一种氢气开式循环制冷系统技术方案

本发明专利技术涉及一种氢气开式循环制冷系统，包括依次连接的多级压缩制冷机构、第一换热器、正氢催化换热器、多级氢气低温膨胀机和液氢分离罐。所述液氢分离罐的入口与所述多级氢气低温膨胀机的出口连通，所述液氢分离罐还包括第一出口和第二出口，所述第一出口用于分离液氢，所述第二出口与所述多级氢气低温膨胀机、正氢催化换热器、第一换热器之间依次通过管道连通，所述第一换热器与所述原料氢气之间通过管道连通并一起进入至所述多级压缩制冷机构。采用了开式制冷液化系统，只需要一台压缩机，相对于传统技术，压缩机、压缩机驱动、压缩机级间换热器等设备数量减少约一半。间换热器等设备数量减少约一半。间换热器等设备数量减少约一半。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气开式循环制冷系统


[0001]本专利技术涉及氢气液化领域，尤其涉及一种氢气开式循环制冷系统。

技术介绍

[0002]传统的氢液液化制冷工质多采用氢气或氦气直接膨胀制冷，现有的氢气液化技术主要存在以下问题：
[0003]1)现有氢液液化制冷循环与原料氢气是两个相对独立的系统，制冷剂和原料气的物料不能相互连通，装置负荷调节不灵活。
[0004]2)氢气液化的能耗较高。
[0005]3)原料氢气中正氢比例较大，被液化后闪蒸速率较快，造成产品不易存储和闪蒸气量较大。
[0006]4)现有氢气液化技术一般采用两套压缩机系统，一是原料气压缩机，二是制冷剂压缩机，并各自配置驱动设备和压缩机级间冷却设备，造成设备数量较多，占地面价较大，操作较复杂，投资较大；
[0007]5)制冷膨胀机驱动压缩机，可操作性较差。

技术实现思路

[0008]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种氢气开式循环制冷系统，采用开式氢气制冷循环系统，原料氢气和制冷氢气同存在一个系统中，可以灵活的调节原料气的处理量和制冷氢气的循环量，装置的负荷调节范围比较宽。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0010]本专利技术提供一种氢气开式循环制冷系统，包括：
[0011]多级压缩制冷机构，多级所述压缩制冷机构的入口与原料氢气连通；
[0012]第一换热器，所述多级压缩制冷机构的出口与所述第一换热器的入口之连通；
[0013]多级氢气低温膨胀机构，所述多级氢气低温膨胀机构的入口与所述第一换热器之间连通；
[0014]液氢分离罐，所述液氢分离罐的入口与所述多级氢气低温膨胀机构的出口连通，所述液氢分离罐还包括第一出口和第二出口，所述第一出口用于分离液氢，所述第二出口与所述多级氢气低温膨胀机构、第一换热器之间依次通过管道连通，所述第一换热器与所述原料氢气之间通过管道连通并一起进入至所述多级压缩制冷机构。
[0015]进一步的，还包括LNG制冷装置，所述LNG制冷装置包括LNG储罐和LNG潜液泵，所述LNG潜液泵的出口与所述第一换热器之间通过第一管道连通，所述LNG储罐的入口与所述第一换热器之间通过第二管道连通，所述第一管道和第二管道上均设有控制阀。
[0016]进一步的，还包括正氢催化换热器，所述正氢催化换热器的入口与所述第一换热器的出口之间连通，所述正氢催化换热器的出口与所述多级氢气低温膨胀机构的入口连通，所述液氢分离罐的第二出口与所述多级氢气低温膨胀机构、正氢催化换热器、第一换热
器之间依次通过管道连通，所述第一换热器与所述原料氢气之间通过管道连通并一起进入至所述多级压缩制冷机构。
[0017]进一步的，所述多级压缩制冷机构为三级压缩制冷机构，所述三级压缩制冷机构包括依次连通的第一压缩机、第一冷却器、第二压缩机、第二冷却器和第三压缩机，所述第一压缩机、第二压缩机和第三压缩机由一台驱动电机驱动。
[0018]进一步的，还包括第二换热器，所述第二换热器的入口与所述第三压缩机的出口连通，所述第二换热器的出口与所述第一换热器的入口连通，所述第一换热器与所述原料氢气之间通过所述第二换热器连通。
[0019]进一步的，所述多级氢气低温膨胀机构为三级氢气低温膨胀机构，所述三级氢气低温膨胀机构包括依次连接的第一膨胀机、第三换热器、第二膨胀机、第四换热器和第三膨胀机，所述第三膨胀机的出口与所述液氢分离罐的入口连通。
[0020]进一步的，所述三级氢气低温膨胀机构还包括发电机，所述三级氢气低温膨胀机构通过耦合变速多级齿轮箱机械连接共同驱动所述发电机将压力能转化为电能。
[0021]进一步的，所述第一换热器为LNG浸没式翅片换热器。
[0022]进一步的，所述第三换热器和第四换热器均为板翅换热器。
[0023]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0024]1)针对现有氢气液化技术制冷循环与原料氢气是两个相对独立的系统，装置负荷调节不灵活的问题，本专利技术提出了一种开式氢气液化系统。氢气本身既是原料气又是制冷剂，而且液化和制冷循环合并为一个系统，氢气能够自由的在原料气和制冷剂之间进行匹配。装置升降负荷时，只需要调节一个原料气流量控制阀门，即可调节产品液氢的产量和冷剂的循环量。
[0025]2)针对氢气液化的能耗较高的问题，一方面本专利技术采用了接收站LNG的冷能作为原料气和制冷剂的预冷冷源，减小了氢气制冷循环的能耗，预冷换热器采用蒸发式冷却器，操控便捷，效率较高。另一方面本专利技术采用了氢气冷却器作为经济换热器，有效利用了LNG冷能，并减小了冷热物流在LNG蒸发冷却器中的换热温差。
[0026]3)LNG蒸发冷却器创新采用了浸没式板式换热器，提高了换热效率。
[0027]4)针对造成液氢产品不易存储和闪蒸气量较大的问题，本专利技术设置了低温正氢催化转化器，采用新型催化转化技术将正氢在低温环境下转化为仲氢。
附图说明
[0028]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0029]图1是本专利技术一实施例提供的氢气开式循环制冷系统的结构示意图；
[0030]附图中各标记表示如下：
[0031]1‑
第一换热器、2
‑
正氢催化换热器、3
‑
第三换热器、4
‑
第四换热器、5
‑
第一压缩机、6
‑
第二压缩机、7
‑
第三压缩机、8
‑
电机、9
‑
第一膨胀机、10
‑
第二膨胀机、11
‑
第三膨胀机、12
‑
发动机、13
‑
第一冷却器、14
‑
第二冷却器、15
‑
第二换热器、16
‑
液氢分离罐、17
‑
LNG储罐、18
‑
LNG潜液泵、19,20
‑
控制阀、100
‑
三级压缩制冷机构、200
‑
三级氢气低温膨胀机。
具体实施方式
[0032]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0033]本专利技术的实施例提供了一种氢气开式循环制冷系统，包括三级压缩制冷机构、第一换热器、三级氢气低温膨胀机构和液氢分离罐。三级所述压缩制冷机构的入口与原料氢气连通；所述三级压缩制冷机构的出口与所述第一换热器的入口之连通；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气开式循环制冷系统，其特征在于，包括：多级压缩制冷机构，多级所述压缩制冷机构的入口与原料氢气连通；第一换热器，所述多级压缩制冷机构的出口与所述第一换热器的入口之连通；多级氢气低温膨胀机构，所述多级氢气低温膨胀机构的入口与所述第一换热器之间连通；液氢分离罐，所述液氢分离罐的入口与所述多级氢气低温膨胀机构的出口连通，所述液氢分离罐还包括第一出口和第二出口，所述第一出口用于分离液氢，所述第二出口与所述多级氢气低温膨胀机构、第一换热器之间依次通过管道连通，所述第一换热器与所述原料氢气之间通过管道连通并一起进入至所述多级压缩制冷机构。2.根据权利要求1所述的氢气开式循环制冷系统，其特征在于，还包括LNG制冷装置，所述LNG制冷装置包括LNG储罐和LNG潜液泵，所述LNG潜液泵的出口与所述第一换热器之间通过第一管道连通，所述LNG储罐的入口与所述第一换热器之间通过第二管道连通，所述第一管道和第二管道上均设有控制阀。3.根据权利要求1所述的氢气开式循环制冷系统，其特征在于，还包括正氢催化换热器，所述正氢催化换热器的入口与所述第一换热器的出口之间连通，所述正氢催化换热器的出口与所述多级氢气低温膨胀机构的入口连通，所述液氢分离罐的第二出口与所述多级氢气低温膨胀机构、正氢催化换热器、第一换热器之间依次通过管道连通，所述第一换热器与所述原料氢气之间通过管道连...

【专利技术属性】
技术研发人员：花亦怀，张超，程昊，曾伟平，苏清博，张晓慧，李秋英，尹全森，张晴，张彧，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：