欢迎来到江苏九游品牌新能源科技有限公司网站!
0512-58588966典型的氢气液化过程分为四个部分:常温压缩、环境温度预冷至80k、80~ 30k的低温制冷、和由压力降低到环境压力而产生的液化。液化系统中的H2温度应降低到沸点温度(20K)。图1描绘了克劳德(Claude)单一过程中不同温度下的H2液化循环示意图。
通过焦耳-汤姆逊(J -T)阀,通过膨胀器,并使用外部辅助流体,当焓不变时,气体的压强减小时,可以降低在J - T系统中的温度。节流阀排出气体的温度差取决于J−T系数。该系数(μJT = (δT/δP)h)表示恒定焓过程中温度变化到气压变化的过程。如果初始气体温度低于转化温度(μJT = 0),则由于窒息过程导致温度下降。除氦、H2和Ne外,其他气体的峰值转化温度均高于环境温度。因此,为了使用J−T工艺降低H2温度,必须首先将其温度冷却到低于H2转化温度(205 K),因此,仅使用J−T工艺不能在环境温度下液化H2气体,必须进行预冷过程,下图2显示了几种不同气体及其反转点的J - T图。
适当预冷剂的选择和预冷段的配置为减少液化结构中的总SEC提供了有希望的指导方针。目前,空分系统产生的LN2(液氮)由于技术发达,温度条件适宜,是H2液化厂预冷步骤常用的制冷剂。根据国际上对纯氧的需求,未来大型氢气液化厂将无法获得廉价的LN2制冷剂。对于大型氢气液化工厂,低温下的高温差异阻碍了LN2的使用;使用LN2预冷至80k的效率较低。此外,生产LN2所需的最小能量是将进料H2冷冻至80k所需能量的两倍。因此,使用闭环氮气冷却循环和混合制冷剂可以解决这一问题。此外,在等熵膨胀过程中,膨胀剂可以降低H2的温度,这通常会降低理想气体和非理想气体的温度,由于H2液化过程是利用压力膨胀或压力降低现象来降低H2气体的温度,因此需要对进入的H2气体进行压缩机压缩过程。部分冷却可以在更高的温度下通过压缩进料到更大的压力来完成,这减少了提供所需制冷的电力消耗,但增加了在环境温度下冷凝的成本H2、氦和Ne是单独或混合用于冷却和液化步骤的候选物质,便于使用LN2的中小型氢气液化结构通常位于低温空分装置附近。氦是沸点比H2低的元素。然而,它的可用性和价格可能是主要的挑战。预冷段回收液氧可使H2温度降至90k;但是这个组件可能会遇到相同LN2冷回收等问题。相比之下,考虑到可用性和价格,用于预冷段的LNG冷回收(即液态甲烷)具有很好的前景。由于混合物的沸点取决于其组成,因此已开发出几种具有不同预冷温度的混合制冷剂。图3显示了使用膨胀器而不是J - T阀的重要性,特别是在高压压缩中。
图3:在J - T阀和膨胀器后不同压力和温度下的蒸汽分数变化。
在用Claude法和L-H法液化H2时,冷却是通过膨胀器等熵膨胀和J- T阀等温膨胀来实现的。此外,在反布雷顿循环中,制冷剂流动膨胀仅由涡轮膨胀器完成。低温冷却最重要的问题是H2在临界温度附近的比热值波动很大,这使得换热器的温度难以稳定。在某种程度上,输入氢气压强的增加解决了这个问题。压缩过程在较宽的温度范围内降低了冷负荷,但应通过调节冷却功率来管理可变的冷负荷。
图5:Claude系统中J−B过程和混合制冷剂预冷流程图。
图6:H2液化制冷剂中低沸点流体的不同温度范围。
文章来源:氢眼所见
注:已获得转载权
下一篇:(液)氢的理化学特性