氫儲(chǔ)存運(yùn)輸及加注技術(shù)教學(xué)課件：3.2氫液化工藝

氫液化工藝常見(jiàn)的制冷工藝蒸汽壓縮式制冷蒸汽吸收式制冷蒸汽噴射式制冷吸附式制冷渦流管制冷磁制冷絕熱放氣制冷電化學(xué)制冷熱電制冷絕熱膨脹制冷、節(jié)流制冷常見(jiàn)的制冷工藝蒸汽壓縮式制冷蒸汽吸收式制冷常見(jiàn)的制冷工藝蒸汽噴射式制冷吸附式制冷常見(jiàn)的制冷工藝渦流管制冷磁制冷常見(jiàn)的制冷工藝絕熱放氣制冷電化學(xué)制冷常見(jiàn)的制冷工藝熱電制冷絕熱膨脹制冷節(jié)流制冷膨脹機(jī)壓縮機(jī)絕熱膨脹制冷氫氣液化制冷節(jié)流制冷效果隨溫度降低而降低，但不需要預(yù)冷。溫度越低，制冷效果越好，但需要預(yù)冷。相同壓降氣體在準(zhǔn)靜態(tài)絕熱膨脹中的溫降大于節(jié)流過(guò)程的溫降。低溫液體預(yù)冷絕熱膨脹制冷氣體溫度降低至轉(zhuǎn)換溫度以下，再經(jīng)過(guò)節(jié)流過(guò)程進(jìn)一步降低溫度，直至液化。氫氣液化過(guò)程正仲氫轉(zhuǎn)化器低溫吸附器壓縮機(jī)換熱器節(jié)流閥低溫吸附器低溫吸附過(guò)程為了進(jìn)一步去除氫路或氦路中，氧、氮及水等雜質(zhì)一般制冷路設(shè)置一個(gè)低溫吸附器，原料氫路設(shè)置兩路低溫吸附器正仲氫轉(zhuǎn)化過(guò)程低溫時(shí)液態(tài)正仲氫轉(zhuǎn)化時(shí)放出的熱量超過(guò)氣化潛熱（447千焦每千克），因此必須經(jīng)過(guò)正仲氫轉(zhuǎn)化。正仲氫轉(zhuǎn)化器正氫：高能態(tài)仲氫：低能態(tài)不同溫度下正-仲氫的轉(zhuǎn)化熱溫度·（k）102020.393060150300轉(zhuǎn)化熱Q（卡/克分子）338.648338.649338.648338.648321.700207.17517.710氫氣預(yù)冷、節(jié)流過(guò)程節(jié)流效應(yīng)換熱器氫氣預(yù)冷等熵膨脹或等焓節(jié)流轉(zhuǎn)化溫度以下臨界溫度以下節(jié)流閥氫氣液化降低氫氣溫度達(dá)到液化溫度以下節(jié)流閥制備液氫主要包含以下步驟：氫氣的提純與干燥1氫氣壓縮2氫氣冷卻3氫氣膨脹/節(jié)流液化4正-仲氫轉(zhuǎn)化51895年，德國(guó)的低溫工程師林德和英國(guó)的漢普遜分別獨(dú)立申請(qǐng)了用于液化氣體的專(zhuān)利，被后世稱(chēng)為林德-漢普遜循環(huán)。常見(jiàn)氫液化循環(huán)工藝林德-漢普遜循環(huán)克勞德循環(huán)核心轉(zhuǎn)化溫度以下的氫氣通過(guò)節(jié)流膨脹閥后，溫度降低從而液化。常見(jiàn)氫液化循環(huán)工藝林德-漢普遜循環(huán)壓縮機(jī)增壓熱交換器冷氮?dú)膺M(jìn)行初級(jí)冷卻剩余的2個(gè)熱交換器內(nèi)依次被壓縮氮?dú)獾鋮s節(jié)流膨脹閥部分氫氣冷卻為液氫分離器分離剩余氫氣再循環(huán)與新氫氣重新混合常見(jiàn)氫液化循環(huán)工藝林德-漢普遜循環(huán)裝置簡(jiǎn)單運(yùn)轉(zhuǎn)可靠易處理優(yōu)點(diǎn)效率較低缺點(diǎn)高到10至15MPa該循環(huán)主要用于科研和試驗(yàn)裝置中的小型氫液化裝置。壓力溫度降至50至70K時(shí)理想液化率24%到25%膨脹機(jī)的作用常見(jiàn)氫液化循環(huán)工藝克勞德循環(huán)1902年，法國(guó)工程師克勞德發(fā)明了一種帶有活塞式膨脹機(jī)的空氣液化工藝，后人把帶膨脹機(jī)的氣體液化循環(huán)統(tǒng)稱(chēng)為克勞德循環(huán)。利用絕熱膨脹效應(yīng)，使得氫氣利用其內(nèi)能對(duì)外做功，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氫氣溫度的下降。常見(jiàn)氫液化循環(huán)工藝林德-漢普遜循環(huán)克勞德循環(huán)氫液化系統(tǒng)通過(guò)膨脹機(jī)的絕熱膨脹效應(yīng)將部分氫氣溫度下降，并利用其自身冷量作為預(yù)冷冷源為氫氣降溫，因此效率更高。透平膨脹機(jī)林德-漢普遜循環(huán)和克勞德循環(huán)比較兩種工藝有何異同呢？林德-漢普遜循環(huán)和克勞德循環(huán)比較相同點(diǎn)：都需要對(duì)氫氣進(jìn)行壓縮、預(yù)冷、節(jié)流等步驟才能完成氫氣的液化；經(jīng)節(jié)流未被液化的氫氣都會(huì)與新進(jìn)料氫氣進(jìn)行新一輪液化循環(huán)。林德-漢普遜循環(huán)和克勞德循環(huán)比較不同點(diǎn)：需要使用壓縮氮?dú)夂鸵旱鳛橹评鋭閴嚎s氫氣預(yù)冷。使用膨脹機(jī)冷卻部分氫氣，并將過(guò)冷氫氣代替液氮和壓縮氮?dú)庾鳛閴嚎s氫氣的制冷劑。林德-漢普遜循環(huán)克勞德循環(huán)林德-漢普遜循環(huán)和克勞德循環(huán)比較不同點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，但效率較低，適合小型設(shè)備。單位能耗更低，更適