面的喷射器的组合构成。在此，将在中间存储所述液态的氢产品流期 间产生的气态氢供给到该喷射器。
开环的氢制冷回路由管路区段17、 11、 13、 15和16、换热器E4、 E5、 E6和E7、至少一个减压装置12和一个优选多级构成的压縮机14构成。氢 通过管路17首先被输送给换热器E4并且在该换热器中被冷却。接着该氢 通过管路11被输送给减压装置12并且在该减压装置中为了提供用于氢的 液化所需的尖峰冷量(Spitzenkalte)的目的而减压。
接着，在换热器E7中进行蒸发并且在换热器E4中通过逆着管路17中 的待冷却和待液化的氢流的间接热交换实现所述被减压了的氢流的加热。 被加热的氢流通过管路13输送给换热器E5并且在其在压縮单元14中压縮 到期望的回路压力之前在该换热器中逆着自身加热。
被压縮了的氢流通过管路15输送给换热器E6并且在该换热器中逆着 一个另外的LNG分流冷却，所述LNG分流通过管路C输送给换热器E6。 这个被冷却了的氢流接着通过管路16输送给换热器E5，在该换热器中逆着 自身冷却并且然后通过管路区段17又输送给已经描述的换热器E4。
在附图中，为了清楚起见有多个减压装置没有示出，各个被冷却的氢 分流被从管路区段17和11中输送给所述减压装置并且在进行制冷的减压 之后又被输送给减压装置12上方的所示制冷回路13 (在E4前面和/或后 面)。
已经提及的氮制冷回路除了管路区域20、 21、 23和24之外还具有一 个另外的换热器E3、 一个减压装置25以及一个优选多级构成的压縮单元 22，所述氮制冷回路用于借助于换热器E2预冷却所述待冷却的天然气流。
在减压装置25中制冷地减压的氮流通过管路20被输送给已经提及的 换热器E2并且在该换热器中逆着待冷却的氢流被加热和蒸发。接着，蒸发的氮流通过管路21被输送给压縮单元22并且在该压縮单元中被压缩到期望的回路压力。被压縮了的氮流通过管路23输送给换热器E3并且在该换热器中逆着一个另外的LNG流冷却，所述另外的LNG流通过管路B输送给换热器E3。接着，被冷却了的氮流通过管路24输送给已经提及的减压装置25。
根据本发明，在氢液化过程的环境中提供的LNG现在用于待液化的氢流的预冷却(换热器E1)、被压縮了的氮在氮制冷回路中的冷却(换热器E3)以及在开环的氢制冷回路中循环的压缩的氢流的冷却(换热器E6)。
为了清楚起见，在附图中没有示出期望的或者必要时必须的正仲转换所必需的催化剂和催化剂嵌件(Katalysatoreinbauten)。在通常情况下，在净化装置4后面设置一个第一正仲转换。在其中可以将仲态氢含量提高大约25%到大约43%。随后的正仲转换优选通过设置在换热器E4的通道中的催化剂进行。优选通过管路9取出的液态氢产品流应至少由99%的仲态氢构成。
权利要求
1. 一种用于液化氢的方法，具有下面的方法步骤a)通过逆着一个处于压力下的LNG流的间接热交换将氢流预冷却到140和130K之间的温度，b)通过逆着一个制冷介质的间接热交换将氢流预冷却到85和75K之间的温度，c)其中，所述制冷介质的预冷却逆着一个处于压力下的LNG流进行，d)通过逆着一个另外的、在一个闭环的制冷回路中被引导的氢流的间接热交换使所述预冷却了的氢流冷却并且至少部分地液化，e)其中，被压缩了的、在闭环的制冷回路中被引导的氢流的预冷却逆着一个处于压力下的LNG流进行。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用氮作为用于预冷却 氢流的制冷介质。
全文摘要
本发明涉及一种用于液化氢的方法，具有下面的方法步骤a)通过逆着一个处于压力下的LNG流(A)的间接热交换(E1)将氢流(1)预冷却到140和130K之间的温度，b)通过逆着一个制冷介质(20)的间接热交换(E2)将被冷却了的氢流(2)冷却到85和75K之间的温度，c)其中，所述制冷介质的预冷却(B3)逆着一个处于压力下的LNG流(B)进行，并且d)通过逆着一个另外的、在一个闭环的制冷回路中被引导的氢流(11)的间接热交换(E1，E7)使所述预冷却和冷却了的氢流进一步冷却并且至少部分地液化，e)其中，被压缩了的、在闭环的制冷回路中被引导的氢流的预冷却(E6)逆着一个处于压力下的LNG流(C)进行。
文档编号F25J1/02GK101466990SQ200780022069
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月12日
发明者A·屈恩迪格 申请人:林德股份公司