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CN211601324U - 一种正-仲氢转化系统 - Google Patents

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CN211601324U CN201922472049.8U CN201922472049U CN211601324U CN 211601324 U CN211601324 U CN 211601324U CN 201922472049 U CN201922472049 U CN 201922472049U CN 211601324 U CN211601324 U CN 211601324U
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Abstract

本实用新型公开了一种正‑仲氢转化系统，包括冷箱，所述冷箱内设有冷却介质系统、氢气系统、制冷工质系统和换热系统，冷却介质为氮气，制冷工质为氦气，氢气经过八级换热装置换热，以及经过正仲氢转化装置转化，转化后的液氢中仲氢含量达到了95％以上。本实用新型的第一换热装置以冷氮气和从二级换热器中回流的氦气作为冷却介质，提高了冷却效果，降低了系统运行的能耗；第二正仲氢转化装置、第三正仲氢转化装置、第四正仲氢转化装置转化后的氢气回流，经对应的换热装置重新冷却，降低了系统能耗，通过冷却介质系统、氦气系统、氢气系统的配合作用，提高了氢气液化的能力。

Description

一种正-仲氢转化系统
技术领域
本实用新型涉及一种正-仲氢转化系统。
背景技术
正常氢气是由正氢和仲氢分子组成，由于氢的临界温度和转化温度低,汽化潜热小,其理论最小液化功在所有气体当中是最高的,所以液化较困难。液化时需在催化剂作用下使正氢迅速和接近全部地转化为仲氢，以避免液氢贮存中正氢继续向仲氢转化而产生转化热，从而导致液氢挥发损失。氢的液化采用压缩、膨胀、冷却、压缩循环过程。因此该技术的难点在于液氢的制取及储存，避免正氢转化为仲氢。
当氢取代油、天然气和煤碳进行规模化广泛使用时,储氢密度是关键性经济指标之一。1.储氢密度高，液氢的密度为约为气态氢的800倍与同一体积的储氢容器相比,其储氢质量大幅度提高车用氢存储系统。联合国能源署(IEA)提出的目标是质量储氢密度大于5％、体积储氢密度大于50kg H2/m3,并且放氢温度低于423K。美国能源部(DOE)提出的目标是质量储氢密度不低于6.5％,体积储氢密度不低于62kg H2/m3,车用储氢系统的实际储氢能力大于3.1kg(相当于小汽车行驶500km所需的燃料)。运输储罐车的容积有限，但随着密度的变化，每辆储罐车能运输的氢气的量就会有很大的差距，可想而知成本也就会有着较大的差距。
现有的氢制冷流程存在下述缺陷，1.氢透平以及压缩机转子应力高,目前我国相关技术还不成熟；2.氢工质对材料有氢脆现象；3.操作压力高,易泄露,危险性大。
实用新型内容
本实用新型提供了一种液氢生产以及一种正-仲氢转化系统，可以解决现有技术中的上述缺陷。
本实用新型的技术方案如下：
一种正-仲氢转化系统，包括冷箱(1)，所述冷箱(1)用于提供一低温环境以及用于保温，所述冷箱(1)内设有冷却介质系统、氢气系统、制冷工质系统和换热系统；其中，
所述换热系统包括第一换热装置(10)、第二换热装置(20)、第三换热装置(30)、第四换热装置(40)、第五换热装置(50)、第六换热装置(60)、第七换热装置(70)和第八换热装置(80)，换热装置用于至少两种介质之间热量的交换；
所述冷却介质系统包括冷却介质流入管(11)、用于将所述冷却介质进行冷却的冷却装置(13)和冷却介质流出管(12)，所述冷却介质流入管(11)与所述冷却装置(13)的第一入口端连接，所述冷却介质流出管(12)与所述冷却装置(13)的第一出口端连接，所述冷却介质流出管(12)的另一端连接所述第一换热装置(10)的第四入口端；冷却介质优选的为氮气，容易获得且成本低，氮气从冷箱(1)外通过冷却介质流入管(11)进入冷却装置(13)，冷箱(1)对氮气进行初步降温，冷却装置(13)对氮气进一步冷却为液氮，冷却装置(13)中为液态氮气与气态氮气的平衡；气态氮气从冷却介质流出管(12)流出并进入第一换热装置(10)，起到对第一换热装置(10)的初步预冷的作用；
氦气作为制冷工质，其绝热指数高；所述氦气系统包括第一管路(21)、第二管路(22)和一压缩机(7)，所述第一管路(21)依次串接所述第一换热装置(10)、所述第二换热装置(20)、所述第三换热装置(30)、所述第四换热装置(40)、所述第六换热装置(60)和所述第七换热装置(70)，所述第一管路(21)还连接所述第八换热装置(80)的第二入口端；所述第八换热装置(80)的第二出口端连接第二管路(22)，所述第二管路(22)连还依次串接所述第七换热装置(70)、所述第六换热装置(60)、所述第五换热装置(50)、所述第四换热装置(40)、所述第三换热装置(30)和所述第一换热装置(10)；所述第二管路(22)在所述冷箱(1)外连接所述压缩机(7)的入口端，所述压缩机(7)的出口端连接所述第一管路(21)；所述第一管路(21)还设有至少两个透平膨胀机(3)，包括设于所述第四换热装置(40)与所述第六换热装置(60)之间的第一透平膨胀机(31)，和设于所述第七换热装置(70)第二出口端的第二透平膨胀机(32)；透平膨胀机(3)对氦气进行绝热膨胀制冷，
所述氢气系统包括第一氢气管路(4)，所述第一氢气管路(4)依次串接所述第一换热装置(10)、所述第二换热装置(20)、所述第三换热装置(30)、所述第四换热装置(40)、所述第五换热装置(50)、所述第六换热装置(60)、所述第七换热装置(70)和所述第八换热装置(80)；所述第一氢气管路(4)设有至少四个所述正仲氢转化装置，包括设于所述第二换热装置(20)与所述第三换热装置(30)之间的第一正仲氢转化装置(51)，设于所述第四换热装置(40)第一出口端的第二正仲氢转化装置(52)，设于所述第六换热装置(60)第一出口端的第三正仲氢转化装置(53)，和设于所述第八换热装置(80)第一出口端的第四正仲氢转化装置(54)。四级正仲氢转化器优点；更接近连续转化；降低转化热；更节能；易于制造及维护。
优选的，所述第二正仲氢转化装置(52)的出口端通过所述第一氢气管路(4)连接所述第四换热装置(40)的第四入口端，所述第四换热装置(40)的第四出口端连接至所述第五换热装置(50)；所述第三正仲氢转化装置(53)的出口端通过所述第一氢气管路(4)连接所述第六换热装置(60)的第四入口端，所述第六换热装置(60)的第四出口端连接至所述第七换热装置(70)；所述第四正仲氢转化装置(54)的出口端通过所述第一氢气管路(4)连接所述第八换热装置(80)的第三入口端，所述第八换热装置(80)的第三出口端连接至所述冷箱(1)外。
优选的，所述第一正仲氢转化装置(51)设置在一用于提供低温环境的储罐(5)内；所述冷却装置(13)的第二出口端与所述储罐(5)的入口端连接，所述冷却装置(13)的第二入口端与所述储罐(5)的出口端连接。
优选的，所述冷却装置(13)的第三出口端还连接所述第二换热装置(20)的第二入口端，所述第二换热装置(20)的第二出口端连接所述冷却装置(13)的第三入口端。
优选的，所述第一管路(21)依次连接所述第一换热装置(10)的第二入口端、所述第一换热装置(10)的第二出口端、所述第二换热装置(20)的第二入口端、所述第二换热装置(20)的第二出口端、所述第三换热装置(30)的第二入口端、所述第三换热装置(30)的第二出口端、所述第四换热装置(40)的第二入口端、所述第四换热装置(40)的第二出口端、所述第六换热装置(60)的第二入口端、所述第六换热装置(60)的第二出口端、所述第七换热装置(70)的第二入口端、所述第七换热装置(70)的第二出口端和所述第八换热装置(80)的第二入口端；所述第二管路(22)依次连接所述第八换热装置(80)的第二出口端、所述第七换热装置(70)的第三入口端、所述第七换热装置(70)的第三出口端、所述第六换热装置(60)的第三入口端、所述第六换热装置(60)的第三出口端、所述第五换热装置(50)的第三入口端、所述第五换热装置(50)的第三出口端、所述第四换热装置(40)的第三入口端、所述第四换热装置(40)的第三出口端、所述第三换热装置(30)的第三入口端、所述第三换热装置(30)的第三出口端、所述第一换热装置(10)的第三入口端、所述第一换热装置(10)的第三出口端，并从所述第一换热装置(10)的第三出口端连接至所述冷箱(1)外。
优选的，所述压缩机(7)的出口端连接一除油器，所述除油器的出口端连接所述第一管路(11)。
优选的，所述第一氢气管路(4)设有至少一个第一纯化器(6.1)，所述第一纯化器(6.1)设于所述第一换热装置(10)与所述第二换热装置(20)之间。
优选的，所述第一管路(21)设有至少两个纯化器，包括设于所述第二换热装置(20)与所述第三换热装置(30)之间的第二纯化器(6.2)，以及设于所述第二透平膨胀机(32)与所述第八换热装置(80)之间的第三纯化器(6.3)。
优选的，所述第一换热装置(10)、所述第二换热装置(20)、所述第三换热装置(30)、所述第四换热装置(40)、所述第五换热装置(50)、所述第六换热装置(60)和所述第七换热装置(70)和所述第八换热装置(80)均为板翅式换热器。板翅式换热器泄漏率<109Pa.m3/s，降低了系统内制冷工质的泄漏率，降低了系统运行的风险，更加安全。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
第一，本实用新型的正-仲氢转化系统，通过冷却介质系统、氦气系统、氢气系统的配合作用，以及第二正仲氢转化装置转化后的氢气回流至第四换热装置重新冷却，第三正仲氢转化装置转化后的氢气回流至第六换热装置重新冷却，第三正仲氢转化装置转化后的氢气回流至第八换热装置重新冷却，降低了系统能耗，同时提高了氢气液化的能力，提高了系统连续运行的时长，提高了氢气液化的效率；本实用新型的第一换热装置以冷氮气和从二级换热器中回流的氦气作为冷却介质，提高了冷却效果，降低了系统运行的能耗；通过第一纯化器的过滤纯化提高了液化后氢的纯度，通过在第一管路上设置的第二纯化器和第三纯化器，提高了氦气系统中氦气的纯度，提高了氦气系统运行的稳定性；经过本实用新型的正-仲氢转化系统得到的液氢，仲氢含量达到95％以上，减少液氢在运输过程中正仲氢转换引起的液氢蒸发损失。
第二，本实用新型的氦透平膨胀机，运行效率比氢透平膨胀机更高，氦工质则对设备材质无腐蚀；本实用新型中采用的制冷工质为氦工质，氦工质在系统的运行温度下始终为气态，从而消除了由于多相膨胀带来的问题；同时氦是惰性的，在发生泄漏的情况下对环境也是安全的；本实用新型实用的换热装置为板翅式换热器，板翅式换热器泄漏率<109Pa.m3/s，降低了系统内制冷工质的泄漏率，降低了系统运行的风险，更加安全。
当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的正-仲氢转化系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应该理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种正-仲氢转化系统，参见图1，图1是本实用新型实施例1的正-仲氢转化系统示意图。包括冷箱(1)，所述冷箱(1)用于提供一低温环境以及用于保温，所述冷箱(1)内设有冷却介质系统、氢气系统、制冷工质系统和换热系统；其中，
所述换热系统包括第一换热装置(10)、第二换热装置(20)、第三换热装置(30)、第四换热装置(40)、第五换热装置(50)、第六换热装置(60)、第七换热装置(70)和第八换热装置(80)，换热装置用于至少两种介质之间热量的交换；
所述冷却介质系统包括冷却介质流入管(11)、用于将所述冷却介质进行冷却的冷却装置(13)和冷却介质流出管(12)，所述冷却介质流入管(11)与所述冷却装置(13)的第一入口端连接，所述冷却介质流出管(12)与所述冷却装置(13)的第一出口端连接，所述冷却介质流出管(12)的另一端连接所述第一换热装置(10)的第四入口端；冷却介质优选的为氮气，容易获得且成本低，氮气从冷箱(1)外通过冷却介质流入管(11)进入冷却装置(13)，冷箱(1)对氮气进行初步降温，冷却装置(13)对氮气进一步冷却为液氮，冷却装置(13)中为液态氮气与气态氮气的平衡；气态氮气从冷却介质流出管(12)流出并进入第一换热装置(10)，起到对第一换热装置(10)的初步预冷的作用，降低了系统运行的能耗。
本实施例中，氦气作为制冷工质而不使用氢气，更加安全，并且其绝热指数高。所述氦气系统包括第一管路(21)、第二管路(22)和一压缩机(7)，所述压缩机(7)为氦气螺杆压缩机。所述第一管路(21)依次串接所述第一换热装置(10)、所述第二换热装置(20)、所述第三换热装置(30)、所述第四换热装置(40)、所述第六换热装置(60)和所述第七换热装置(70)，所述第一管路(21)还连接所述第八换热装置(80)的第二入口端；所述第八换热装置(80)的第二出口端连接第二管路(22)，所述第二管路(22)连还依次串接所述第七换热装置(70)、所述第六换热装置(60)、所述第五换热装置(50)、所述第四换热装置(40)、所述第三换热装置(30)和所述第一换热装置(10)；所述第二管路(22)在所述冷箱(1)外连接所述压缩机(7)的入口端，所述压缩机(7)的出口端连接所述第一管路(21)，经所述压缩机(7)压缩处理后的高压氦气进入冷箱(1)并在第一管路(21)与第二管路(22)之间循环。
本实施例中，所述第一管路(21)还设有至少两个透平膨胀机(3)，所述透平膨胀机(3)为氦透平膨胀机，提高了透平膨胀机的运行效率；透平膨胀机(3)对氦气进行绝热膨胀制冷，以达到本实施例中正-仲氢转化的温度。优选的，所述透平膨胀机(3)包括设于所述第四换热装置(40)与所述第六换热装置(60)之间的第一透平膨胀机(31)，和设于所述第七换热装置(70)后端的第二透平膨胀机(32)。氦气经第一换热装置(10)、第二换热装置(20)、第三换热装置(30)、第四换热装置(40)冷却后，由第一透平膨胀机(31)进行绝热膨胀制冷，制冷后的氦气经第六换热装置(60)、第七换热装置(70)进一步冷却，从第七换热装置(70)的第二出口端流出的氦气经过第二透平膨胀机(32)进行进一步的绝热膨胀制冷，冷却为约18.5K的低温低压氦气，并进入第八换热装置(80)的第二入口端，依次由各级换热装置回流复热，最后从第一换热装置(10)的第三出口端出冷箱(1)，转化为常温氦气，再由氦气螺杆压缩机压缩重新进入冷箱(1)进行循环。
本实施例中，所述氢气系统包括第一氢气管路(4)，所述第一氢气管路(4)依次串接所述第一换热装置(10)、所述第二换热装置(20)、所述第三换热装置(30)、所述第四换热装置(40)、所述第五换热装置(50)、所述第六换热装置(60)、所述第七换热装置(70)和所述第八换热装置(80)。
本实施例中，所述第一氢气管路(4)设有至少四个所述正仲氢转化装置，所述正仲氢转化装置为正仲氢转化器，正仲氢转化器内设有铬镍催化剂和氢氧化铁催化剂，在催化剂的作用下实现正-仲氢转化，经四级正仲氢转化器转化后液氢产品中仲氢含量至少在95％以上。包括设于所述第二换热装置(20)与所述第三换热装置(30)之间的第一正仲氢转化装置(51)，设于所述第四换热装置(40)第一出口端的第二正仲氢转化装置(52)，设于所述第六换热装置(60)第一出口端的第三正仲氢转化装置(53)，和设于所述第八换热装置(80)第一出口端的第四正仲氢转化装置(54)。氢气由第一换热装置(10)、第二换热装置(20)冷却至预定温度后，由第一正仲氢转化装置(51)进行正-仲氢转化，将仲氢含量控制在预定范围内；再由第三换热装置(30)、第四换热装置(40)将氢冷却至预定范围内，由第二正仲氢转化装置(52)进行正-仲氢转化；再由第五换热装置(50)、第六换热装置(60)将氢冷却至预定范围内，由第三正仲氢转化装置(53)进行正-仲氢转化，最后由第七换热装置(70)、第八换热装置(80)将氢冷却至预定范围内，由第四正仲氢转化装置(53)进行正-仲氢转化。四级正仲氢转化器的使用，使氢的正-仲氢转化更接近连续转化，降低转化热，更节能，易于制造及维护。
优选的，所述第二正仲氢转化装置(52)的出口端通过所述第一氢气管路(4)连接所述第四换热装置(40)的第四入口端，所述第四换热装置(40)的第四出口端连接至所述第五换热装置(50)，正-仲氢转化为一放热过程，氢在第二正仲氢转化装置(52)进行绝热转化，同时放热升温，因此转化后的氢气需回流至第四换热装置(40)重新再次冷却，降低了系统能耗。所述第三正仲氢转化装置(53)的出口端通过所述第一氢气管路(4)连接所述第六换热装置(60)的第四入口端，所述第六换热装置(60)的第四出口端连接至所述第七换热装置(70)，经第三正仲氢转化装置(53)转化后的氢气回流至第六换热装置(60)进行再次冷却至预定温度；所述第四正仲氢转化装置(54)的出口端通过所述第一氢气管路(4)连接所述第八换热装置(80)的第三入口端，所述第八换热装置(80)的第三出口端连接至所述冷箱(1)外，经第四正仲氢转化装置(54)绝热转化后的氢再次回流至第八换热装置(80)冷却后流出冷箱，储存在液氢杜瓦(100)内。
优选的，所述第一正仲氢转化装置(51)设置在一用于提供低温环境的储罐(5)内，进行恒温转化；所述冷却装置(13)的第二出口端与所述储罐(5)的入口端连接，所述冷却装置(13)的第二入口端与所述储罐(5)的出口端连接。冷却装置(13)内储存的液氮进入储罐(5)内，且液氮在储罐(5)与冷却装置(13)之间循环，第一正仲氢转化装置(51)浸泡在液氮内，使第一正仲氢转化装置(51)始终维持在一预定温度内进行氢气的恒温转化。
优选的，所述冷却装置(13)的第三出口端还连接所述第二换热装置(20)的第三入口端，所述第二换热装置(20)的第三出口端连接所述冷却装置(13)的第三入口端，冷却装置(13)内的液氮对第二换热装置(20)进行预冷，且液氮在所述冷却装置(13)与所述第二换热装置(20)之间循环，这样的循环过程，使得第二换热装置(20)一直由液氮作为换热介质，提高了系统氢气转化效率，降低了能耗，同时提高了系统运行的稳定性。
优选的，所述第一管路(21)依次连接所述第一换热装置(10)的第二入口端、所述第一换热装置(10)的第二出口端、所述第二换热装置(20)的第二入口端、所述第二换热装置(20)的第二出口端、所述第三换热装置(30)的第二入口端、所述第三换热装置(30)的第二出口端、所述第四换热装置(40)的第二入口端、所述第四换热装置(40)的第二出口端、所述第六换热装置(60)的第二入口端、所述第六换热装置(60)的第二出口端、所述第七换热装置(70)的第二入口端、所述第七换热装置(70)的第二出口端和所述第八换热装置(80)的第二入口端。氦气从第一换热装置(10)的第二入口端中进入第一换热装置(10)并被冷却，并依次进入所述第二换热装置(20)、第三换热装置(30)、第四换热装置(40)、第六换热装置(60)、第七换热装置(70)的逐级冷却，以及两个透平膨胀机的绝热膨胀制冷，最终将氦气冷却至约18.5K的温度。
本实施例中，所述第二管路(22)依次连接所述第八换热装置(80)的第二出口端、所述第七换热装置(70)的第三入口端、所述第七换热装置(70)的第三出口端、所述第六换热装置(60)的第三入口端、所述第六换热装置(60)的第三出口端、所述第五换热装置(50)的第三入口端、所述第五换热装置(50)的第三出口端、所述第四换热装置(40)的第三入口端、所述第四换热装置(40)的第三出口端、所述第三换热装置(30)的第三入口端、所述第三换热装置(30)的第三出口端、所述第一换热装置(10)的第三入口端、所述第一换热装置(10)的第三出口端，并从所述第一换热装置(10)的第三出口端连接至所述冷箱(1)外。氦气冷却至约18.5K的温度后，从第八级换热装置(80)依次回流经过第七换热装置(70)、第六换热装置(60)、第五换热装置(50)、所述第四换热装置(40)、第三换热装置(30)、第一换热装置(10)，作为制冷工质。
优选的，所述第一氢气管路(4)设有至少一个第一纯化器(6.1)，所述第一纯化器(6.1)设于所述第一换热装置(10)与所述第二换热装置(20)之间，氢气在第一换热装置(10)中冷却后，一部分杂质发生冷凝，通过第一纯化器(6.1)过滤掉冷凝后的杂质，提高氢气的纯度，维持氢气系统运行的稳定性。
优选的，所述第一管路(21)设有至少两个纯化器，包括设于所述第二换热装置(20)与所述第三换热装置(30)之间的第二纯化器(6.2)，以及设于所述第二透平膨胀机(32)与所述第八换热装置(80)之间的第三纯化器(6.3)。氦气在第二换热装置(20)内被液氮冷却至预定温度后，部分杂质发生冷凝，第二纯化器(6.2)将发生冷凝的杂质过滤掉，维持氦气系统运行的稳定性。氦气经第二透平膨胀机(32)冷却至约18.5K左右，在此温度下，氦气中的痕量杂质会发生冷凝，第三纯化器(6.3)对氦气中的痕量杂质进行过滤纯化，进一步提高了氦气的纯度，从而进一步提高了氦气系统运行的稳定性。
优选的，所述压缩机(7)的出口端还连接一除油器，除油器设置在冷箱(1)外，所述除油器的出口端连接所述第一管路(21)，用于对压缩后的高压氦气进行过滤除油，避免氦气冷却后油气在管路内凝结造成管路上其他元器件的损伤，如对阀门或透平膨胀机，从而影响系统的稳定运行。
优选的，所述第一换热装置(10)、所述第二换热装置(20)、所述第三换热装置(30)、所述第四换热装置(40)、所述第五换热装置(50)、所述第六换热装置(60)和所述第七换热装置(70)和所述第八换热装置(80)均为板翅式换热器。板翅式换热器泄漏率<109Pa.m3/s，降低了系统内制冷工质的泄漏率，降低了系统运行的风险，更加安全。
优选的，所述冷却介质流入管(11)设有第一阀门(81)，用于打开或关闭冷却介质流入管(11)，控制氮气流入冷却装置(13)；所述第四换热装置(40)后端设有第二阀门(82)，用于控制第一管路(21)的通断，设于所述第四换热装置(40)的第二出口端与所述第一透平膨胀机(31)之间。所述第一氢气管路(4)设有第三阀门(83)，设于所述第七换热装置(70)与所述第八换热装置(80)之间；所述第八换热装置(80)的第三出口端后端连接第三阀门(73)，用于打开或关闭第一氢气管路(4)。
本实施例的正-仲氢转化系统的工作过程如下：
冷却介质系统即氮气系统开始工作，常温氮气从冷却介质流入管(11)中流入冷却装置(13)，冷却装置(13)将氮气冷却为液氮并储存；冷的氮气从冷却装置(13)内由冷却介质流出管(12)流出并进入第一换热装置(10)的第四入口端，作为第一换热装置(10)的冷却介质，复热后的氮气从第一换热装置(10)的第四出口端流出冷箱(1)进行回收。冷却装置(13)内储存的液氮在冷却装置(13)与第二换热装置(20)之间循环，作为第二换热装置(20)的冷却介质。同时冷却装置(13)内的液氮在冷却装置(13)与储罐(5)之间循环，为第一正仲氢转化装置提供低温环境。
氦气系统开始工作时，常温氦气被氦气螺杆压缩机(7)压缩，并经除油器过滤除油后，高压氦气在第一换热装置(10)内被冷却装置(13)第一出口端的冷氮气和从第二换热装置(20)第三出口端回流的低温氦气冷却；从第一换热装置(10)的第二出口端流出的氦气进入第二换热装置(20)的第二入口端并被冷却装置(13)第三出口端的液氮冷却；第二换热装置(20)的第二出口端流出的氦气进入第三换热装置(30)的第二入口端，被第四换热装置(40)回流的低温氦气冷却后，氦气从第四换热装置(40)的第二入口端进入第四换热装置(40)，并被从第五换热装置(50)回流的低温氦气冷却；从第四换热装置(40)的第二出口端流出的氦气流经第一透平膨胀机(31)进行绝热膨胀制冷，制冷后的氦气从第六换热装置(60)的第二入口端流入第六换热装置(60)并被从第七换热装置(70)的第三出口端回流的低温氦气冷却，冷却后的氦气从第六换热装置(60)的第二出口端流入第七换热装置(70)，并被从第八换热装置(80)的第二出口端回流的低温氦气冷却，第七换热装置(70)的第二出口端流出的氦气经第二透平膨胀机(32)进行绝热膨胀制冷，将氦气冷却至约18.5K，作为制冷工质。第二透平膨胀机(32)制冷后的低温低压氦气从第八换热装置(80)依次逆流经过第七换热装置(70)、第六换热装置(60)、第五换热装置(50)、第四换热装置(40)、第三换热装置(30)和第一换热装置(10)，复热后的氦气从第一换热装置(10)的第三出口端流出冷箱(1)，再由氦气螺杆压缩机(7)压缩处理后进入第一管路(21)重新循环。
氢气系统工作时，原料氢气由氢气压缩机压缩后，从第一氢气管路(4)进入第一换热装置(10)，常温氢气由冷却装置(13)第一出口端的冷氮气和从第二换热装置(20)第三出口端回流的低温氦气冷却，并从第一换热装置(10)的第一出口端流出，从第二换热装置(20)的第一入口端流入第二换热装置(20)，并被冷却装置(13)第三出口端的液氮冷却；从第二换热装置(20)第一出口端流出的氢气流入第一正仲氢转化装置(51)进行正-仲氢转化，并从第一正仲氢转化装置(51)出口端流入第三换热装置(30)，氢气被第四换热装置(40)的第三出口端回流的低温氦气冷却后进入第四换热装置(40)的第一入口端，由第五换热装置(50)的第三出口端回流的低温氦气对其进行冷却；冷却后的氢气从第四换热装置(40)的第一出口端流入第二正仲氢转化装置(52)进行正-仲氢转化，第二正仲氢转化装置(52)出口端流出的氢气从第四换热装置(40)的第四入口端进入第四换热装置(40)进行重新冷却，第四换热装置(40)的第四出口端流出的氢气进入第五换热装置(50)的第一入口端，被第六换热装置(60)回流的低温氦气冷却后，从第五换热装置(50)的第一出口端流出并进入第六换热装置(60)的第一入口端，被被第七换热装置(70)回流的低温氦气冷却后进入第三正仲氢转化装置(53)，转化后的氢气从第六换热装置(60)的第四入口端进入第六换热装置(60)，进行冷却后第六换热装置(60)的第四出口端进入第七换热装置(70)的第一入口端，被从第八换热装置(80)回流的低温氦气冷却，冷却后的氦气从第八换热装置(80)的第一入口端进入第八换热装置(80)，被第二透平膨胀机(32)制冷后的低温氦气冷却后从第八换热装置(80)的第一出口端进入第四正仲氢转化装置(54)，转化后的氢气从第八换热装置(80)的第三出口端进入第八换热装置(80)重新冷却后，从第八换热装置(80)的第三出口端流出，从冷箱(1)中流出的液氮储存在液氮杜瓦(100)内。
本实用新型的正-仲氢转化系统，通过冷却介质系统、氦气系统、氢气系统、氦气螺杆压缩机的配合作用，提高了氢气的氢液化能力；通过第一纯化器的过滤纯化提高了液化后氢的纯度，同时提高了系统连续运行的时长，因此提高了氢气液化的效率，并且降低了系统运行的功耗；通过在第一管路上设置的第二纯化器和第三纯化器，提高了氦气系统中氦气的纯度，提高了氦气系统运行的稳定性；经过本实用新型的正-仲氢转化系统得到的液氢，得到仲氢含量95％以上的液氢产品，减少液氢在运输过程中正仲氢转换引起的液氢蒸发损失。相对于气态氢气，在相同运输容积下，提高了运输的氢的量，降低了运输成本。
本实用新型的氦透平膨胀机，运行效率比氢透平膨胀机更高，氦工质则对设备材质无腐蚀。本实用新型中采用的制冷工质为氦工质，氦工质在系统的运行温度下始终为气态，从而消除了由于多相膨胀带来的问题。同时氦是惰性的，在发生泄漏的情况下对环境也是安全的。
以上公开的仅为本实用新型优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种正-仲氢转化系统，其特征在于，包括冷箱（1），所述冷箱（1）内设有冷却介质系统、氢气系统、制冷工质系统和换热系统；其中，
所述换热系统包括第一换热装置（10）、第二换热装置（20）、第三换热装置（30）、第四换热装置（40）、第五换热装置（50）、第六换热装置（60）、第七换热装置（70）和第八换热装置（80）；
所述冷却介质系统包括冷却介质流入管（11）、用于将所述冷却介质进行冷却的冷却装置（13）和冷却介质流出管（12），所述冷却介质流入管（11）与所述冷却装置（13）的第一入口端连接，所述冷却介质流出管（12）与所述冷却装置（13）的第一出口端连接，所述冷却介质流出管（12）的另一端连接所述第一换热装置（10）的第四入口端；
所述制冷工质系统包括第一管路（21）、第二管路（22）和一压缩机（7），所述第一管路（21）依次串接所述第一换热装置（10）、所述第二换热装置（20）、所述第三换热装置（30）、所述第四换热装置（40）、所述第六换热装置（60）和所述第七换热装置（70），所述第一管路（21）还连接所述第八换热装置（80）的第二入口端；所述第八换热装置（80）的第二出口端连接第二管路（22），所述第二管路（22）连还依次串接所述第七换热装置（70）、所述第六换热装置（60）、所述第五换热装置（50）、所述第四换热装置（40）、所述第三换热装置（30）和所述第一换热装置（10）；所述第二管路（22）在所述冷箱（1）外连接所述压缩机（7）的入口端，所述压缩机（7）的出口端连接所述第一管路（21）；所述第一管路（21）还设有至少两个透平膨胀机（3），包括设于所述第四换热装置（40）与所述第六换热装置（60）之间的第一透平膨胀机（31），和设于所述第七换热装置（70）第二出口端的第二透平膨胀机（32）；
所述氢气系统包括第一氢气管路（4），所述第一氢气管路（4）依次串接所述第一换热装置（10）、所述第二换热装置（20）、所述第三换热装置（30）、所述第四换热装置（40）、所述第五换热装置（50）、所述第六换热装置（60）、所述第七换热装置（70）和所述第八换热装置（80）；所述第一氢气管路（4）设有至少四个正仲氢转化装置，包括设于所述第二换热装置（20）与所述第三换热装置（30）之间的第一正仲氢转化装置（51），设于所述第四换热装置（40）第一出口端的第二正仲氢转化装置（52），设于所述第六换热装置（60）第一出口端的第三正仲氢转化装置（53），和设于所述第八换热装置（80）第一出口端的第四正仲氢转化装置（54）。
2.根据权利要求1所述的一种正-仲氢转化系统，其特征在于，所述第二正仲氢转化装置（52）的出口端通过所述第一氢气管路（4）连接所述第四换热装置（40）的第四入口端，所述第四换热装置（40）的第四出口端连接至所述第五换热装置（50）；所述第三正仲氢转化装置（53）的出口端通过所述第一氢气管路（4）连接所述第六换热装置（60）的第四入口端，所述第六换热装置（60）的第四出口端连接至所述第七换热装置（70）；所述第四正仲氢转化装置（54）的出口端通过所述第一氢气管路（4）连接所述第八换热装置（80）的第三入口端，所述第八换热装置（80）的第三出口端连接至所述冷箱（1）外。
3.根据权利要求1所述的一种正-仲氢转化系统，其特征在于，所述第一正仲氢转化装置（51）设置在一用于提供低温环境的储罐（5）内；所述冷却装置（13）的第二出口端与所述储罐（5）的入口端连接，所述冷却装置（13）的第二入口端与所述储罐（5）的出口端连接。
4.根据权利要求1所述的一种正-仲氢转化系统，其特征在于，所述冷却装置（13）的第三出口端还连接所述第二换热装置（20）的第二入口端，所述第二换热装置（20）的第二出口端连接所述冷却装置（13）的第三入口端。
5.根据权利要求1所述的一种正-仲氢转化系统，其特征在于，所述第一管路（21）依次连接所述第一换热装置（10）的第二入口端、所述第一换热装置（10）的第二出口端、所述第二换热装置（20）的第二入口端、所述第二换热装置（20）的第二出口端、所述第三换热装置（30）的第二入口端、所述第三换热装置（30）的第二出口端、所述第四换热装置（40）的第二入口端、所述第四换热装置（40）的第二出口端、所述第六换热装置（60）的第二入口端、所述第六换热装置（60）的第二出口端、所述第七换热装置（70）的第二入口端、所述第七换热装置（70）的第二出口端和所述第八换热装置（80）的第二入口端；所述第二管路（22）依次连接所述第八换热装置（80）的第二出口端、所述第七换热装置（70）的第三入口端、所述第七换热装置（70）的第三出口端、所述第六换热装置（60）的第三入口端、所述第六换热装置（60）的第三出口端、所述第五换热装置（50）的第三入口端、所述第五换热装置（50）的第三出口端、所述第四换热装置（40）的第三入口端、所述第四换热装置（40）的第三出口端、所述第三换热装置（30）的第三入口端、所述第三换热装置（30）的第三出口端、所述第一换热装置（10）的第三入口端、所述第一换热装置（10）的第三出口端，并从所述第一换热装置（10）的第三出口端连接至所述冷箱（1）外。
6.根据权利要求1所述的一种正-仲氢转化系统，其特征在于，所述压缩机（7）的出口端连接一除油器，所述除油器的出口端连接所述第一管路（21）。
7.根据权利要求1所述的一种正-仲氢转化系统，其特征在于，所述第一氢气管路（4）设有至少一个第一纯化器（6.1），所述第一纯化器（6.1）设于所述第一换热装置（10）与所述第二换热装置（20）之间。
8.根据权利要求1所述的一种正-仲氢转化系统，其特征在于，所述第一管路（21）设有至少两个纯化器，包括设于所述第二换热装置（20）与所述第三换热装置（30）之间的第二纯化器（6.2），以及设于所述第二透平膨胀机（32）与所述第八换热装置（80）之间的第三纯化器（6.3）。
9.根据权利要求1所述的一种正-仲氢转化系统，其特征在于，所述第一换热装置（10）、所述第二换热装置（20）、所述第三换热装置（30）、所述第四换热装置（40）、所述第五换热装置（50）、所述第六换热装置（60）和所述第七换热装置（70）和所述第八换热装置（80）均为板翅式换热器。
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