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CN111919077A - 液态氢制造设备和氢气制造设备 - Google Patents

液态氢制造设备和氢气制造设备 Download PDF

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CN111919077A
CN111919077A CN201980023018.4A CN201980023018A CN111919077A CN 111919077 A CN111919077 A CN 111919077A CN 201980023018 A CN201980023018 A CN 201980023018A CN 111919077 A CN111919077 A CN 111919077A
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carbon dioxide
liquid
liquid hydrogen
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CN201980023018.4A
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Inventor
高濑智教
林尚一郎
森秀树
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Abstract

液态氢制造设备的特征在于，具有：重整器，其对烃进行重整而生成氢气；氢液化装置，其使所述氢气液化而生成液态氢；贮存器，其用于贮存所述液态氢；以及热交换器，其使在所述贮存器内产生的蒸发气体和在生成所述氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换而使所述二氧化碳液化。

Description

液态氢制造设备和氢气制造设备
技术领域
本发明涉及液态氢制造设备和氢气制造设备。
背景技术
以往，公知有通过从烃(hydrocarbon)生成氢气并使该氢气液化来制造液态氢的液态氢制造设备。这样的液态氢制造设备例如在日本特开2002-243360号公报(专利文献1)中被提出。
专利文献1的液态氢制造设备具有：氢气生成装置，其从使液化天然气气化而得的天然气生成氢气；以及氢液化装置，其使所述生成的氢气液化。并且，所述液态氢制造设备还具有设置在所述氢气生成装置与所述氢液化装置之间的热交换器。该热交换器将通过使所述液化天然气和所述生成的氢气进行热交换而预冷的氢气提供到所述氢液化装置。
但是，在专利文献1中没有记载在生成氢气的过程中产生的二氧化碳的处理。为了对该二氧化碳进行处理，以往进行所谓的CCS(Carbon dioxide Capture and Storage：碳捕获与封存)。在该CCS中，大多进行二氧化碳的液化。例如，在日本特开2010-208913号公报(专利文献2)中提出了用于高效地进行该二氧化碳的液化的混合氢供给站。
专利文献2的混合氢供给站具有：现场型氢供给站，其利用水蒸气对天然气进行重整；以及异地型氢供给站，其接受液态氢而提供液态氢或氢气。在现场型氢供给站产生的二氧化碳在热交换器中通过从异地型氢供给站提取的液态氢的冷热而被液化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-243360号公报
专利文献2：日本特开2010-208913号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，专利文献2的混合氢供给站并不制造液态氢。并且，由于专利文献2的混合氢供给站提取贮存在贮存器中的液态氢的一部分并使二氧化碳液化，所以存在应向需求者提供的液态氢减少的问题。
因此，本发明的目的在于，能够使在生成氢气的过程中产生的二氧化碳高效地液化的液态氢制造设备。并且，本发明的目的在于，提供在不减少应向需求者提供的液态氢的情况下能够使在生成氢气的过程中产生的二氧化碳液化的氢气制造设备。
用于解决课题的手段
为了解决所述课题，本发明的一个方面的液态氢制造设备的特征在于，具有：重整器，其对烃进行重整而生成氢气；氢液化装置，其使所述氢气液化而生成液态氢；贮存器，其用于贮存所述液态氢；以及热交换器，其使在所述贮存器内产生的蒸发气体和在生成所述氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换而使所述二氧化碳液化。
根据上述结构，通过使在用于贮存液态氢的贮存器内产生的蒸发气体和在生成氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换，能够利用所述蒸发气体的冷热来作为用于使所述二氧化碳液化的冷热源。因此，能够在液态氢制造设备中使所述二氧化碳高效地液化。
并且，本发明的其他方面的液态氢制造设备的特征在于，具有：重整器，其对烃进行重整而生成氢气；氢液化装置，其利用液态氮的气化热对所述氢气进行冷却，从而使所述氢气液化而生成液态氢；以及热交换器，其使从所述氢液化装置排出的氮气和在生成所述氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换而使所述二氧化碳液化。
根据上述结构，通过使从氢液化装置以比较低温的状态排出的氮气和在生成氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换，能够利用所述氮气的冷热来作为用于使所述二氧化碳液化的冷热源。因此，能够在液态氢制造设备中使所述二氧化碳高效地液化。
所述烃也可以是在液化天然气中作为主成分而含有的甲烷。
根据上述结构，由于向重整器提供在液化天然气中作为主成分而含有的甲烷，所以能够对所述甲烷进行重整而使在生成氢气的过程中产生的二氧化碳高效地液化。
例如，所述重整也可以是水蒸气重整。
此外，为了解决所述课题，本发明的氢气制造设备的特征在于，具有：重整器，其对烃进行重整而生成氢气；贮存器，其用于贮存从外部提供的液态氢；以及热交换器，其使在所述贮存器内产生的蒸发气体和在生成所述氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换而使所述二氧化碳液化。
根据上述结构，通过使在用于贮存从外部提供的液态氢的贮存器内产生的蒸发气体和在生成氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换，能够利用所述蒸发气体的冷热来作为用于使所述二氧化碳液化的冷热源。因此，即使不从贮存器提取液态氢，也能够使所述二氧化碳液化。其结果是，在向需求者提供贮存器内的液态氢的情况下，能够在不减少应向需求者提供的液态氢的情况下使所述二氧化碳液化。
发明效果
根据本发明，能够提供可以使在生成氢气的过程中产生的二氧化碳高效地液化的液态氢制造设备。并且，根据本发明，能够提供可以在不减少应向需求者提供的液态氢的情况下使在生成氢气的过程中产生的二氧化碳液化的氢气制造设备。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的液态氢制造设备的概略结构图。
图2是本发明的第2实施方式的液态氢制造设备的概略结构图。
图3是其他实施方式的氢气制造设备的概略结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的液态氢制造装置进行说明。另外，本发明并不受本实施方式限定。并且，以下，在所有的图中，对相同或相当的要素标注相同的参照标号而省略其重复的说明。
在以下的说明及附图中，在化学式的末尾带有(G)的情况下，意味着该物质为气体状态。并且，在化学式的末尾带有(L)的情况下，意味着该物质为液体状态。
1.第1实施方式
(整体结构)
图1示出了本发明的第1实施方式的液态氢制造设备10A。本实施方式的液态氢制造设备10A具有：重整器(reformer)20，其对在液化天然气(Liquefied Natural Gas、所谓的“LNG”)中作为主成分而含有的甲烷CH4(L)(烃)进行重整而生成氢气H2(G)；氢液化装置30，其使该氢气H2(G)液化而生成液态氢H2(L)；以及贮存器40，其用于贮存该液态氢H2(L)。并且，液态氢制造设备10A具有热交换器60，该热交换器60使在贮存器40内产生的蒸发气体和在生成氢气H2(G)的过程中产生的二氧化碳CO2(G)进行热交换而使该二氧化碳CO2(G)液化。
(重整器20)
重整器20使用水蒸气H2O(G)对上述甲烷CH4(L)进行重整而生成氢气H2(G)。即，重整器20通过水蒸气重整而从上述甲烷CH4(L)生成氢气H2(G)。在重整器20中生成的氢气H2(G)被输送到氢液化装置30。并且，在生成氢气H2(G)的过程中产生的二氧化碳CO2(G)被输送到后述的气体压缩器50。
(氢液化装置30)
氢液化装置30利用液态氮N2(L)的气化热对在重整器20中生成的氢气H2(G)进行冷却，从而使该氢气H2(G)液化而生成液态氢H2(L)。在氢液化装置30中生成的液态氢H2(L)被输送到贮存器40。例如，氢液化装置30也可以在利用液态氮N2(L)的气化热使氢气H2(G)冷却之后，使用热泵进一步对所述氢气H2(G)进行冷却，然后使所述氢气H2(G)绝热膨胀，从而对所述氢气H2(G)进行液化而生成液态氢H2(L)。
并且，在生成液态氢H2(L)的过程中，所述液态氮N2(L)气化而产生氮气N2(G)。由于该氮气N2(G)为低温状态，因此例如在被加热到规定的温度之后，可以排出到大气中。另外，贮存在贮存器40中的液态氢H2(L)例如可以装载在船舶及车辆等搬送体中而搬运至目的地。
(贮存器40)
贮存器40贮存在氢液化装置30中生成的液态氢H2(L)。由于该液态氢H2(L)处于约-253℃的极低温状态，所以贮存器40具有绝热保冷性能，但即使这样具有绝热保冷性能，液态氢H2(L)也会在贮存器40内一点点地自然蒸发。即，在贮存器40内产生蒸发气体(即，氢气H2(G))。该蒸发气体被输送到热交换器60。
(热交换器60)
热交换器60使在贮存器40内产生的蒸发气体和由重整器20在生成氢气H2(G)的过程中产生的二氧化碳CO2(G)进行热交换而使所述二氧化碳CO2(G)液化。由于二氧化碳CO2(G)在常温常压的状态下不液化，所以在被气体压缩器50压缩之后被提供到热交换器60。
所述蒸发气体在热交换器60中与二氧化碳CO2(G)进行热交换之后，被向朝向氢液化装置30的流路输送或者向设置在液态氢制造设备10A内的发电器70输送。所述蒸发气体优选在被加热到规定的温度并且被压缩之后，被向朝向所述氢液化装置30的流路输送。输送到该流路的氢气H2(G)在氢液化装置30中再次被液化。并且，输送到发电器70的氢气H2(G)被用于发电的燃料。
然后，液化的二氧化碳CO2(L)被输送到CCS场所80而贮存在地中。
(效果)
本实施方式的液态氢制造设备10A通过使在用于贮存液态氢H2(L)的贮存器40内产生的蒸发气体和在生成氢气H2(G)的过程中产生的二氧化碳CO2(G)进行热交换，能够利用所述蒸发气体的冷热来作为用于使所述二氧化碳CO2(G)液化的冷热源。因此，能够在液态氢制造设备10A中使所述二氧化碳CO2(G)高效地液化。
并且，在本实施方式中，向重整器20提供在液化天然气中作为主成分而含有的甲烷CH4(L)，所以能够对该甲烷CH4(L)进行重整而使在生成氢气H2(G)的过程中产生的二氧化碳CO2(G)高效地液化。
2.第2实施方式
图2示出了本发明的第2实施方式的液态氢制造设备10B。另外，本实施方式的液态氢制造设备10B在很多方面具有与上述第1实施方式的液态氢制造设备10A相同的构造。因此，对相同部分标注相同的参照标号，不重复同样的说明。
在本实施方式中，在氢液化装置30中生成液态氢H2(L)的过程中产生的氮气N2(G)被输送到热交换器60。并且，在本实施方式中，在贮存器40内产生的蒸发气体(即，氢气H2(G))被向朝向氢液化装置30的流路输送，或者被向设置在液态氢制造设备10B内的发电器70输送。优选所述蒸发气体在被加热到规定的温度并且被压缩之后，被向朝向所述氢液化装置30的流路输送。输送到该流路的氢气H2(G)在氢液化装置30中再次被液化。并且，输送到发电器70的氢气H2(G)被用作发电的燃料。
(热交换器60)
在本实施方式中，热交换器60使从氢液化装置30排出的氮气N2(G)和由重整器20在生成氢气H2(G)的过程中产生的二氧化碳CO2(G)进行热交换而使所述二氧化碳CO2(G)液化。在使二氧化碳CO2(G)液化的过程中，所述液态氮N2(L)气化而产生氮气N2(G)。由于该氮气N2(G)为低温状态，所以例如在被加热到规定的温度之后，可以排出到大气中。
然后，与上述第1实施方式同样，液化的二氧化碳CO2(L)被搬送到CCS场所80并贮存在地中。
(效果)
本实施方式的液态氢制造设备10B通过使从氢液化装置30以比较低温的状态排出的氮气N2(G)和在生成氢气H2(G)的过程中产生的二氧化碳CO2(G)进行热交换，能够利用所述氮气N2(G)的冷热来作为用于使所述二氧化碳CO2(G)液化的冷热源。因此，能够在液态氢制造设备10B中使所述二氧化碳CO2(G)高效地液化。
3.其他实施方式
本发明不仅能够应用于液态氢制造设备，还能够应用于氢气制造设备。在图3中示出了该情况的一例。如图3所示，本实施方式的氢气制造设备12除了不具有氢液化装置30及其附带的各种线之外，具有与上述第1实施方式的液态氢制造设备10A相同的构造。因此，对相同部分标注相同的参照标号，不重复同样的说明。
另外，具体来说，上述各种线是指向氢液化装置30提供氢气H2(G)的线及提供液态氮N2(L)的线。并且，是从氢液化装置30排出液态氢H2(L)的线及排出氮气N2(G)的线。并且还是在贮存器40内产生的蒸发气体在热交换器60中与二氧化碳CO2(G)进行了热交换之后被向朝向氢液化装置30的流路输送的线。
本实施方式的贮存器40贮存从外部提供的液态氢H2(L)。该液态氢H2(L)例如也可以在设置于外部的液态氢制造设备中被制造之后，装载在船舶及车辆等搬送体上而被搬送，并被提供到贮存器40。
(效果)
本实施方式的氢气制造设备12通过使在用于贮存从外部提供的液态氢H2(L)的贮存器40内产生的蒸发气体和在生成氢气H2(G)的过程中产生的二氧化碳CO2(G)进行热交换，能够利用所述蒸发气体的冷热来作为用于使所述二氧化碳CO2(G)液化的冷热源。因此，即使不从贮存器40提取液态氢H2(L)，也能够使所述二氧化碳CO2(G)液化。其结果是，在向需求者提供贮存器40内的液态氢H2(L)的情况下，能够在不减少应向需求者提供的液态氢H2(L)的情况下使所述二氧化碳CO2(G)液化。
4.变形例
根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本发明的许多改良和其他实施方式是显而易见。因此，上述说明应该仅作为例示来解释，是以对本领域技术人员示教执行本发明的最佳方式的目的而提供的。在不脱离本发明的构思的情况下，能够实质性地变更其构造及/或功能的详细内容。
在上述实施方式中，对烃是在液化天然气中作为主成分而含有的甲烷CH4(L)的情况进行了说明，但并不限定于此。即，烃也可以是在液化天然气中作为主成分而含有的乙烷，还可以是在液化石油气(Liquefied Petroleum Gas、所谓的“LPG”)中作为主成分而含有的丙烷，或者可以是其他烃。
在上述实施方式中，对在重整器20中进行的重整是使用水蒸气H2O(G)的水蒸气重整的情况进行了说明，但并不限于此。即，在重整器20中进行的重整只要是从烃生成氢气H2(G)并排出二氧化碳CO2(G)，则可以是所谓的催化重整，或者也可以是其他重整。
在上述第1实施方式中，对在贮存器40内产生并在热交换器60中热交换的蒸发气体(即，氢气H2(G))在液态氢制造设备10A内的发电器70中被利用的情况进行了说明，但并不限于此。例如，所述热交换后的蒸发气体也可以在液态氢制造设备10A内的其他设备中被利用，或者也可以在设置于液态氢制造设备10A的外部的发电器或其他设备中被利用。另外，在上述其他实施方式的贮存器40内产生的蒸发气体也同样如此，因此，这里不重复进行其说明。
标号说明
10：液态氢制造设备；12：氢气制造设备；20：重整器；30：氢液化装置；40：贮存器；50：气体压缩器；60：热交换器；70：发电器；80：CCS场所。

Claims (5)

1.一种液态氢制造设备，其特征在于，
该液态氢制造设备具有：
重整器，其对烃进行重整而生成氢气；
氢液化装置，其使所述氢气液化而生成液态氢；
贮存器，其用于贮存所述液态氢；以及
热交换器，其使在所述贮存器内产生的蒸发气体和在生成所述氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换而使所述二氧化碳液化。
2.一种液态氢制造设备，其特征在于，
该液态氢制造设备具有：
重整器，其对烃进行重整而生成氢气；
氢液化装置，其利用液态氮的气化热对所述氢气进行冷却，从而使所述氢气液化而生成液态氢；以及
热交换器，其使从所述氢液化装置排出的氮气和在生成所述氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换而使所述二氧化碳液化。
3.根据权利要求1或2所述的液态氢制造设备，其中，
所述烃是在液化天然气中作为主成分而含有的甲烷。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的液态氢制造设备，其中，
所述重整是水蒸气重整。
5.一种氢气制造设备，其特征在于，
该氢气制造设备具有：
重整器，其对烃进行重整而生成氢气；
贮存器，其用于贮存从外部提供的液态氢；以及
热交换器，其使在所述贮存器内产生的蒸发气体和在生成所述氢气的过程中产生的二氧化碳进行热交换而使所述二氧化碳液化。
CN201980023018.4A 2018-03-29 2019-03-27 液态氢制造设备和氢气制造设备 Pending CN111919077A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

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