基于液氮預冷的氫液化流程設計及系統(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、儲運和應用等一系列問題，而儲運則是氫能應用的重要關鍵。綜合考慮系統(tǒng)質量、體積儲氫密度和儲存溫度，如果氫液化的效率得以進一步提高，液氫可望成為大規(guī)模儲運的主要形式之一[4.5]。
　　目前運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行改進，并且提出了許多創(chuàng)新的流程，但多是以創(chuàng)新設備、提高設備的效率為前提。在對比研究這些改進或創(chuàng)新流程基礎上，本文提出了一種基于液氮預冷、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)有技術和設備條件下實現(xiàn)工程應用。
　　傳統(tǒng)的Aspen Plus、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD等模擬軟件，無法進行正-仲氫物性調用，

3、因此本文自行開發(fā)了Matlab應用程序對設計流程進行模擬，通過調用Refprop程序解決了平衡氫的物性計算問題。經過模擬發(fā)現(xiàn)，末級為J-T節(jié)流、閃蒸氣經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的流程接近。液氫產量為50T/day、末級為J-T節(jié)流的設計流程，系統(tǒng)火用效率為38.52％；末級膨脹為液體膨脹機的設計流程，系統(tǒng)火用效率為40.17％。此外，對換熱器的U·A進行了計算，模擬了流體沿換熱器長度方向的溫度分布。最后，