基于液氮預(yù)冷的氫液化流程設(shè)計(jì)及系統(tǒng)模擬.pdf

1、氫作為可從多種途徑獲取的理想能源載體，是化石能源向可再生能源過渡的重要橋梁之一，將為能源的清潔利用帶來新的變革[1]。氫能利用需要解決制取、儲運(yùn)和應(yīng)用等一系列問題，而儲運(yùn)則是氫能應(yīng)用的重要關(guān)鍵。綜合考慮系統(tǒng)質(zhì)量、體積儲氫密度和儲存溫度，如果氫液化的效率得以進(jìn)一步提高，液氫可望成為大規(guī)模儲運(yùn)的主要形式之一[4.5]。
　　目前運(yùn)行的大型氫液化裝置，火用(exergy)效率普遍都較低，僅為20～30％[4]。過去幾十年，許多研究者都在

2、研究如何提高氫液化的效率，對克勞特型氫液化流程進(jìn)行改進(jìn)，并且提出了許多創(chuàng)新的流程，但多是以創(chuàng)新設(shè)備、提高設(shè)備的效率為前提。在對比研究這些改進(jìn)或創(chuàng)新流程基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于液氮預(yù)冷、氦制冷、末級膨脹采用J-T節(jié)流的氫液化流程，節(jié)流后閃蒸的飽和氫氣直接由氦氣冷凝。該流程的顯著特色在于可在現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備條件下實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
　　傳統(tǒng)的Aspen Plus、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD等模擬軟件，無法進(jìn)行正-仲氫物性調(diào)用，

3、因此本文自行開發(fā)了Matlab應(yīng)用程序?qū)υO(shè)計(jì)流程進(jìn)行模擬，通過調(diào)用Refprop程序解決了平衡氫的物性計(jì)算問題。經(jīng)過模擬發(fā)現(xiàn)，末級為J-T節(jié)流、閃蒸氣經(jīng)冷氦氣冷凝的氫液化流程，其火用效率與末級膨脹用液體膨脹機(jī)的流程接近。液氫產(chǎn)量為50T/day、末級為J-T節(jié)流的設(shè)計(jì)流程，系統(tǒng)火用效率為38.52％；末級膨脹為液體膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)流程，系統(tǒng)火用效率為40.17％。此外，對換熱器的U·A進(jìn)行了計(jì)算，模擬了流體沿?fù)Q熱器長度方向的溫度分布。最后，