1.本發明屬于低溫工程裝備技術領域，具體涉及采用低溫透平壓縮循環的氫液化系統。
背景技術：
2.近年來，隨著我國清潔能源戰略實施和結構調整，各種新能源的開發和利用吸引了眾多的關注。其中，氫能作為高效清潔的能源，是當前能源問題重要的長期解決方案之一。如何安全有效地儲存和運輸是氫能大規模應用的關鍵技術挑戰。高壓常溫儲氫是目前應用最為廣泛、技術最為成熟的儲氫技術。但是隨著深冷、絕熱及真空技術的日益成熟，低溫液氫的儲運方式具有更高的存儲密度和更低的運行壓力，減少了單位質量輸運的能耗和空間成本，有望成為氫氣長距離運輸和大規模存儲的有效方式。
3.氫氣的液化是液氫儲運產業鏈中最關鍵的環節，具有技術工藝復雜、能耗占比高、投資成本高的特點。過去的幾十年，許多研究這都在研究如何提高氫液化的效率。提高氫液化的效率可以有效地減小氫液化設備運營的成本，也能間接地降低設備投資成本。
4.現有技術中的氫液化系統一般包括主制冷系統、液化系統、低溫換熱器組，主制冷系統設置壓縮機和膨脹機，并通過低溫換熱器組與液化系統中的氫氣進行換熱，對氫氣制冷，使其最終形成液氫產品。其中，壓縮機用于對制冷工質壓縮行程高壓，為主制冷系統的循環管路提供高壓工質，膨脹機用于將高壓工質膨脹制冷，為液化系統提供冷量。低溫換熱器組中，每個低溫換熱器配備一個正仲氫催化反應器(既可采用等溫連續反應器，也可以采用絕熱分步反應器)，以將氫氣催化為當前換熱器溫度下的平衡態氫氣。由氫氣氣源提供的原料氫氣依次通過多級換熱器內的正仲氫反應器，最后以液態的形式進入液氫儲罐并由產品出口流出。
5.但是目前運行的氫液化裝置的效率仍然比較低，僅有20～30％。氫液化工藝的主要不可逆損失主要來自于壓縮機、換熱器和膨脹機。目前主流的氫液化工藝所采用的氦氣螺桿式壓縮機和氫氣活塞式壓縮機的等溫效率都不是十分理想，僅有40～50％左右。
6.而采用氦氣或者氦-氖混合氣體作為主制冷循環工質的工藝在與換熱器進行換熱時，尤其是近氫氣臨界點附近的溫區存在較大的換熱溫差；而采用氫氣作為主制冷循環工質的工藝則由于工藝復雜，流道較多，且氫氣密度小阻力大等原因，實際工程中在換熱器部分所展現出效率也不盡理想。
7.目前氫液化工藝中低溫透平膨脹機的等熵效率一般可以達到70％以上，但是由于氫氣分子量小，對于大型的高速低溫氫氣低溫透平膨脹機仍然具有諸多技術挑戰，如大型透
聲明：
“采用低溫透平壓縮循環的氫液化系統的制作方法” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：河南中科清能科技有限公司
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2025年08月05日 ~ 07日 
