一种零排放的液氢生产和储存系统及方法与流程

本发明涉及液氢制备和储存领域，具体涉及一种零排放的液氢生产和储存系统及方法。

背景技术：

1、随着世界能源体系逐渐由化石能源转向清洁能源，氢能因其能量密度高、无污染的优势而受到广泛关注。在氢能技术发展过程中，供应链的建立是重要组成部分，氢能的储运技术对氢能大规模利用必不可少。相比于气氢，液氢能量密度高，存储压力小，具有极大的运输优势，因此发展液氢制备技术对氢能技术发展具有重大意义。

2、液氢技术的推广关键在于生产成本的降低和储存技术的发展，氢气在常压下(101.325kpa)沸点为-252.77℃，液化过程中需要消耗大量能量，目前的液氢制备过程中，单位质量液氢的能耗普遍较高，尤其对于大规模液氢制备，高能耗成为制约发展液氢技术的关键制约因素。另外，在液氢储存过程中，尤其对于大规模液氢储存，液氢储罐不可避免地会从外界吸收热量，而产生再汽化气，如何高效地回收这部分蒸发气，使其再液化，实现蒸发气的零排放，对液氢技术的推广具有重要意义。

3、基于这一背景，本发明研究了一种零排放的液氢生产和储存系统及方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种零排放的液氢生产和储存系统及方法，该系统和方法将储存单元中的未液化氢气和再汽化氢气作为蒸发气进行液化，并将液化的蒸发气回收至储存单元，未液化的蒸发气返回深冷单元循环使用，实现蒸发气的零排放，解决了巨大的能量浪费和安全风险问题。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种零排放的液氢生产和储存系统，所述的系统包括相互连接的液氢生产系统和液氢储存系统；

3、液氢生产系统包括依次连接的原料氢气进料管线、调压单元、预冷单元和深冷单元，用于液化原料氢气，产生液氢和未液化氢气；

4、液氢储存系统包括相互连接的分离和储存单元和蒸发气回收单元；

5、分离和储存单元包括相互连接的分离单元和储存单元，用于将液氢和未液化氢气进行分离后储存；

6、蒸发气回收单元用于液化蒸发气，并将液化的蒸发气回收至储存单元，未液化的蒸发气返回深冷单元循环使用；

7、所述蒸发气为储存单元中的未液化氢气和再汽化氢气。

8、本发明第二方面提供一种零排放的液氢生产和储存方法，在上述的系统中进行，所述的方法包括：

9、1)将原料氢气送入调压单元增压得到高压氢气；

10、2)将高压氢气送入预冷单元预冷降温得到预冷氢气；

11、3)将预冷氢气送入深冷单元进行制冷降温降压得到液氢和未液化氢气；

12、4)将液氢与未液化氢气送入分离单元进行分离，并将分离后的液氢与未液化氢气送入储存单元；

13、5)将储存单元中的未液化氢气和再汽化氢气作为蒸发气进行液化，并将液化的蒸发气回收至储存单元，未液化的蒸发气返回深冷单元循环使用。

14、本发明的效果是：

15、(1)本发明提出的零排放的液氢生产和储存系统，将储存单元中的未液化氢气和再汽化氢气作为蒸发气进行液化，并将液化的蒸发气回收至储存单元，未液化的蒸发气返回深冷单元循环使用，实现蒸发气的零排放，解决了巨大的能量浪费和安全风险问题。

16、(2)本发明提出的零排放的液氢生产和储存系统利用氦制冷循环组件为液氢储罐中的蒸发气提供冷量，实现了部分蒸发气在液氢储罐中的直接冷凝，大大降低了蒸发气回收利用中的能耗和成本。

17、(3)本发明提出的零排放的液氢生产和储存系统利用蒸发气增压回收组件回收部分蒸发气，进入液氢制备单元，同时利用该部分蒸发气的仲-正氢转化，为氦循环提供冷量，该部分冷量的使用避免了外部冷剂的引入，降低投资费用和运行管理难度，同时实现了蒸发气的零排放。

18、(4)本发明提出的零排放的液氢生产和储存系统设置了自动控制连锁，以确保蒸发气回收单元的平稳运行，维持液氢储罐压力，同时尽可能增加蒸发气在储罐中的再冷凝量，以降低系统运行功耗，相适应地，本发明在液氢制备系统的氢原料管路中，设置增压单元和多级节流件，实现原料氢气的多级压力控制，以适配蒸发气增压回收组件的压力需求。

19、(5)本发明提出的零排放的液氢生产和储存系统及方法解决了大规模液氢制备的储存难题，实现蒸发气零排放，大大降低液氢制备功耗和设备运行及液氢储存成本，将大大提高液氢制备和储存技术的水平。

20、本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种零排放的液氢生产和储存系统，其特征在于，所述的系统包括相互连接的液氢生产系统和液氢储存系统；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调压单元包括氢气压缩机和调压管路；所述预冷单元包括预冷冷箱和循环冷剂压缩机；所述深冷单元包括多个依次连接的深冷冷箱；

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，高压循环冷剂管路的入口、低压循环冷剂管路的出口分别设置于预冷冷箱的原料氢气进料侧，且分别连接循环冷剂压缩机的出口和入口；

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，分离单元包括分离器和液氢泵；储存单元为液氢储罐；

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述蒸发气回收单元包括氦制冷循环组件和蒸发气增压回收组件；

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，液氢储罐气相出口与氦冷却换热器冷媒入口之间的管路上设置有正仲氢转化催化剂注入口，用于促进蒸发气中的仲氢向正氢转化，释放冷能，为氦气提供冷量；

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述蒸发气回收单元还包括多个调节阀、多个检测元件及控制系统；

8.一种零排放的液氢生产和储存方法，在权利要求1-7中任一项所述的系统中进行，其特征在于，所述的方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)中预冷单元和深冷单元的冷量是由高压循环冷剂和低压循环冷剂共同提供，高压循环冷剂物料走向与原料氢气物料走向相同，低压循环冷剂物料走向与原料氢气物料走向相反；在预冷单元的原料氢气进料侧，低压循环冷剂经循环冷剂压缩机压缩作为高压循环冷剂循环使用，深冷单元的高压液氢出料侧，高压循环冷剂经节流作为低压循环冷剂循环使用；高压循环冷剂分为多股，且每股通过各自的循环冷剂膨胀机膨胀形成多股低压冷剂分别注入到低压循环冷剂中循环使用；预冷单元还通过预冷冷剂预冷高压氢气，预冷冷剂物料走向与原料氢气物料走向相反；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

技术总结
本发明提供一种零排放的液氢生产和储存系统及方法，该系统包括相互连接的液氢生产系统和液氢储存系统；液氢生产系统包括依次连接的原料氢气进料管线、调压单元、预冷单元和深冷单元，用于液化原料氢气，产生液氢和未液化氢气；液氢储存系统包括分离单元、储存单元和蒸发气回收单元；分离单元和储存单元用于将液氢和未液化氢气进行分离后储存；蒸发气回收单元用于液化蒸发气，并将液化的蒸发气回收至储存单元，未液化的蒸发气返回深冷单元循环使用。本发明将储存单元中未液化氢气和再汽化氢气作为蒸发气进行液化，并将液化的蒸发气回收至储存单元，未液化的蒸发气返回深冷单元循环使用，实现蒸发气的零排放，解决了巨大的能量浪费和安全风险问题。

技术研发人员：李凤奇,刘海潇,张健,李明,周鑫,丁夷非,施政灼,杨子健,冯玉婷
受保护的技术使用者：中国石化工程建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23