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2024

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2023标志性进展 | 国富氢能10-30TPD氢液化工艺及大型液氢工厂专用核心设备

作者:

氢燃中心


 

标志性进展评选是《节能与新能源汽车技术路线图2.0》年度评估工作的重要组成部分。2023年8月,中国汽车工程学会氢能与燃料电池汽车研究中心(以下简称“氢燃中心”)组织开展氢能与燃料电池汽车领域的标志性进展技术征集工作,共收到15家企业提报的22项技术,其中整车企业提报6项、汽车零部件企业提报13项、氢能供应企业提报3项。经评估专家委员会评审,最终选出5项技术作为“2023年度氢燃料电池汽车领域标志性进展”。

 

低温工程可以带来较好的规模效益,氢液化随着规模的增加能耗显著降低,同时液氢罐车(箱)公路运输装载量的起点达到2.5吨/次,液氢加氢站的液氢储量高达4吨。以实现液氢运输和建设液氢加氢站商业化为目标,从而带动液氢重卡的规模化运营,建设10吨/天及以上的氢液化工厂是重要条件。

 

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技术原理

 

10-30TPD氢液化工艺及核心设备主要集成了低温净化提纯、多级预冷氢膨胀制冷、高转速大流量氢膨胀机、正-仲氢转化、液氢温区的热应力分析与优化、超高真空绝热、无冷损取样仲氢检测等技术,减少各项传热损失和能耗从而实现氢液化效率的极大提升。

 

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技术突破企业

 

国富氢能自主研发的多级预冷氢膨胀制冷氢液化工艺和液氢工厂专用核心设备,氢液化规模达到10-30吨/天(TPD),液化能耗不超过12kWh/kgLH2(30TPD低至9kWh/kg LH2),仲氢转化率高于95%,液氢储罐单体容积200m3液氢蒸发率0.45%/d。中科富海实现了5TPD氢液化装置国产化出厂,液化能耗15kWh/kg;中集圣达因实现了300m3液氢储罐出厂,应用场景为火箭发射推进剂加注。

 

 

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技术描述

 

采用丙烷预冷、液氮预冷、多级氢气回热预冷等多级预冷技术,同时首次在氢膨胀机上采用磁气组合轴承结构实现大流量高转速下的高可靠性密封技术。通过液氢温区的仿真分析优化,合理配置氢液化工艺流程中的冷氢气回流量、传热温差、换热面积与形式等,实现氢液化能耗的进一步降低。通过流态床正-仲氢转化技术,实现液化装置中正仲氢一次性转化率大于95%,提高氢气液化率的同时降低液氢储存过程中的气化率,最终实现10TPD氢液化装置综合能耗不超过12kWh/kg LH2,该液化装置应用于山东淄博齐鲁氢能液氢工厂项目。

 

液氢温区的热应力分析与优化、超高真空绝热等技术不仅用于氢液化装置20K冷箱的能效提升,也用于大容积真空绝热液氢储罐,采用基于流固耦合的液氢储罐低温预应力湿模态分析方法,优化液氢储罐结构,提高结构可靠性的同时减少-253 °C液氢与环境温度间的传热,并在液氢储罐设置专利取样系统,实现无冷损仲氢含量检测。最终实现200m3液氢储罐液氮静态蒸发率不超过0.075%/d(折算液氢蒸发率0.45%/d),液氢储罐已应用于山东淄博液氢工厂项目。

 

 

山东淄博齐鲁氢能10吨/天氢液化系统(含丙烷预冷、液氮预冷、氢膨胀液化)

 

 

山东淄博齐鲁氢能200m3*3液氢储罐

 

 

山东淄博齐鲁氢能液氢充装区和高压氢充装区

 

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知识产权

已授权发明专利号与专利名称:

2016105315257超高真空绝热容器绝热结构的制作装置与方法

2018101348458一种基于流固耦合的液氢储罐低温预应力湿模态分析方法

2016105309699一种用于储存低温液体的立式容器

2017109876062一种带有三轴加速度传感器的加氢机及其控制方法

2018101355095一种卧式液氢储罐的结构优化分析方法

201810524152X氢气液化过程中的氢气净化工艺

201810523416X氢气液化预冷工艺

2018105241572一种氢气液化工艺

2018105242429一种生产液氢时的正-仲氢转化工艺

2019107433340一种用于透平膨胀机的磁气组合轴承结构

2020102498375一种储氢型加氢站

2020102492025一种基于液氢供能供冷的数据中心

2020105127235液氢储罐上的取样系统

2020114414239膨胀机组合可调型油制动结构

2021100356444用于液氢储运型加氢站的氢气加注系统

 

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公司简介

 

江苏国富氢能技术装备股份有限公司成立于2016年6月,是为绿氢储能和氢能交通提供氢能装备全产业链整体解决方案的供应商。专业从事氢能“制储运加用”装备的设计、制造与技术服务,主营产品包括:氢瓶与车载供氢系统、加氢站成套设备、氢液化工厂与液氢储运装备、水电解制氢设备与系统解决方案等。成立八年来,为我国超过110座加氢站提供了成套设备,市场占有率30%;为近万辆燃料电池汽车配套氢瓶和供氢系统,中国市场占有率45%,持续多年保持全国领先。已在山东淄博建成国内首座10吨/天氢液化工厂并实现知识产权与设备国产化。水电解制氢设备和系统已出口阿联酋并投入运营。

 

来源:氢燃中心

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