氢气液化系统的制作方法

本技术涉及氢气液化，尤其涉及一种氢气液化系统。

背景技术：

1、氢能以其来源广、可储存、质量热值高、可电可燃和零污染等特性，是一种值得期待的清洁高效的二次能源，成为了国际能源变革的重要选择，被视为最具发展潜力的清洁能源。氢气的安全高效储运是氢能产业的关键，将氢气低温液化后储运将会极大地提高氢储存密度和安全性，并降低氢运输的能耗。但是目前氢气液化的能耗普遍很高，不同的液化工艺单位产品能耗具有较大差异，通常为12kwh/kg-25kwh/kg。

2、而液化天然气(liquefied natural gas，lng)蕴含大量高品质冷能(-162℃、830kj/kg)，若将lng作为氢气液化的冷源，则可以显著降低氢气液化的能耗。现有技术提出了一种利用lng对气态氢进行冷却液化的系统，该系统分为预冷系统和液化系统，其中，预冷系统中设有氮气压缩机、氮气换热器以及氢气换热器，氮气压缩机对氮气加压，然后高压氮气和lng均进入氮气换热器，在氮气换热器中lng吸收高压氮气的热量使其成为液氮，液氮再进入氢气换热器吸收氢气的热量，以实现对氢气的预冷。

3、上述利用lng对氢气进行预冷的技术方案中，在lng和待预冷氢气之间设有氮气循环，这不仅需要设置氮气压缩机和氮气换热器，使得整个预冷系统设计较为复杂，提高了冷却氢气的能耗，而且由于lng未直接冷却氢气会出现lng冷量损耗的问题。

4、因此，亟需提出一种氢气液化系统来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种氢气液化系统，该氢气液化系统设计较为简单，且具有低能耗和低冷量损耗的效果。

2、为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、氢气液化系统，包括预冷单元，预冷单元包括原料氢气气源、第一预冷换热器、第二预冷换热器以及lng供给源，原料氢气气源依次与第一预冷换热器和第二预冷换热器连通，lng供给源依次与第二预冷换热器和第一预冷换热器连通，lng供给源供给的lng用于依次冷却第二预冷换热器和第一预冷换热器内的原料氢气。

4、可选地，预冷单元还包括第一加压泵，lng供给源通过第一加压泵与第二预冷换热器连通，第一加压泵用于对lng供给源供给的lng加压，使进入第二预冷换热器的lng为超临界状态。

5、可选地，进入第二预冷换热器的lng的压力为5mpa-14mpa。

6、可选地，预冷单元还包括气化器，气化器被配置为与天然气管网连通，且气化器与第一预冷换热器连通，气化器用于使第一预冷换热器排出的lng气化。

7、可选地，气化器为开架式气化器。

8、可选地，预冷单元还包括第二加压泵，原料氢气气源通过第二加压泵与第一预冷换热器连通，第二加压泵用于对进入第一预冷换热器的原料氢气加压。

9、可选地，进入第一预冷换热器的原料氢气的压力为8mpa-10mpa。

10、可选地，氢气液化系统还包括液化单元和液氢存储箱，液化单元包括多个液化换热器和液化制冷机组，第二预冷换热器依次与多个液化换热器和液氢存储箱连通，液化制冷机组包括制冷剂循环管，制冷剂循环管与部分液化换热器连通，制冷剂循环管内流通的制冷剂用于冷却液化换热器内的原料氢气，使原料氢气冷凝液化。

11、可选地，制冷剂循环管还与第二预冷换热器连通，制冷剂循环管内流通的制冷剂还用于冷却第二预冷换热器内的原料氢气。

12、可选地，预冷单元还包括第三预冷换热器，第三预冷换热器设置在第一预冷换热器与第二预冷换热器之间，第一预冷换热器中的氢气气源通过第三预冷换热器进入第二预冷换热器，制冷剂循环管还与第三预冷换热器连通，制冷剂循环管内流通的制冷剂还用于冷却第三预冷换热器内的原料氢气。

13、有益效果：

14、本实用新型提供的氢气液化系统中的预冷单元，lng供给源依次与第二预冷换热器和第一预冷换热器连通，使lng供给源供给的lng依次冷却第二预冷换热器和第一预冷换热器内的原料氢气，以达到lng能够直接对原料氢气进行冷却的效果，与现有技术相比，省去了在lng供给源与预冷换热器之间设置的其他中间换热设备，不仅简化的系统，降低了冷却氢气的能耗，还提高了lng冷能利用率，降低了lng的冷量损耗。

技术特征：

1.氢气液化系统，其特征在于，包括预冷单元(100)，所述预冷单元(100)包括原料氢气气源(110)、第一预冷换热器(120)、第二预冷换热器(130)以及lng供给源(140)，所述原料氢气气源(110)依次与所述第一预冷换热器(120)和所述第二预冷换热器(130)连通，所述lng供给源(140)依次与所述第二预冷换热器(130)和所述第一预冷换热器(120)连通，所述lng供给源(140)供给的lng用于依次冷却所述第二预冷换热器(130)和所述第一预冷换热器(120)内的原料氢气。

2.根据权利要求1所述的氢气液化系统，其特征在于，所述预冷单元(100)还包括第一加压泵(141)，所述lng供给源(140)通过所述第一加压泵(141)与所述第二预冷换热器(130)连通，所述第一加压泵(141)用于对所述lng供给源(140)供给的lng加压，使进入所述第二预冷换热器(130)的lng为超临界状态。

3.根据权利要求2所述的氢气液化系统，其特征在于，进入所述第二预冷换热器(130)的所述lng的压力为5mpa-14mpa。

4.根据权利要求1所述的氢气液化系统，其特征在于，所述预冷单元(100)还包括气化器(142)，所述气化器(142)被配置为与天然气管网连通，且所述气化器(142)与所述第一预冷换热器(120)连通，所述气化器(142)用于使所述第一预冷换热器(120)排出的lng气化。

5.根据权利要求4所述的氢气液化系统，其特征在于，所述气化器(142)为开架式气化器。

6.根据权利要求1所述的氢气液化系统，其特征在于，所述预冷单元(100)还包括第二加压泵(111)，所述原料氢气气源(110)通过所述第二加压泵(111)与所述第一预冷换热器(120)连通，所述第二加压泵(111)用于对进入所述第一预冷换热器(120)的原料氢气加压。

7.根据权利要求6所述的氢气液化系统，其特征在于，进入所述第一预冷换热器(120)的所述原料氢气的压力为8mpa-10mpa。

8.根据权利要求1所述的氢气液化系统，其特征在于，所述氢气液化系统还包括液化单元(200)和液氢存储箱(300)，所述液化单元(200)包括多个液化换热器和液化制冷机组，所述第二预冷换热器(130)依次与多个所述液化换热器和所述液氢存储箱(300)连通，所述液化制冷机组包括制冷剂循环管，所述制冷剂循环管与部分所述液化换热器连通，所述制冷剂循环管内流通的制冷剂用于冷却所述液化换热器内的原料氢气，使所述原料氢气冷凝液化。

9.根据权利要求8所述的氢气液化系统，其特征在于，所述制冷剂循环管还与所述第二预冷换热器(130)连通，所述制冷剂循环管内流通的所述制冷剂还用于冷却所述第二预冷换热器(130)内的原料氢气。

10.根据权利要求8所述的氢气液化系统，其特征在于，所述预冷单元(100)还包括第三预冷换热器(150)，所述第三预冷换热器(150)设置在所述第一预冷换热器(120)与所述第二预冷换热器(130)之间，所述第一预冷换热器(120)中的氢气气源通过所述第三预冷换热器(150)进入所述第二预冷换热器(130)，所述制冷剂循环管还与所述第三预冷换热器(150)连通，所述制冷剂循环管内流通的所述制冷剂还用于冷却所述第三预冷换热器(150)内的原料氢气。

技术总结
本技术属于氢气液化技术领域，公开了一种氢气液化系统，该氢气液化系统包括预冷单元，预冷单元包括原料氢气气源、第一预冷换热器、第二预冷换热器和LNG供给源，原料氢气气源依次与第一预冷换热器和第二预冷换热器连通，LNG供给源依次与第二预冷换热器和第一预冷换热器连通，LNG供给源供给的LNG用于依次冷却第二预冷换热器和第一预冷换热器内的原料氢气，该氢气液化系统设计较为简单，且具有低能耗和低冷量损耗的效果。

技术研发人员：刘钰淇,于驰,李晋达,姚勇,李莉,吴志超
受保护的技术使用者：广东能源集团科学技术研究院有限公司
技术研发日：20230920
技术公布日：2024/5/19