一种高稳定性氢气储运技术的方法及系统与流程

本公开涉及氢能源储运，具体地，涉及一种高稳定性氢气储运技术的方法及系统。

背景技术：

1、氢能作为一种理想的终极清洁能源，具有储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源具有显著优势，因此被广泛关注；目前，利用风光发电进行水电解制氢的工艺路线，利用氢气将风、光能源进行“储存”是目前重要的新能源利用方式，氢气不仅可以作为能源储存的载体，同时也是石油化工、钢铁冶金领域的重要原料，用这种方式替代部分化石原料制氢(尤其是煤化工)的产能，还将煤化工生产中一氧化碳的碳元素通过反应，减少废气(co2)等污染物的直接排放，对保护自然环境、生态环境有着重要意义。

2、现阶段新能源制氢主要指利用风能、光伏发电，制得的电将水进行电解，最终产出氢气，由于风能、光伏资源的不稳定特性，在发电过程制氢的过程中氢气的产量会在不同时段产生较大波动，通常，下游氢气用户对氢气的需求量是相对稳定的，这就对氢气储运环节提出了较高的技术要求，如何实现上下游的平衡成为关键。对于氢气储运系统而言，当制氢装置的规模扩大时，不同时段产氢波动带来的影响也会增加。目前，仍需解决新能源制氢装置产出的氢气在储运与外输技术过程中不稳定的情况以及长距离输送较困难的情况。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种氢气储运技术的系统和方法，目的是为了解决平衡产出氢气不稳定性和氢气长距离运输的困难。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种高稳定性氢气储运技术的系统，该系统包括依次连通的储氢主线、氢气储存单元、氢气外输压缩机和氢气外输主线；所述储氢主线的氢气来料口用于与制氢装置的氢气出口连通；所述氢气外输主线的高压氢气出料口用于与终端用氢装置连通；所述氢气储存单元的出口与所述氢气外输压缩机的氢气入口之间的所述储氢主线上还并联设有氢气缓冲支线；所述氢气缓冲支线上设有缓冲增压罐；所述氢气缓冲支线具有可以互相切换的第一工作状态和第二工作状态；在所述第一工作状态，所述氢气缓冲支线不接入所述储氢主线，所述氢气储存单元的出口与所述氢气外输压缩机的氢气入口之间通过所述储氢主线连通；在所述第二工作状态，所述氢气储存单元的出口与所述氢气外输压缩机的氢气入口之间通过所述氢气缓冲支线连通。

3、可选地，所述氢气储存单元包括第一压力控制装置，以及，一个或多个氢气储罐。

4、可选地，该系统还包括设置于所述氢气外输主线上的中间增压站；所述中间增压站包括第一压力控制装置和氢气压缩机；所述第一压力控制装置设置于所述氢气压缩机的出口；所述氢气压缩机的数量为1个或多个，多个所述氢气压缩机并联设置。

5、可选地，该系统还包括设置于所述氢气外输主线上的末端增压单元；所述末端增压单元包括第二压力控制装置、末端增压支线和氢气压缩机；所述氢气压缩机设置于所述末端增压支线上；所述末端增压支线具有可以通过第二压力控制装置互相切换的切入状态和切出状态；在所述切出状态下，所述末端增压支线不接入所述氢气外输主线，所述氢气外输压缩机的氢气出口与所述终端用氢装置之间通过所述氢气外输主线连通；在所述切入状态下，所述末端增压支线接入所述氢气外输主线，所述氢气外输压缩机的氢气出口与所述终端用氢装置之间通过所述末端增压支线连通。

6、本公开第二方面采用本公开第一方面所述的系统进行氢气储运的方法，该方法包括：将制氢装置生产的氢气经所述氢气来料口送入所述系统，依次经过所述氢气储存单元、所述氢气外输压缩机和所述氢气外输主线，然后经过所述高压氢气出料口进入所述终端用氢装置；其中，当来自所述制氢装置的氢气的压力大于压力上限阈值时，使所述系统处于第一工作状态；当来自所述制氢装置的氢气的压力小于压力下限阈值时，使所述系统处于第二工作状态；所述压力上限阈值为1.2mpa～1.4mpa，所述压力下限阈值为1.2mpa～1.4mpa。

7、可选地，该方法还包括：当所述氢气外输主线的长度为第二阈值以上时，所述系统处于远距离输送状态；当所述氢气外输主线的长度为第二阈值以下时，所述系统处于短距离输送状态；所述第二阈值为100～200km。

8、可选地，在所述远距离输送状态，所述氢气外输压缩机的入口氢气压力为1.2～1.4mpa，出口氢气压力为2.5～10mpa；在所述短距离输送状态，所述氢气外输压缩机的入口氢气压力为1.2～1.4mpa，出口氢气压力为2.5～10mpa。

9、可选地，在所述远距离输送状态，所述氢气外输主线上设置中间增压站；所述中间增压站的出口氢气压力为2.5～10mpa；优选地，在所述氢气外输主线上，每隔所述第二阈值的距离，设置1个中间增压站。

10、可选地，在所述远距离输送状态，在所述氢气外输主线上设置末端增压单元，所述末端增压单元的出口氢气压力为2.5～10mpa；当进入所述末端增压单元的氢气压力大于第三阈值时，使所述终端增压单元的末端增压支线处于切出状态；当进入所述末端增压单元的氢气压力小于第三阈值时，使所述终端增压单元的末端增压支线处于切入状态；所述第三阈值与所述终端用氢装置的出口氢气压力的比值为(1～1.1)：1。

11、可选地，所述氢气储存单元包括多个氢气储罐；当来自所述制氢装置的氢气的压力大于压力上限阈值时，所述氢气储存单元处于储气状态；当来自所述制氢装置的氢气的压力小于压力下限阈值时，所述氢气储存单元处于释放状态；在所述储气状态，按照氢气储罐压力由高到低的顺序依次进行氢气储存处理，当进行所述氢气储存处理的氢气储罐压力达到第四阈值时，切换到另一个氢气储罐，所述第四阈值为1.35～1.4mpa；在所述释放状态，按照氢气储罐压力由低到高的顺序依次进行氢气释放处理，当进行所述氢气释放处理的氢气储罐压力达到第四阈值时，切换到另一个氢气储罐，所述第五阈值为0.2～0.3mpa。

12、通过上述技术方案，本公开采用了与制氢装置高度匹配的储存系统，并且通过灵活的控制储氢主线和氢气缓冲支线的工作状态，能够在氢气输送前，平衡氢气生产过程中的不稳定特性；同时，储氢主线上的氢气缓冲支线的设置，能够降低系统的能耗、提高设备利用率和设备的安全性。

13、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种高稳定性氢气储运技术的系统，其特征在于，该系统包括依次连通的储氢主线、氢气储存单元(2)、氢气外输压缩机(8)和氢气外输主线；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢气储存单元(2)包括第一压力控制装置(3)，以及，一个或多个氢气储罐。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括设置于所述氢气外输主线上的中间增压站(9)；

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括设置于所述氢气外输主线上的末端增压单元(21)；所述末端增压单元(21)包括第二压力控制装置(14)、末端增压支线和氢气压缩机；所述氢气压缩机设置于所述末端增压支线上；

5.采用权利要求1～4中任意一项所述的系统进行氢气储运的方法，其特征在于，该方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述远距离输送状态，所述氢气外输压缩机(8)的入口氢气压力为1.2～1.4mpa，出口氢气压力为2.5～10mpa；

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述远距离输送状态，所述氢气外输主线上设置中间增压站(9)；所述中间增压站(9)的出口氢气压力为2.5～10mpa；

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述远距离输送状态，在所述氢气外输主线上设置末端增压单元(21)，所述末端增压单元(21)的出口氢气压力为2.5～10mpa；

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氢气储存单元(2)包括多个氢气储罐；

技术总结
本公开涉及一种高稳定性氢气储运技术的方法及系统，该系统包括依次连通的储氢主线、氢气储存单元、氢气外输压缩机和氢气外输主线；所述氢气缓冲支线具有可以互相切换的第一工作状态和第二工作状态；在所述第一工作状态，所述氢气缓冲支线不接入所述储氢主线，所述氢气储存单元的出口与所述氢气外输压缩机的氢气入口之间通过所述储氢主线连通，以使氢气从储氢主线直接进入氢气外输压缩机；在所述第二工作状态，所述氢气储存单元的出口与所述氢气外输压缩机的氢气入口之间通过所述氢气缓冲支线连通。采用本公开的系统，能够平衡氢气生产过程中的不稳定特性、能够降低系统的能耗、提高设备利用率和设备的安全性。

技术研发人员：李明,周鑫,杨子健,李凤奇,张健,陈玉林,刘海潇,施政灼,张彦新
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11