簡(jiǎn)議氫氣液化工藝技術(shù)的發(fā)展

李 潔

(1.邯鄲市天海人力資源有限公司，河北 邯鄲 056107； 2.中國(guó)工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會(huì) 氫氣專業(yè)委員會(huì) 秘書處，河北 邯鄲 056107)

1 前 言

氫氣是未來(lái)交通運(yùn)輸中的重要能源，因此人們對(duì)氫氣液化系統(tǒng)的研制從未停止過(guò)。為了發(fā)展氫能源經(jīng)濟(jì)，解決現(xiàn)代氫氣液化設(shè)備的低效率問(wèn)題，從2000年以來(lái)，就在研制效率可達(dá)40%～50%的理想設(shè)備[1-3]。詹姆斯·德瓦爾爵士首次實(shí)現(xiàn)了氫氣液化是在1898年[4]，該工藝?yán)锰妓衔锖鸵簯B(tài)空氣在18 MPa前冷卻壓縮氫氣，該系統(tǒng)與林德用于空氣液化的系統(tǒng)類似，為后來(lái)的氫氣液化技術(shù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。大約在1900年發(fā)明了更有效的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，如克勞德(Claude)、預(yù)冷的克勞德和氦冷凍系統(tǒng)。接著在1957年，為了適應(yīng)不斷發(fā)展的石油化工和宇航工業(yè)的需求，在美國(guó)建成首臺(tái)以克勞德循環(huán)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的大型氫氣液化設(shè)備。液氮作為冷卻劑，把氫氣冷卻到-193℃。而對(duì)于大型氫氣液化系統(tǒng)，氫氣要進(jìn)一步冷卻到-253℃。直到目前，全世界在用的大型氫氣液化設(shè)備還采用美國(guó)首臺(tái)氫氣液化設(shè)備的循環(huán)系統(tǒng)。位于德國(guó)洛伊納(Leuna)和靠近日本東京的較先進(jìn)的氫氣液化設(shè)備已于2008年試運(yùn)行，這些設(shè)備盡管比較先進(jìn)，但在效率方面仍有改進(jìn)的空間。

2 氫氣液化系統(tǒng)的發(fā)展歷程

氣體液化是在1885年首次提出的。當(dāng)時(shí)是利用乙醚和固態(tài)二氧化碳槽使冷凍溫度低于-110℃，沸點(diǎn)低于這個(gè)溫度的氣體就包括氫氣[5]。在1898年，由Sir James Dewar首先實(shí)現(xiàn)了氫氣液化。它是利用石碳酸酚和液化空氣對(duì)加壓18 MPa的氫氣進(jìn)行預(yù)冷，這與林德(Linde)的空氣液化裝置相似。……