一种氢液化设备循环试验系统的制作方法

本发明涉及低温试验系统，尤其涉及一种氢液化设备循环试验系统。

背景技术：

1、液氢具有储氢密度高、运输效率高、储运压力低等优势，是氢能规模化储运供应的理想方式。目前，高端制造、冶金、能源、电子等领域的需求不断增长，液氢产能进入快速倍增期，液氢在我国民用市场的广阔前景将掀起液氢装备产业新高潮。

2、氢气是正氢和仲氢的平衡混合物，室温热平衡态下，氢气大约是75%正氢和25%仲氢的混合物。在标准大气压及氢饱和温度20.4k下，平衡氢的仲氢浓度为99.8%。在氢逐渐降温液化的过程中，正氢会自发地向仲氢转化并释放出大量的转化热，会导致液氢汽化并增加额外的液化能耗。该过程极其缓慢，并不利于液氢的长期储存，转化热一天内所导致的蒸发量甚至能达到总储存量的20%以上，因此需要在液化过程增设催化剂促进正仲氢的转化过程。根据国标“gb/t40045”，液氢产品的仲氢含量应≥95%，以减少正仲氢转化引起的液氢蒸发损失。

3、氢液化设备作为液氢产业链条中技术难度最高也是最核心技术设备，在装备开发阶段，对氢液化设备进行长周期试验调试或运行可靠性验证时，若无充足的应用端需求，氢液化设备所制备的液氢将被气化回收。氢气在降温的过程中平衡态对应的仲氢含量增大，因此需要用催化剂加速正氢向仲氢的转化过程；与之对应的，氢气在升温过程中平衡态对应的正氢含量增大，若将氢液化设备生产的液氢气化后直接作为原料气重新进入氢液化设备再液化，这与常规的常温平衡氢作为原料气进入氢液化设备液化是不同的，两者的正仲氢含量有较大差异，从而带来系统能耗的差异。

4、目前在对氢液化设备进行长周期试验调试或运行可靠性验证且无充足的应用端需求的情况下，将氢液化设备所产液氢在气化后存储在大容量的氢气回收罐中，并经过长时间的无催化正仲氢转化过程以达到常温平衡态，才可用于新一轮氢液化设备的试验。

5、因此，将氢液化设备生产的液氢气化后直接作为原料气重新进入氢液化设备再液化的试验方式，并不能体现氢液化设备的真实性能。

技术实现思路

1、本发明主要解决氢液化设备生产的液氢气化后直接作为原料气重新进入氢液化设备再液化的试验方式不能体现氢液化设备的真实性能的问题；提供一种氢液化设备循环试验系统，在液氢经液氢气化器气化升温后，设置一正仲氢催化转化器，加速高仲氢含量的液氢气化气转化为常温平衡氢，确保循环使用液氢气化气的氢液化设备试验系统可体现真实性能。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，包括首尾相连构成封闭循环的

4、氢气缓冲灌，接收经过气化升温并完成正仲氢催化转化及增压的常温氢气，并向氢液化设备提供常温氢气；

5、氢液化设备，将接收到的常温氢气液化为液氢；

6、液氢储罐，接收氢液化设备制备的液氢，并将液氢传输至液氢气化器和正仲氢催化转化器；

7、液氢气化器，将接受到的液氢气化并升温至常温；

8、正仲氢催化转化器，将气化后的氢气进行正仲氢催化转化，获得设定正仲氢含量的氢气；

9、氢气压缩机，将经过液氢气化器气化并完成正仲氢催化转化的常温氢气增压至略高于氢液化设备所需的进气压力。

10、通过以上循环，可解决氢液化设备生产的液氢气化后直接作为原料气重新进入氢液化设备再液化的试验方式无法体现氢液化设备的真实性能的技术问题。在对氢液化设备进行长周期试验调试或运行可靠性验证且无充足的应用端需求的情况下，可将氢液化设备所产液氢进行即时循环利用，无需将氢液化设备所产液氢在气化后存储在大容量的氢气回收罐中，并经过长时间的无催化正仲氢转化过程以达到常温平衡态，才可用于新一轮氢液化设备的试验。

11、作为优选，所述的正仲氢催化转化器采用等温正仲氢催化转化器。

12、正仲氢催化转化器的工作温区为常温，经过正仲氢催化转化器的氢气的正氢含量约为75%。正仲氢催化转化器具有较好的与环境换热的能力，以防止仲氢向正氢转化的过程吸热导致正仲氢催化转化器内部温度持续降低。

13、作为优选，所述的氢液化设备内设置正仲氢催化转化器，氢气在降温过程中经过充分的催化转化，其出口的氢的仲氢含量≥95%。

14、作为优选，所述的氢气缓冲罐内氢气压力始终高于氢液化设备进气所需的最低压力。

15、作为优选，所述的氢气缓冲罐内部氢气的存储压力≥1mpa。

16、作为优选，所述的氢气缓冲罐和氢液化设备之间设置有调压阀。设置调节阀以稳定氢液化设备的进气压力。

17、作为优选，在考虑换热器表面结霜、结冰的情况下，液氢气化器出口的氢气温度与环境温度之间的温差≤10k。

18、作为优选，所述的液氢气化器和液氢储罐之间设置有单向阀。防止发生液氢逆流。

19、作为优选，所述的氢气压缩机的出口压力≥1.3mpa。

20、本发明的有益效果是：

21、1. 通过设置液氢气化器以及液氢气化器后端的正仲氢催化转化器，解决了氢液化设备生产的液氢气化后直接作为原料气重新进入氢液化设备再液化的试验方式无法体现氢液化设备的真实性能的技术问题。

22、2.在对氢液化设备进行长周期试验调试或运行可靠性验证且无充足的应用端需求的情况下，可将氢液化设备所产液氢进行即时循环利用，无需将氢液化设备所产液氢在气化后存储在大容量的氢气回收罐中，并经过长时间的无催化正仲氢转化过程以达到常温平衡态，才可用于新一轮氢液化设备的试验。

技术特征：

1.一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，包括首尾相连构成封闭循环的

2.根据权利要求1所述的一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，所述的正仲氢催化转化器（5）采用等温正仲氢催化转化器。

3.根据权利要求1或2所述的一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，所述的氢液化设备（2）内设置正仲氢催化转化器，其出口的氢的仲氢含量≥95%。

4.根据权利要求3所述的一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，所述的氢气缓冲罐（1）内氢气压力始终高于氢液化设备（2）进气所需的最低压力。

5.根据权利要求3所述的一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，所述的氢气缓冲罐（1）内部氢气的存储压力≥1mpa。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，所述的氢气缓冲罐（1）和氢液化设备（2）之间设置有调压阀。

7.根据权利要求1所述的一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，在考虑换热器表面结霜、结冰的情况下，液氢气化器（4）出口的氢气温度与环境温度之间的温差≤10k。

8.根据权利要求1或7所述的一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，所述的液氢气化器（4）和液氢储罐（3）之间设置有单向阀。

9.根据权利要求1所述的一种氢液化设备循环试验系统，其特征在于，所述的氢气压缩机（6）的出口压力≥1.3mpa。

技术总结
本发明公开了一种氢液化设备循环试验系统。为了克服氢液化设备生产的液氢气化后直接作为原料气重新进入氢液化设备再液化的试验方式不能体现氢液化设备的真实性能的问题；本发明包括首尾相接构成封闭循环的氢气缓冲罐、氢液化设备、液氢储罐、液氢气化器、正仲氢催化转化器和氢气压缩机。将氢液化系统生产的液氢经过液氢气化器和常温温区的正仲氢转化器后用于氢液化系统的试验，无需将氢液化设备所产液氢在气化后存储在大容量的氢气回收罐中，并经过长时间的无催化正仲氢转化过程以达到常温平衡态，才可用于新一轮氢液化设备的试验。

技术研发人员：厉劲风,孙士恩,滕卫明,方凯,王莞珏,杨扬,沈紫嫣,孙笼笼,王西明,刘玉涛
受保护的技术使用者：浙江省白马湖实验室有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19