氢储存运输及加注技术教学课件：3.2氢液化工艺

氢液化工艺常见的制冷工艺蒸汽压缩式制冷蒸汽吸收式制冷蒸汽喷射式制冷吸附式制冷涡流管制冷磁制冷绝热放气制冷电化学制冷热电制冷绝热膨胀制冷、节流制冷常见的制冷工艺蒸汽压缩式制冷蒸汽吸收式制冷常见的制冷工艺蒸汽喷射式制冷吸附式制冷常见的制冷工艺涡流管制冷磁制冷常见的制冷工艺绝热放气制冷电化学制冷常见的制冷工艺热电制冷绝热膨胀制冷节流制冷膨胀机压缩机绝热膨胀制冷氢气液化制冷节流制冷效果随温度降低而降低，但不需要预冷。温度越低，制冷效果越好，但需要预冷。相同压降气体在准静态绝热膨胀中的温降大于节流过程的温降。低温液体预冷绝热膨胀制冷气体温度降低至转换温度以下，再经过节流过程进一步降低温度，直至液化。氢气液化过程正仲氢转化器低温吸附器压缩机换热器节流阀低温吸附器低温吸附过程为了进一步去除氢路或氦路中，氧、氮及水等杂质一般制冷路设置一个低温吸附器，原料氢路设置两路低温吸附器正仲氢转化过程低温时液态正仲氢转化时放出的热量超过气化潜热（447千焦每千克），因此必须经过正仲氢转化。正仲氢转化器正氢：高能态仲氢：低能态不同温度下正-仲氢的转化热温度·（k）102020.393060150300转化热Q（卡/克分子）338.648338.649338.648338.648321.700207.17517.710氢气预冷、节流过程节流效应换热器氢气预冷等熵膨胀或等焓节流转化温度以下临界温度以下节流阀氢气液化降低氢气温度达到液化温度以下节流阀制备液氢主要包含以下步骤：氢气的提纯与干燥1氢气压缩2氢气冷却3氢气膨胀/节流液化4正-仲氢转化51895年，德国的低温工程师林德和英国的汉普逊分别独立申请了用于液化气体的专利，被后世称为林德-汉普逊循环。常见氢液化循环工艺林德-汉普逊循环克劳德循环核心转化温度以下的氢气通过节流膨胀阀后，温度降低从而液化。常见氢液化循环工艺林德-汉普逊循环压缩机增压热交换器冷氮气进行初级冷却剩余的2个热交换器内依次被压缩氮气氮冷却节流膨胀阀部分氢气冷却为液氢分离器分离剩余氢气再循环与新氢气重新混合常见氢液化循环工艺林德-汉普逊循环装置简单运转可靠易处理优点效率较低缺点高到10至15MPa该循环主要用于科研和试验装置中的小型氢液化装置。压力温度降至50至70K时理想液化率24%到25%膨胀机的作用常见氢液化循环工艺克劳德循环1902年，法国工程师克劳德发明了一种带有活塞式膨胀机的空气液化工艺，后人把带膨胀机的气体液化循环统称为克劳德循环。利用绝热膨胀效应，使得氢气利用其内能对外做功，进而实现氢气温度的下降。常见氢液化循环工艺林德-汉普逊循环克劳德循环氢液化系统通过膨胀机的绝热膨胀效应将部分氢气温度下降，并利用其自身冷量作为预冷冷源为氢气降温，因此效率更高。透平膨胀机林德-汉普逊循环和克劳德循环比较两种工艺有何异同呢？林德-汉普逊循环和克劳德循环比较相同点：都需要对氢气进行压缩、预冷、节流等步骤才能完成氢气的液化；经节流未被液化的氢气都会与新进料氢气进行新一轮液化循环。林德-汉普逊循环和克劳德循环比较不同点：需要使用压缩氮气和液氮作为制冷剂为压缩氢气预冷。使用膨胀机冷却部分氢气，并将过冷氢气代替液氮和压缩氮气作为压缩氢气的制冷剂。林德-汉普逊循环克劳德循环林德-汉普逊循环和克劳德循环比较不同点：装置简单、运行可靠，但效率较低，适合小型设备。单位能耗更低，更适