液氢生产典型流程和装置

液氢工业化生产已经有多年，下面介绍一些典型的工艺流程。

(1)英戈尔施塔特( Ingolstadt)氢液化生产装置

文献[6]介绍了位于德国英戈尔施塔特的林德氢液化生产装置。液氢生产对原料的纯度有很高的要求，含氢量86%的原料氢气来自炼油厂，在液化前先经过PSA纯化使其中杂质含量低于4mg/kg，压力2.1MPa。再在低温吸附器中进一步纯化，使其中杂质含量低于1mg/kg，然后作为原料气送入液化系统进行液化。图19-7是英戈尔施塔特氢液化装置的工艺流程图。

该液化流程为改进的液氮预冷型 Claude循环，氢液化需要的冷量来自三个温区，80K温区由液氮提供，80~30K温区由氢制冷系统经过膨胀机膨胀获得，30~20K温区通过J-T阀节流膨胀获得。正-仲氢转换的催化剂选用经济的Fe(OH)3，分别放置在液氮温区，80~30k温区(2台)以及液氢温区。

英戈尔施塔特氢液化工厂的技术参数，见表19-7。

表19-7英戈尔施塔特氢液化工厂的技术参数

在小型场所可以用于目前高品质富氢水杯相同的制氢方式来制氢，这种方式就是用质子膜来电解水，在阴极产生纯氢的氢气，要利用的就是这部分纯净度极高的氢气，未来可以应用于小型医院养老院，大兴场所可以用液氢来提供氢气源。

 (2)洛伊纳( Leuna)氢液化流程

洛伊纳是德国小城市，洛伊纳氢液化系统工艺流程见图19-8与英戈尔施塔特的氢液化系统不同之处是:原料氢气的纯化过程全部在位于液氮温区的吸附器中完成；膨胀机的布置方式不同；正-仲氢转换用转换器全部置于换热器内部。

(3)普莱克斯(普莱克斯)氢液化流程

普莱克斯是北美第二大液氢供应商，目前在美国拥有5座液氢生产装置，生产能力最小为18t/d，最大为30d/d。普莱克斯大型氢液化装置的能耗为12.5~15 kW.h/kg(液化氢)[6，其液化流程均为改进型的带预冷 Claude循环，如图19-9所示。第一级换热器由低温氮气和一套独立的制冷系统提供冷量；第二级换热器由LN2和从原料氢分流的循环氢经膨胀机嘭胀产生冷量；第三级换热器由氢制冷系统提供冷量，循环氢先经过膨胀机膨胀降温，然后通过J-T节流膨胀部分被液化。剩余的原料氢气经过二、三级换热器进一步降温后，通过J-T节流膨胀而被液化。

图19-9普莱克斯氢液化流程

(4)LNG预冷的氢液化流程

Hydro Edge Co.Ltd承建的LNG预冷的大型氢液化及空分装置于2001年4月1日投入运行。LNG预冷及与空分装置联合生产液氢是日本首次利用该技术生产液氢。共两条液氢生产线，液氢产量为3000L/h，液氧为4000m/h，液氨为12100m3/h，液氩为150m3/h。

全球液氢生产

全球液氢生产装置的运行状况见表19-8。

表19-8全球液氢生产装置运行现状

液氢生产成本

液氢生产成本与许多因素有关，生产规模与工艺，原料纯度及成本，压缩机及热交换器的效率，电价等都有很大的关系。

现将已经产业化的液氢生产工艺比较如表19-9所示。

表19-9产业化的液氧生产工艺比较

从表中可见，带膨胀机液化循环(预冷型 Claude系统)的单位能耗最低，据德国专家介绍，目前的生产液氢的能耗为10.8~12.7kW/kg液氢，将来可望到达7.5~9.0kW/kg液氢。