西红柿大规模氢液化方法与装置

【西红柿大规模氢液化方法与装置】0引言
随着化石能源的日益枯竭和环境问题的突出，化石燃料时代必然向绿色能源时代转变。主要是两个方面：一是化石能源消耗向绿色能源再生转变；另一个是从高碳燃料向低碳燃料转变，所以本质上是燃料的加氢减碳过程。在众多可以利用的新能源中，氢能凭借着来源广泛、可储存、可再生、可电可燃、零污染、零排放的特殊性质，受到广泛关注。
在氢能的利用过程中，储运是关键技术。相较于气氢储运，液氢储运具有低成本、携氢密度大、纯度高、适合长距离运输或氢能源大宗国际贸易、便于后期应用中加注等优点，是行业内公认的大规模运用氢能的重要环节。为获得液氢，氢的液化是支撑氢气大规模收集、储存与运输、应用的基础技术。
在液氢产业方面，在国外，尤其是美国，技术成熟、产能巨大。而国内的液氢产品质量和制造水平还与美国存在较大差距。掌握独立研发大规模氢液化装置的能力，是氢能纳入我国能源战略这一关键时期紧迫任务。本文简要回顾了氢液化的发展历史，着重介绍大型氢液化（LHL）的方法和循环，介绍国内外大型氢液化装置的发展现状，进一步提出了未来大型氢液化装置的发展方向。
1氢液化循环简介1.1J-T节流循环
1898年，英国的JamesDewar首次以4cc/min的产量液化了氢。氢气经过换热冷却和J-T节流，实现部分氢气液化。
1.2Linde-Hampson循环
1895年，德国的Hampson将回热式换热器应用在空气液化中，同时采用节流阀和换热器结合的方式，通过膨胀来降低温度，实现了液化速率为1L/h的液化空气。同时德国的Linde也采用了相似的结构，在工业规模上对空气进行了液化。后来将Hampson和Linde分别提出的这种空气循环命名为Linde-Hampson循环，标志着现代液化新纪元的开始，也为之后的氢液化提供了思路。液氮预冷的Linde-Hampson循环实现了氢的液化。
1.3Claude循环
1902年， Claude循环被提出，图1展示了Claude循环的基本形式。该循环结合了气体液化技术、间壁式冷却和膨胀机。其中核心部件膨胀机通过等熵膨胀，提供低温区的冷量。液氮预冷的Claude循环比预冷的Linde-Hampson循环效率高50%-70% ，是目前在用的全部大型氢液化装置的基础。

本文插图
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图1简单Claude循环基本形式
1.4逆布雷顿循环制冷的氢液化系统
逆布雷顿循环制冷的氢液化系统由氦制冷系统与氢系统两部分组成，该系统的流程如图2所示。氦制冷系统中的工质氦先被压缩，通过液氮预冷，再被换热器逐级冷却，最后在氦透平膨胀机中膨胀降至低温。氢系统中，被压缩的氢气经液氮预冷后在热交换器内被冷氦气降温，得到液氢。氦制冷的氢液化系统复杂，能耗较高，在大型氢液化系统中未得到广泛的应用。

本文插图
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图2氦制冷的氢液化系统
2大规模氢液化装置发展现状2.1国内外产能对比
国外的氢液化技术发展较早，技术已较为成熟。国内起步较晚，与国外存在较大的差距。从液氢产能上来看，北美占了全球液氢产能总量的85%以上。美国本土已有15座以上的液氢工厂，液氢产能达326t/D以上，居于全球首位，包括加拿大有80t/D的液氢产能也为美国所用。近年来，美国开始建设新的液化氢工厂，扩大液氢产能，预计2021年美国本土的液氢产能将超过500t/D 。欧洲4座液氢工厂液氢产能24t/D 。亚洲有16座液氢工厂，总产能38.3t/D ，其中日本占了亚洲三分之二的产能。

西红柿大规模氢液化方法与装置

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