一种LNG制备氢气和氢气液化的方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112503852 A(43)申请公布日 2021.03.16

(21)申请号 202011299736.5(22)申请日 2020.11.19

(66)本国优先权数据

202010971700.0 2020.09.16 CN(71)申请人 中国海洋石油集团有限公司地址 100010 北京市东城区朝阳门北大街

25号

申请人 中海石油气电集团有限责任公司(72)发明人 王秀林　侯建国　穆祥宇　宋鹏飞　

赵思思　张瑜　姚辉超　侯海龙　隋依言　尹全森　王斯　(74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限

公司 11245

代理人 王春霞

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(51)Int.Cl.

F25J 1/02(2006.01)C01B 3/34(2006.01)C01B 3/50(2006.01)

CN 112503852 A()发明名称

一种LNG制备氢气和氢气液化的方法(57)摘要

本发明公开了一种LNG制备氢气和氢气液化的方法。所述方法包括如下步骤：1)增压后的LNG进入氢气液化工段与He‑Ar混合物换热升温；2)换热后的LNG在氢气冷却工段与氢气换热；3)换热后的天然气经加热后进入天然气转化工段；4)在天然气转化工段内，天然气经转化、变换和变压吸附提浓得到富氢气体；5)富氢气体经压缩工段增压后，进入溴化锂预冷工段进行冷却；6)在溴化锂预冷工段中，氢气与溴化锂进行换热；7)降温后的氢气在氢气冷却工段与低温LNG换热；8)经LNG降温后的氢气在氢气液化工段与He‑Ar混合物进行换热冷却，经节流阀节流后，制得液氢。本发明方法直接将LNG气化工艺与氢气液化工艺能量相互利用，制备的液氢可方便进行运输和利用，经济效益显著。

CN 112503852 A

权　利　要　求　书

1/1页

1.一种LNG制备氢气和氢气液化的方法，包括如下步骤：

1)增压后的LNG进入氢气液化工段与He与Ar的混合物换热升温；2)换热后的LNG在氢气冷却工段与低温氢气换热；3)换热后的天然气经加热后进入天然气转化工段；4)在所述天然气转化工段内，所述天然气经转化、变换和变压吸附提浓得到富氢气体；5)所述富氢气体经压缩工段增压后，进入所述溴化锂预冷工段进行冷却；6)在所述溴化锂预冷工段中，氢气与溴化锂进行换热；7)降温后的氢气在氢气冷却工段与低温LNG换热；

8)经LNG降温后的氢气在氢气液化工段与He与Ar的混合物进行换热冷却，经节流阀节流后，制得液氢。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，采用低温LNG增压泵将所述LNG增压至0.3～10MPaG；

所述氢气降低至‑60～‑150℃。所述氢气液化工段中，所述LNG升温至‑100～0℃，

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤2)中，换热后的天然气的温度为0℃～20℃。

4.根据权利要求1‑3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤3)中，将所述天然气加热至600℃～1000℃；

步骤4)中，所述富氢气体中氢气的浓度大于99.9％。5.根据权利要求1‑4中所述的方法，其特征在于：步骤5)中，将所述富氢气体增压至0.5～5.0MPAG，然后经所述溴化锂预冷工段冷却至‑20℃～20℃。

6.根据权利要求1‑5中所述的方法，其特征在于：步骤6)中，经所述氢气冷却工段冷却后，所述氢气的温度为‑114℃～‑150℃。

7.根据权利要求1‑6中所述的方法，其特征在于：步骤7)中，经所述氢气冷却工段冷却后，所述氢气的压力为0.02～4MPAG，温度为‑150℃～‑120℃。

8.根据权利要求1‑7中所述的方法，其特征在于：步骤8)中，经所述氢气液化工段冷却后，所述氢气的压力为0.02～4MPAG，温度为‑260℃～‑240℃。

9.根据权利要求1‑8中所述的方法，其特征在于：步骤8)中，所述He与Ar的混合物中He的浓度范围为5％～90％。

2

CN 112503852 A

说　明　书

一种LNG制备氢气和氢气液化的方法

1/3页

技术领域

[0001]本发明涉及一种LNG制备氢气和氢气液化的方法。

背景技术

[0002]氢能是公认的清洁能源，因具有高能量密度以及零碳排放等优点被认为是未来最有潜力的化石燃料替代者，其被看作是以氢燃料电池汽车为代表的移动能源领域的“终极方案”，绿色的氢气也可以作为化石资源加氢过程的氢气来源，实现碳的减排。氢能作为新的二次能源将在低碳减排、未来绿色能源体系中发挥重要作用。国际氢能委员会预计2050年氢能将占能源消费的18％。到2050年，氢能在我国能源结构中占比有望达到10％以上。[0003]美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，目前我国各级也高度重视氢能产业发展，已经形成自上而下的支持体系。目前，影响氢能产业发展的关键因素是氢气的价格，氢气价格决定氢气利用的经济性，进而决定了整个产业的经济性和可行性。氢能产业包括制氢、氢气储运和氢气利用三个主要环节，其中高效制氢技术和降低氢气运行成本是实现氢能产业发展的关键。

发明内容

[0004]针对氢气液化能耗高、液氢制造成本的问题，本发明提供了一种利用LNG冷能进行氢气液化的方法，得到的氢气浓度大于99.9％；本发明将LNG气化工艺和氢气液化工艺能量相互利用，工艺简单、自动化程度高、操作方便，能够很好地解决氢气液化能耗的问题。[0005]具体地，本发明所提供的LNG制备氢气和氢气液化的方法，包括如下步骤：[0006]1)增压后的LNG进入氢气液化工段与He与Ar的混合物换热升温；[0007]2)换热后的LNG在氢气冷却工段与低温氢气换热；[0008]3)换热后的天然气经加热后进入天然气转化工段；[0009]4)在所述天然气转化工段内，所述天然气经转化、变换和变压吸附提浓得到富氢气体；

[0010]5)所述富氢气体经压缩工段增压后，进入所述溴化锂预冷工段进行冷却；[0011]6)在溴化锂预冷工段中，氢气与溴化锂进行换热；[0012]7)降温后的氢气在氢气冷却工段与低温LNG换热；

[0013]8)经LNG降温后的氢气在氢气液化工段与He与Ar的混合物进行换热冷却，经节流阀节流后，制得液氢。[0014]上述的方法中，步骤1)中，采用低温LNG增压泵将所述LNG增压至0.3～10MPaG；[0015]所述氢气液化工段中，所述LNG升温至‑100～0℃，所述氢气降低至‑60～‑150℃。[0016]上述的方法中，步骤2)中，换热后的LNG在氢气冷却工段与低温氢气换热，换热后的天然气的温度为0℃～20℃。[0017]上述的方法中，步骤3)中，将所述天然气加热至600℃～1000℃。[0018]上述的方法中，步骤4)中，所述富氢气体中氢气的浓度大于99.9％。

3

CN 112503852 A[0019]

说　明　书

2/3页

上述的方法中，步骤5)中，将所述富氢气体增压至0.5～5.0MPAG，然后经所述溴化

锂预冷工段冷却至‑20℃～20℃。[0020]步骤5)中，所述溴化锂预冷工段中，所述溴化锂增压至0.5～3MPAG后，经冷却后的所述溴化锂节流换热后继续增压而循环使用。[0021]上述的方法中，步骤6)中，经所述氢气冷却工段冷却后，所述氢气的温度为‑114℃～‑150℃。

[0022]上述的方法中，步骤7)中，经所述氢气冷却工段冷却后，所述氢气的压力为0.02～4MPAG，温度为‑150℃～‑120℃。[0023]上述的方法中，步骤8)中，经所述氢气液化工段冷却后，所述氢气的压力为0.02～4MPAG，温度为‑260℃～‑240℃。[0024]上述的方法中，所述(He+Ar)混合物的冷却温度为‑120～‑157℃；[0025]所述(He+Ar)混合物中Ne的浓度范围为5％～90％。

[0026]本发明方法直接将LNG气化工艺与氢气液化工艺能量相互利用，制备的液氢可方便进行运输和利用，提高氢气的运输消耗和氢气经济性，本发明方法流程简单、自动化程度高，所采用的设备可靠，提高氢气的制备成本和液化成本，经济效益显著。附图说明

[0027]图1为本发明LNG制氢和氢气液化的流程示意图。

具体实施方式

[0028]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。[0029]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。[0030]本实施例中增压后的LNG进入氢气液化工段与He与Ar的混合物换热升温；换热后的LNG在氢气冷却工段与低温氢气换热；换热后的天然气经加热后进入天然气转化工段；在所述天然气转化工段内，所述天然气经转化、变换和变压吸附提浓得到富氢气体；所述富氢气体经压缩工段增压后，进入所述溴化锂预冷工段进行冷却；在溴化锂预冷工段中，氢气与溴化锂进行换热；降温后的氢气在氢气冷却工段与低温LNG换热；经LNG降温后的氢气在氢气液化工段与He与Ar的混合物进行换热冷却，经节流阀节流后，制得液氢。[0031]实施例1、[0032]1、增压后的LNG(8.0MPaG)进入氢气液化工段；在液化工段中与(He+Ar)换热后温度为‑130℃(物流2‑4‑5)。[0033]2、经氢气液化工段换热后的天然气进氢气冷却工段与氢气换热，换热后天然气温度为5℃(物流5‑6)。[0034]3、换热后的天然气经燃烧炉加热到800℃后进入天然气转化工段(物流6‑7‑9)。[0035]4、在天然气转化工段内，天然气经转化、变换和变压吸附提浓后，制备氢气浓度大于99.9％的富氢气体混合物(物流9‑10‑12‑14)；弛放气(物流15)外排系统。[0036]5、富氢气体混合物经压缩工段增压(4.0MPaG)后，在溴化锂工段内冷却(‑10℃)(物流14‑16‑17‑10‑20)。[0037]6、溴化锂工段出口的氢气进入氢气深冷段与低温LNG换热冷却(氢气温度‑160℃)

4

CN 112503852 A

说　明　书

3/3页

后，进入氢气液化工段与(He+Ar)混合物(Ne的浓度为50％)进行换热冷却到‑250℃(物流20‑8‑21)。[0038]7、经氢气液化工段冷却后的氢气(压力3.65MPaG，温度‑257℃)经节流阀节流后，制备液氢。[0039]8、溴化锂预冷工段中，溴化锂增压至0.8MPAG后，经冷却、节流、换热后继续增压而循环使用(27‑3‑29‑27)。[0040]实施例2、[0041]1、增压后的LNG(5.0MPaG)进入氢气液化工段；在氢气液化工段与(He+Ar)换热后温度为‑120℃(物流2‑4‑5)。[0042]2、经氢气液化工段换热后的天然气进氢气冷却工段与氢气换热，换热后天然气温度为9℃(物流5‑6)。[0043]3、换热后的天然气经燃烧炉加热到900℃后进入天然气转化工段(物流6‑7‑9)。[0044]4、在天然气转化工段内，天然气经转化、变换和变压吸附提浓后，制备氢气浓度大于99.9％的富氢气体混合物(物流9‑10‑12‑14)，弛放气(物流15)外排系统。[0045]5、富氢气体混合物经压缩工段增压(5.0MPaG)后，在溴化锂工段内冷却(‑20℃)(物流14‑16‑17‑10‑20)。[0046]6、溴化锂工段出口的氢气进入氢气冷却工段与低温LNG换热冷却(氢气温度‑150℃)后，进入氢气液化工段与(He+Ar)混合物(Ne的浓度为50％)进行换热冷却到‑249℃(物流20‑8‑21)。[0047]7、经氢气液化工段冷却后的氢气(压力4.65MPaG，温度‑249℃)经节流阀节流后，制备液氢。[0048]8、溴化锂预冷工段中，溴化锂增压至2.5MPAG后，经冷却、节流、换热后继续增压而循环使用(27‑3‑29‑27)。

5

CN 112503852 A

说　明　书　附　图

1/1页

图1

6