基于液氮预冷的氢液化流程设计及系统模拟

发布时间：2024-01-29 22:59

　　氢作为可从多种途径获取的理想能源载体,是化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁之一,将为能源的清洁利用带来新的变革。氢能利用需要解决制取、储运和应用等一系列问题,而储运则是氢能应用的重要关键。综合考虑系统质量、体积储氢密度和储存温度,如果氢液化的效率得以进一步提高,液氢可望成为大规模储运的主要形式之一。 目前运行的大型氢液化装置,火用(exergy)效率普遍都较低,仅为20-30%。过去几十年,许多研究者都在研究如何提高氢液化的效率,对克劳特型氢液化流程进行改进,并且提出了许多创新的流程,但多是以创新设备、提高设备的效率为前提。在对比研究这些改进或创新流程基础上,本文提出了一种基于液氮预冷、氦制冷、末级膨胀采用J-T节流的氢液化流程,节流后闪蒸的饱和氢气直接由氦气冷凝。该流程的显著特色在于可在现有技术和设备条件下实现工程应用。 传统的Aspen Plus、Pro/Ⅱ、HYSYS和ChemCAD等模拟软件,无法进行正-仲氢物性调用,因此本文自行开发了Matlab应用程序对设计流程进行模拟,通过调用Refprop程序解决了平衡氢的物性计算问题。经过模拟发现,末级为J-T节流、闪蒸气经冷氦气冷凝...

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 氢液化的历史与现状
    1.3 氢液化循环
        1.3.1 预冷Linde-Hampson循环
        1.3.2 预冷Claude循环
        1.3.3 氦制冷的氢液化循环
        1.3.4 主要液化循环比较
    1.4 典型液氢化装置
        1.4.1 德国Ingolstadt液氢装置
        1.4.2 德国Leuna液氢流程
        1.4.3 美国Praxair氢液化流程
        1.4.4 基于LNG预冷的氢液化流程
    1.5 氢液化创新流程
        1.5.1 H.Quack流程
        1.5.2 Valenti氢液化方案
    1.6 影响氢液化的主要因素
        1.6.1 正-仲转化
        1.6.2 定压比热
        1.6.3 声速
    1.7 氢液化系统的展望
        1.7.1 工艺流程
        1.7.2 工艺设备
    1.8 本文主要工作
第二章 氢液化流程的设计
    2.1 设计原则
    2.2 流程组织
        2.2.1 预冷方式选择
        2.2.2 制冷方式选择
        2.2.3 末级膨胀方式
        2.2.4 膨胀机位置及级数选择
        2.2.5 正-仲转化器
    2.3 参数选择
        2.3.1 工作压力
        2.3.2 各级温度和传热温差
        2.3.3 压缩机效率
        2.3.4 膨胀机效率
    2.4 本章小结
第三章 氢液化流程模拟与分析
    3.1 基于Aspen Plus模拟的局限性
    3.2 基于Matlab模拟的流程设计
        3.2.1 模拟程序说明
        3.2.2 基本参数下的模拟结果
        3.2.3 换热器计算
        3.2.4 设计参数的影响规律
    3.3 基于LNG冷能的流程模拟
        3.3.1 基于LNG冷能的间接预冷方案
        3.3.2 基于LNG冷能的直接预冷方案
第四章 全文总结与展望
    4.1 全文总结
    4.2 展望
参考文献
附录A Matlab程序代码
附录B 说明
攻读硕士学位期间的主要研究成果
致谢



本文编号：3889006