自供电LNG冷能用于制氢及氢液化联产装置及工作方法

自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置及工作方法
技术领域
1.本发明涉及一种冷能利用、制氢及氢气液化系统，尤其是涉及自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置及工作方法。


背景技术：

2.我国双碳目标的提出加快了能源转型的步伐，天然气、氢气等清洁能源备受关注。lng在气化时将释放大量冷能，如果可以充分利用这部分冷能，将会在很大程度上减少资源的浪费。
3.电解水制氢一直被视为未来最有潜力的制氢技术，但是其发电成本太高。随着可再生能源的快速发展，风力发电、太阳能发电的成本逐渐降低，利用可再生能源发电为电解水制氢提供电能是电解水制氢日后发展的又一趋势。如公开专利cn201810994775.3提到，利用太阳能发电和风力发电技术制备氢气，为天然气提供原料；公开专利cn202121990680.8针对利用太阳能和风能发电进行电解水制氢存在的效率低的问题进行了改善，推动可再生能源发电电解水制氢的发展。
4.液氢在常压下的密度为70.9kg/m3，相当于70mpa氢气密度的1.8倍。因此低温液态储氢在存储密度、容量上等方面具有巨大的优势。碳达峰、碳中和目标愿景下，发展氢能产业是能源绿色低碳转型发展的重要途径。
5.燃气调峰站或接收站的lng冷能资源常年被浪费，而考虑到用电高峰地区电力储备通常比较紧张，电解水制氢需要耗费大量的用电负荷，高负荷用电审批手续时间较长，因此如何稳定可靠地实现无外界电力补给条件下的制氢及氢液化联产成为当务之急。


技术实现要素：

6.发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，实现lng冷能及氢液化系统部分冷能利用发电，为电解水制氢提供电能，有效降低电解水制氢成本，实现冷能的充分利用，能够产生清洁能源液氢，解决制氢能耗高和氢能储运的问题。并提供了其工作方法。
7.技术方案：一种自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，包括lng气化发电系统、自发电电解水制氢系统、氮膨胀预冷系统以及氢增压液化系统；
8.lng气化发电系统的lng存储罐出口端与潜液泵一进口端相连，潜液泵一出口端与流量计一进口端相连，流量计一出口端分两路，一路连接氢增压液化系统，另一路与球阀一进口端相连，球阀一出口端与lng气化器h的h1进口端相连，lng气化器h的h3出口端与工质泵进口端相连，工质泵出口端与第六换热器f的f1进口端相连，第六换热器f的f3出口端与透平膨胀机三进口端相连，透平膨胀机三连接有发电机一，透平膨胀机三出口端与lng气化器h的h2进口端相连，lng气化器h的h4出口端与第五换热器e的e3进口端相连，第五换热器e的e2出口端与背压阀一进口端连接；
9.自发电电解水制氢系统的逆变器与电解槽的x1进口端相连，原料水与球阀三进口
端相连，球阀三出口端与电解槽x2进口端相连，电解槽的x4出口端与截止阀一进口端相连，截止阀一出口端与氧气存储罐进口端相连，电解槽的x3出口端与脱氧干燥装置进口端相连，脱氧干燥装置出口端与流量计二的进口端相连，流量计二出口端与截止阀二连接，截止阀二连通氢增压液化系统；
10.氮膨胀预冷系统的氮气压缩机一出口端与止回阀二进口端相连，止回阀二出口端与冷却器三进口端相连，冷却器三出口端与氢增压液化系统连接，再经氢增压液化系统回连至透平增压机膨胀端的y1进口端，透平增压机膨胀端的y2出口端再经氢增压液化系统回连至透平增压机增压端的y4进口端，透平增压机增压端的y3出口端与氮气压缩机一进口端连接；
11.所述氢增压液化系统中的氢气依次经过lng预冷段、氮膨胀预冷段、透平膨胀机降温段处理后，通过节流阀后进入液氢存储罐储存；
12.lng预冷段通过lng气化发电系统提供lng，流量计一通过球阀二连接氢增压液化系统，球阀二出口端与第二换热器b的b10进口端相连，第二换热器b的b9出口端与第一换热器a的a10进口端相连，第一换热器a的a9出口端与背压阀二的进口端相连，背压阀二的出口端与背压阀一的出口端汇合后，经调节处理后与用户单元连接；lng预冷段的氢压缩机二出口端与止回阀一进口端相连，止回阀一出口端与冷却器二的进口端相连，冷却器二的出口端与第一换热器a的a4进口端相连，第一换热器a的a3出口端与第二换热器b的b4进口端相连，第二换热器b的b3出口端与第三换热器c的c4进口端相连；
13.氮膨胀预冷段通过氮膨胀预冷系统提供n2，氮膨胀预冷段的第三换热器c的c4进口端与第二换热器b的b3出口端相连；
14.透平膨胀机降温段的第四换热器d的d4进口端与第三换热器c的c3出口端相连，第四换热器d的d3出口端与节流阀的进口端相连，节流阀的出口端与液氢存储罐的进口端相连,截止阀四与第三换热器c的c3出口端相连，截止阀四的出口端与透平膨胀机二的进口端相连，透平膨胀机二连接有发电机三，透平膨胀机二的出口端与液氢存储罐出口端汇合后一并与第四换热器d的d2进口端相连，第四换热器d的d1出口端与第三换热器c的c2进口端相连。
15.进一步的，第一换热器a的a3出口端还与截止阀三的进口端相连，截止阀三的出口端与透平膨胀机一的进口端相连，透平膨胀机一连接有发电机二，透平膨胀机一的出口端与第三换热器c的c1出口端汇合后一并与第二换热器b的b2进口端相连，第二换热器b的b1出口端与第一换热器a的a2进口端相连，发电机二以及发电机一、发电机三产生的电能汇合后一并经逆变器进入电解槽往复循环。
16.进一步的，第二换热器b的b1出口端与第一换热器a的a2进口端相连后，再经第一换热器a的a1出口端与氢压缩机一的进口端相连，氢压缩机一的出口端与冷却器一的进口端相连，冷却器一出口端与截止阀二出口端汇合后一并与氢压缩机二连接。
17.最佳的，本装置还包括控制单元，第一换热器a的a1出口端与氢压缩机一的进口端之间接入控制单元，氢压缩机二、氮气压缩机一、球阀二、节流阀、球阀四、截止阀四、截止阀三分别与控制单元信号连接。
18.控制单元接收系统测量段的压力、温度和流量值，通过调节截止阀三、截止阀四、节流阀、球阀二、球阀四的开度及氢压缩机一、氢压缩机二及氮气压缩机一的转速，使得系
统在设定参数范围内正常运行。
19.控制单元通过采集测点数据进而调整各模块中的设备和执行机构，保证系统的安全稳定运行；分布在各个系统的温度和压力测点及控制单元设定的参数如下：氢气压力a(p1)、e(p2)、f(p3)、g(p4)；氢气温度b(t1)、c(t2)、h(t3)、i(t4)，具体调节方法如下：
20.通过调节氢压缩机二、氢压缩机一、氮气压缩机一的转速，控制a、f、g处压力分别达到设定值p1、p3、p4，通过检测d、e两处的压力值，以此控制氢压缩机一使得d、e两处压力值相等；通过调节球阀二、节流阀、球阀四、截止阀四、截止阀三的开度，分别控制b、c、h、i处的温度分别达到设定值t1、t2、t3、t4。
21.进一步的，氮膨胀预冷系统还包括氮气补充罐，氮气补充罐的出口端与球阀四进口端相连，球阀四出口端与透平增压机增压端的y3出口端汇合后，一并与氮气压缩机一进口端连接；
22.冷却器三的出口端与第一换热器a的a7进口端相连，第一换热器a的a8出口端与第二换热器b的b7进口端相连，第二换热器b的b8出口端与透平增压机膨胀端的y1进口端相连，透平增压机膨胀端的y2出口端与第三换热器c的c6进口端相连，第三换热器c的c5出口端与第二换热器b的b6进口端相连，第二换热器b的b5出口端与第一换热器a的a6进口端相连，第一换热器a的a5出口端与透平增压机增压端的y4进口端相连。
23.进一步的，第一换热器a、第二换热器b、第三换热器c、第四换热器d均为微通道板翅式换热器器，其中，第二换热器b、第三换热器c以及第四换热器d微通道内填充正仲氢转化催化颗粒。
24.最佳的，电解槽通过碱性水解、质子交换膜水解及高温固态氧化物水解的方法电解水制氢；脱氧干燥装置采用与氧气反应生成水的方法，通过脱氧提纯获得所需气体。
25.最佳的，lng冷能发电系统中工质为丙烷或三氟甲烷或乙烯或混合工质。
26.最佳的，冷却器一、冷却器二、冷却器三为水冷冷却器，流量计一、流量计二为文丘里流量计。
27.一种上述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置的工作方法，包括以下步骤：
28.第一步：开启装置，lng存储罐中的lng经潜液泵一进入流量计一，流量计一出口端分为两路，第一路经球阀一进入lng气化器h释放冷能，与发电循环系统工质进行换热，工质经工质泵增压后，进入第六换热器f与冷却水换热，工质温度升高，进入透平膨胀机三，推动发电机一工作，产生电能；流量计一的第二路出口经过球阀二后进入第二换热器b换热，温度升高，之后进入第一换热器a，温度进一步升高，通过背压阀二稳定压力，经过lng气化器h之后lng变为ng，温度升高，进一步进入第五换热器e与冷却水换热，ng温度进一步升高，进入背压阀一稳定压力，背压阀二与背压阀一出口一并汇合后，经过调节处理后进入用户端；
29.第二步：发电机一产生的电能经逆变器进入电解槽，电解槽产生的氧气经过截止阀一进入氧气存储罐；电解槽产生的氢气进入脱氧干燥装置进行氢气提纯，原料水经过球阀三补充电解水制氢过程消耗的原料水，经过提纯后的氢气经过流量计二进入截止阀二，然后进入氢压缩机二增压，进入止回阀一，经过冷却器二降温后进入lng预冷段，依次经过第一换热器a、第二换热器b降温；
30.第三步：氮气进入氮膨胀预冷段；氮气从氮气压缩机一增压，经过止回阀二后进入
冷却器三降温，然后进入第一换热器a、第二换热器b降温后，进入透平增压机膨胀；从透平增压机出来的氮气依次进入第三换热器c、第二换热器b、第一换热器a中复温，之后进入透平增压机增压后进入氮气压缩机一增压，进入下一个循环；
31.第四步：lng预冷段结束之后氢气进入氮膨胀预冷段，经过第三换热器c降温；
32.第五步：氮膨胀预冷段结束之后进入透平膨胀机降温段，从第三换热器c中降温后的氢气分两路，第一路经第四换热器d降温后，进入节流阀进一步降温，然后进入液氢存储罐；第二路经截止阀四进入透平膨胀机二降温，推动发电机三运行，产生电能，然后与从液氢存储罐出来的低温氢气汇合后进入依次进入第四换热器d、第三换热器c中复温；
33.从第一换热器a中降温后氢气的第二路经截止阀三进入透平膨胀机一降温，推动发电机二运行，产生电能，电能传输至电解槽，然后再与第三换热器c复温后的氢气一并汇合后依次进入第二换热器b、第一换热器a中继续复温，然后进入氢压缩机一中增压后，进入冷却器一中降温，与从截止阀二中出来的氢气一并汇合后进入氢压缩机二(103)中增压，进入下一个循环。
34.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
35.1、本发明通过lng冷能发电和氢液化系统膨胀功发电系统，无需外界供电为电解水制氢提供电能，有效降低电解水制氢成本，并且利用易于获取的lng气化冷能和氢气低温液化系统耦合，完成了自供电低能耗将氢气从制取到液化的产业目的。
36.2、本发明在第二换热器、第三换热器、第四换热器微通道内布置有正仲氢转化催化颗粒，节省了传统正-仲氢转化装置所占用的空间，在很大程度上节省了设备初投资和空间占地。
37.3、本发明避免了燃气调峰站lng冷能资源浪费，通过氢能实现了能量转移和消纳，最终以产品液氢的形式解决了氢能储运的行业痛点。
附图说明
38.图1为本发明的系统结构示意图；
39.图2为氢气在图1中a处的压力控制图；
40.图3为氢气在图1中b处的温度控制图；
41.图4为氢气在图1中c处的温度控制图；
42.图5为氢气在图1中d处的压力控制图；
43.图6为氮气在图1中f处的压力控制图；
44.图7为氮气在图1中g处的压力控制图；
45.图8为氢气在图1中h处的温度控制图；
46.图9为氢气在图1中i处的温度控制图。
具体实施方式
47.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
48.一种自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置及工作方法，如图1所示，包括lng气化发电系统、自发电电解水制氢系统，氮膨胀预冷系统以及氢增压液化系统。
49.lng气化发电系统由lng储罐301出口端与潜液泵一310进口端相连，潜液泵一310出口端与流量计一302进口端相连，流量计一302出口端与分两路，第一路出口与球阀一306进口端相连，球阀一306出口端与lng气化器h的h1进口端相连，lng气化器h的h3出口端与工质泵307进口端相连，工质泵307出口端与第六换热器f的f1进口端相连，第六换热器f的f3出口端与透平膨胀机三308进口端相连，冷却水自第六换热器f的f4进口端流入，并从f2出口端流出；透平膨胀机三308连接有发电机一309，透平膨胀机三308出口端与lng气化器h的h2进口端相连，lng气化器h的h4出口端与第五换热器e的e3进口端相连，第五换热器e的e2出口端与背压阀一305进口端连接构成；
50.自发电电解水制氢系统由逆变器201与电解槽205的x1进口端相连，原料水与球阀三202进口端相连，球阀三202出口端与电解槽205的x2进口端相连，电解槽205的x4出口端与截止阀一204进口端相连，截止阀一204出口端与氧气存储罐203进口端相连，电解槽205的x3出口端与脱氧干燥装置206进口端相连，脱氧干燥装置206出口端与流量计二207的进口端相连，流量计二207出口端与截止阀二208连接构成；
51.氮膨胀预冷系统由氮气压缩机一116出口端与止回阀二114进口端相连，止回阀二114出口端与冷却器三115进口端相连，冷却器三115出口端与第一换热器a的a7进口端相连，第一换热器a的a8出口端与第二换热器b的b7进口端相连，第二换热器b的b8出口端与透平增压机112膨胀端的y1进口端相连，膨胀端的y2出口端与第三换热器c的c6进口端相连，第三换热器c的c5出口端与第二换热器b的b6进口端相连，第二换热器b的b5出口端与第一换热器a的a6进口端相连，第一换热器a的a5出口端与透平增压机112增压端的y4进口端相连，氮气补充罐117出口端与球阀四118进口端相连，球阀四118出口端与透平增压机112增压端的y3出口端汇合后，一并与氮气压缩机一116进口端连接构成；
52.氢增压液化系统中的氢气依次经过lng预冷、氮膨胀预冷、透平膨胀机降温处理后，最后通过节流阀进一步液化；
53.lng预冷段由lng储罐301出口端与潜液泵一310进口端相连，潜液泵一310出口端与流量计一302进口端相连，流量计一302出口端第二路出口与球阀二303的进口段相连，球阀二303出口端与第二换热器b的b10进口端相连，第二换热器b的b9出口端与第一换热器a的a10进口端相连，第一换热器a的a9出口端与背压阀二304的进口端相连，背压阀二304的出口端与背压阀一305的出口端汇合后，经调节处理后与用户单元连接；
54.氮膨胀预冷段见上述氮膨胀预冷系统；
55.由氢压缩机二103出口端与止回阀一104进口端相连，止回阀一104出口端与冷却器二105的进口端相连，冷却器二105的出口端与第一换热器a的a4进口端相连(lng预冷段开始)，第一换热器a的a3出口端分为两路，第一路出口与第二换热器b的b4进口端相连，第二换热器b的b3出口端与第三换热器c的c4进口端相连(lng预冷段结束，氮膨胀预冷段开始)，第三换热器c的c3出口端分为两路，第一路出口与第四换热器d的d4进口端相连(氮膨胀预冷段结束)，第四换热器d的d3出口端与节流阀110的进口端相连，节流阀110的出口端与液氢存储罐111的进口端相连，第三换热器c的第二路出口与截止阀四108的进口端相连，截止阀四108的出口端与透平膨胀机二109的进口端相连，透平膨胀机二109连接有发电机三119，透平膨胀机二109的出口端与液氢存储罐111出口端汇合后一并与第四换热器d的d2进口端相连，第四换热器d的d1出口端与第三换热器c的c2进口端相连，第一换热器a的a3出
口端的第二路与截止阀三106的进口端相连，截止阀三106的出口端与透平膨胀机一107的进口端相连，透平膨胀机一107连接有发电机二113，透平膨胀机一107的出口端与第三换热器c的c1出口端汇合后一并与第二换热器b的b2进口端相连，第二换热器b的b1出口端与第一换热器a的a2进口端相连，第一换热器a的a1出口端与控制单元100相连，然后与氢压缩机一101的进口端相连，氢压缩机一101的出口端与冷却器一102的进口端相连，冷却器一102出口端与截止阀二208出口端汇合后一并与氢压缩机二103连接构成；
56.发电机二113、三119产生的电能与发电机一309产生的电能汇合后一并经逆变器201进入电解槽205，由此进入下一个循环。
57.控制单元100接收系统测量段的压力、温度和流量值，通过调节截止阀三106、四108、节流阀110、球阀二303、球阀四118的开度及氢压缩机一101、氢压缩机二103氮气压缩机一116的转速，使得系统在设定参数范围内正常运行。
58.控制单元100通过采集测点数据进而调整各模块中的设备和执行机构，保证系统的安全稳定运行；
59.分布在各个系统的温度和压力测点及控制单元100设定的参数如下：氢气压力a(p1)、e(p2)、f(p3)、g(p4)；氢气温度b(t1)、c(t2)、h(t3)、i(t4)；
60.具体调节方法如下：
61.通过调节氢压缩机二103、氢压缩机一101、氮气压缩机一116的转速，控制a、f、g处压力分别达到设定值p1、p3、p4，通过检测d、e两处的压力值，以此控制氢压缩机一101使得d、e两处压力值相等；
62.通过调节球阀二303、节流阀110、球阀四118、截止阀四108、三106的开度，分别控制b、c、h、i处的温度分别达到设定值t1、t2、t3、t4；
63.第一换热器a、第二换热器b、第三换热器c、第四换热器d均为微通道板翅式换热器器，其中，第二换热器b、第三换热器c以及第四换热器d微通道内填充正仲氢转化催化颗粒。
64.氮膨胀预冷系统中的氮气补充罐117为该循环补充氮气，以平衡循环内压力。
65.电解水制氢系统的电解槽205通过碱性水解、质子交换膜水解及高温固态氧化物水解的方法电解水制氢。
66.脱氧干燥装置206采用与氧气反应生成水的原理，从而通过脱氧提纯获得所需气体。
67.lng冷能发电系统中工质可以为丙烷、三氟甲烷、乙烯、混合工质等中的一种。
68.冷却器一102、二105、三115为水冷，流量计一302、二207为文丘里流量计。
69.上述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置及控制方法的工作方法，具体包括：
[0070]-165℃的lng从lng存储罐中离开经潜液泵一加压至7.3mpa后进入流量计一，经流量计一分为两路，第一路经球阀一进入lng气化器h释放冷能，与发电循环系统工质丙烷进行换热，此时丙烷压力为0.1mpa，温度为-43.5℃，丙烷经工质泵增压至0.55mpa后进入第六换热器f与0.3mpa、18.8℃的冷却水换热，此时丙烷温度升高至3.6℃，进入透平膨胀机三，推动发电机一工作，产生电能，经透平膨胀机三出来的丙烷压力为0.1mpa，温度为-41.8℃，之后进入lng气化器继续与lng换热，进入下一个发电循环；
[0071]
发电机一产生的电能经逆变器进入碱性电解槽，碱性电解槽产生的氧气经过截止
阀一进入氧气存储罐；碱性电解槽产生的氢气进入脱氧干燥装置进行提纯，提纯后的氢气压力为0.3mpa，原料水经过球阀三补充电解水制氢过程消耗的原料水，经过提纯后的氢气经过流量计二进入截止阀二，然后进入氢压缩机二增压至2.5mpa，进入止回阀一，经过冷却器二降温至20℃后进入lng预冷段，然后经过第一换热器a、第二换热器b分别降温至-85℃、-145℃；
[0072]
lng预冷段中，7.4mpa、-165℃的lng从流量计一的第二路出口经过球阀二后进入第二换热器b换热，温度升高至-105℃，之后进入第一换热器a，温度进一步升高至10℃，通过背压阀二稳定压力；
[0073]
经过lng气化器h之后lng变为-51.8℃的ng，进入第五换热器e与0.3mpa、18.8℃的冷却水换热，ng温度进一步升高至13.8℃，进入背压阀一稳定压力，背压阀二与背压阀一出口一并汇合后，ng经过调节处理后压力为2.3mpa，最后进入用户端供用户使用；
[0074]
lng预冷段结束之后氢气进入氮膨胀预冷段，经过第三换热器c降温至-190℃；
[0075]
氮膨胀预冷段中，氮气进入氮气压缩机一增压至3.5mpa，经过止回阀二后进入冷却器三降温至20℃，然后进入第一换热器a温度降至-85℃、第二换热器b降温至-145℃后，进入透平增压机膨胀端进行膨胀做功，此时氮气压力为1.5mpa，温度为-194℃；从透平增压机膨胀端出来的氮气依次进入第三换热器c、第二换热器b、第一换热器a中分别复温至-150℃、-90℃、10℃，之后进入透平增压机的增压端增压至2.7mpa，为保证循环压力正常运行，氮气补充罐出来的2.7mpa、25℃的氮气经过球阀四为循环补充氮气，与从透平增压机增压端出来的氮气汇合一并进入氮气压缩机一增压至3.5mpa，进入下一个循环；
[0076]
从第一换热器器a中降温后的氢气分为两路，第一路经过第二换热器b、第三换热器c中分别降温至-145℃、-190℃，从第三换热器c中降温后的氢气分两路，第一路经第四换热器d降温至-240℃，进入节流阀进一步降温至-253℃，氢气液化，然后进入液氢存储罐；
[0077]
从第三换热器c中降温后氢气的第二路出口经截止阀四进入透平膨胀机二降温至-243℃，压力降至0.1mpa，推动发电机三运行产生电能，然后与从液氢存储罐出来的低温氢气汇合后依次进入第四换热器d、第三换热器c中复温；
[0078]
从第一换热器a中降温后氢气的第二路出口经截止阀三进入透平膨胀机一降温至-150℃、压力降至0.1mpa，推动发电机二运行产生电能，然后与第三换热器c复温后的氢气一并汇合后依次进入第二换热器b、第一换热器a中复温，然后进入氢压缩机一中增压至0.3mpa，进入冷却器一中降温至20℃，与从截止阀二中出来的氢气一并汇合后进入氢压缩机二中增压至2.5mpa，进入下一个循环；
[0079]
发电机二、三产生的电能与发电机一产生的电能汇合后一并经逆变器进入碱性电解槽进行电解水制氢，由此进入下一个循环；
[0080]
控制单元100设定的参数：测量处a的压力设定为p1、测量处b的温度设定为t1、测量处c的温度设定为t2、测量处e的压力设定为p2、测量处f处的压力设定为p3、测量处g处的压力设定为p4、测量处h处的温度设定为t3、测量处i处的温度设定为t4；
[0081]
如图2所示，氢气压力通过氢压缩机二转速控制a处氢气压力为设定值p1，p1＝2.5mpa，例如当实测压力p1》p1时，通过降低氢压缩机二转速降低氢气压力至p1。
[0082]
如图3所示，氢气温度通过球阀二开度控制b处氢气温度为设定值t1，t1＝-145℃，例如当实测温度t1》t1时，通过增大球阀二开度降低氢气温度至t1。
[0083]
如图4所示，氢气温度通过节流阀开度控制c处氢气温度为设定值t2，t2＝-253℃，例如当实测温度t2》t2时，通过增大节流阀开度降低氢气温度至t2。
[0084]
如图5所示，氢气压力通过氢压缩机一转速控制d处氢气压力为设定值p2，p2＝0.3mpa，例如当实测压力p2》p2时，通过降低氢压缩机一转速降低氢气压力至p2。
[0085]
如图6所示，氮气压力通过氮气压缩机一转速控制f处氮气压力为设定值p3，p3＝3.5mpa，例如当实测压力p3》p3时，通过降低氮气压缩机一转速降低氮气压力至p3。
[0086]
如图7所示，氮气压力通过球阀四开度控制g处氮气压力为设定值p4，p4＝2.7mpa，例如当实测压力p4》p4时，通过减小球阀四开度降低氮气压力至p4。
[0087]
如图8所示，氢气温度通过截止阀三开度控制h处氢气温度为设定值t3，t3＝-243℃，例如当实测压力t3》t3时，通过增大截止阀三开度降低氢气温度至t3。
[0088]
如图9所示，氢气温度通过截止阀四开度控制i处氢气温度为设定值t4，t4＝-150℃，例如当实测压力t4》t4时，通过增大截止阀四开度降低氢气温度至t4。

技术特征：
1.一种自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：包括lng气化发电系统、自发电电解水制氢系统、氮膨胀预冷系统以及氢增压液化系统；lng气化发电系统的lng存储罐(301)出口端与潜液泵一(310)进口端相连，潜液泵一(310)出口端与流量计一(302)进口端相连，流量计一(302)出口端分两路，一路连接氢增压液化系统，另一路与球阀一(306)进口端相连，球阀一(306)出口端与lng气化器h的h1进口端相连，lng气化器h的h3出口端与工质泵(307)进口端相连，工质泵(307)出口端与第六换热器f的f1进口端相连，第六换热器f的f3出口端与透平膨胀机三(308)进口端相连，透平膨胀机三(308)连接有发电机一(309)，透平膨胀机三(308)出口端与lng气化器h的h2进口端相连，lng气化器h的h4出口端与第五换热器e的e3进口端相连，第五换热器e的e2出口端与背压阀一(305)进口端连接；自发电电解水制氢系统的逆变器(201)与电解槽(205)的x1进口端相连，原料水与球阀三(202)进口端相连，球阀三(202)出口端与电解槽(205)x2进口端相连，电解槽(205)的x4出口端与截止阀一(204)进口端相连，截止阀一(204)出口端与氧气存储罐(203)进口端相连，电解槽(205)的x3出口端与脱氧干燥装置(206)进口端相连，脱氧干燥装置(206)出口端与流量计二(207)的进口端相连，流量计二(207)出口端与截止阀二(208)连接，截止阀二(208)连通氢增压液化系统；氮膨胀预冷系统的氮气压缩机一(116)出口端与止回阀二(114)进口端相连，止回阀二(114)出口端与冷却器三(115)进口端相连，冷却器三(115)出口端与氢增压液化系统连接，再经氢增压液化系统回连至透平增压机(112)膨胀端的y1进口端，透平增压机(112)膨胀端的y2出口端再经氢增压液化系统回连至透平增压机(112)增压端的y4进口端，透平增压机(112)增压端的y3出口端与氮气压缩机一(116)进口端连接；所述氢增压液化系统中的氢气依次经过lng预冷段、氮膨胀预冷段、透平膨胀机降温段处理后，通过节流阀(110)后进入液氢存储罐(111)储存；lng预冷段通过lng气化发电系统提供lng，流量计一(302)通过球阀二(303)连接氢增压液化系统，球阀二(303)出口端与第二换热器b的b10进口端相连，第二换热器b的b9出口端与第一换热器a的a10进口端相连，第一换热器a的a9出口端与背压阀二(304)的进口端相连，背压阀二(304)的出口端与背压阀一(305)的出口端汇合后，经调节处理后与用户单元连接；lng预冷段的氢压缩机二(103)出口端与止回阀一(104)进口端相连，止回阀一(104)出口端与冷却器二(105)的进口端相连，冷却器二(105)的出口端与第一换热器a的a4进口端相连，第一换热器a的a3出口端与第二换热器b的b4进口端相连，第二换热器b的b3出口端与第三换热器c的c4进口端相连；氮膨胀预冷段通过氮膨胀预冷系统提供n2，氮膨胀预冷段的第三换热器c的c4进口端与第二换热器b的b3出口端相连；透平膨胀机降温段的第四换热器d的d4进口端与第三换热器c的c3出口端相连，第四换热器d的d3出口端与节流阀(110)的进口端相连，节流阀(110)的出口端与液氢存储罐(111)的进口端相连,截止阀四(108)与第三换热器c的c3出口端相连，截止阀四(108)的出口端与透平膨胀机二(109)的进口端相连，透平膨胀机二(109)连接有发电机三(119)，透平膨胀机二(109)的出口端与液氢存储罐(111)出口端汇合后一并与第四换热器d的d2进口端相连，第四换热器d的d1出口端与第三换热器c的c2进口端相连。
2.根据权利要求1所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：第一换热器a的a3出口端还与截止阀三(106)的进口端相连，截止阀三(106)的出口端与透平膨胀机一(107)的进口端相连，透平膨胀机一(107)连接有发电机二(113)，透平膨胀机一(107)的出口端与第三换热器c的c1出口端汇合后一并与第二换热器b的b2进口端相连，第二换热器b的b1出口端与第一换热器a的a2进口端相连，发电机二(113)以及发电机一(309)、发电机三(119)产生的电能汇合后一并经逆变器(201)进入电解槽(205)往复循环。3.根据权利要求2所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：第二换热器b的b1出口端与第一换热器a的a2进口端相连后，再经第一换热器a的a1出口端与氢压缩机一(101)的进口端相连，氢压缩机一(101)的出口端与冷却器一(102)的进口端相连，冷却器一(102)出口端与截止阀二(208)出口端汇合后一并与氢压缩机二(103)连接。4.根据权利要求3所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：还包括控制单元(100)，第一换热器a的a1出口端与氢压缩机一(101)的进口端之间接入控制单元(100)，氢压缩机二(103)、氮气压缩机一(116)、球阀二(303)、节流阀(110)、球阀四(118)、截止阀四(108)、截止阀三(106)分别与控制单元(100)信号连接。5.根据权利要求1所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：氮膨胀预冷系统还包括氮气补充罐(117)，氮气补充罐(117)的出口端与球阀四(118)进口端相连，球阀四(118)出口端与透平增压机(112)增压端的y3出口端汇合后，一并与氮气压缩机一(116)进口端连接；冷却器三(115)的出口端与第一换热器a的a7进口端相连，第一换热器a的a8出口端与第二换热器b的b7进口端相连，第二换热器b的b8出口端与透平增压机(112)膨胀端的y1进口端相连，透平增压机(112)膨胀端的y2出口端与第三换热器c的c6进口端相连，第三换热器c的c5出口端与第二换热器b的b6进口端相连，第二换热器b的b5出口端与第一换热器a的a6进口端相连，第一换热器a的a5出口端与透平增压机(112)增压端的y4进口端相连。6.根据权利要求1所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：第一换热器a、第二换热器b、第三换热器c、第四换热器d均为微通道板翅式换热器器，其中，第二换热器b、第三换热器c以及第四换热器d微通道内填充正仲氢转化催化颗粒。7.根据权利要求1所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：电解槽(205)通过碱性水解、质子交换膜水解及高温固态氧化物水解的方法电解水制氢；脱氧干燥装置(206)采用与氧气反应生成水的方法，通过脱氧提纯获得所需气体。8.根据权利要求1所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：lng冷能发电系统中工质为丙烷或三氟甲烷或乙烯或混合工质。9.根据权利要求3所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置，其特征在于：冷却器一(102)、冷却器二(105)、冷却器三(115)为水冷冷却器，流量计一(302)、流量计二(207)为文丘里流量计。10.一种如权利要求1～9任一所述的自供电lng冷能用于制氢及氢液化联产装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：开启装置，lng存储罐(301)中的lng经潜液泵一(310)进入流量计一(302)，流量计一(302)出口端分为两路，第一路经球阀一(306)进入lng气化器h释放冷能，与发电循环系统工质进行换热，工质经工质泵(307)增压后，进入第六换热器f与冷却水换热，工质温
度升高，进入透平膨胀机三(308)，推动发电机一(309)工作，产生电能；流量计一(302)的第二路出口经过球阀二(303)后进入第二换热器b换热，温度升高，之后进入第一换热器a，温度进一步升高，通过背压阀二(304)稳定压力，经过lng气化器h之后lng变为ng，温度升高，进一步进入第五换热器e与冷却水换热，ng温度进一步升高，进入背压阀一(305)稳定压力，背压阀二(304)与背压阀一(305)出口一并汇合后，经过调节处理后进入用户端；第二步：发电机一(309)产生的电能经逆变器(201)进入电解槽(205)，电解槽(205)产生的氧气经过截止阀一(204)进入氧气存储罐(203)；电解槽(205)产生的氢气进入脱氧干燥装置(206)进行氢气提纯，原料水经过球阀三(202)补充电解水制氢过程消耗的原料水，经过提纯后的氢气经过流量计二(207)进入截止阀二(208)，然后进入氢压缩机二(103)增压，进入止回阀一(104)，经过冷却器二(105)降温后进入lng预冷段，依次经过第一换热器a、第二换热器b降温；第三步：氮气进入氮膨胀预冷段；氮气从氮气压缩机一(116)增压，经过止回阀二(114)后进入冷却器三(115)降温，然后进入第一换热器a、第二换热器b降温后，进入透平增压机(112)膨胀；从透平增压机(112)出来的氮气依次进入第三换热器c、第二换热器b、第一换热器a中复温，之后进入透平增压机(112)增压后进入氮气压缩机一(116)增压，进入下一个循环；第四步：lng预冷段结束之后氢气进入氮膨胀预冷段，经过第三换热器c降温；第五步：氮膨胀预冷段结束之后进入透平膨胀机降温段，从第三换热器c中降温后的氢气分两路，第一路经第四换热器d降温后，进入节流阀(110)进一步降温，然后进入液氢存储罐(111)；第二路经截止阀四(108)进入透平膨胀机二(109)降温，推动发电机三(303)运行，产生电能，然后与从液氢存储罐(111)出来的低温氢气汇合后进入依次进入第四换热器d、第三换热器c中复温；从第一换热器a中降温后氢气的第二路经截止阀三(106)进入透平膨胀机一(107)降温，推动发电机二(113)运行，产生电能，电能传输至电解槽(205)，然后再与第三换热器c复温后的氢气一并汇合后依次进入第二换热器b、第一换热器a中继续复温，然后进入氢压缩机一(101)中增压后，进入冷却器一(102)中降温，与从截止阀二(208)中出来的氢气一并汇合后进入氢压缩机二(103)中增压，进入下一个循环。

技术总结
本发明公开了一种自供电LNG冷能用于制氢及氢液化联产装置及工作方法，具体包括LNG气化发电系统、自发电电解水制氢系统、氮膨胀预冷系统以及氢增压液化系统。本发明利用LNG气化冷能以及氢液化系统中膨胀功发电，为电解水制氢系统提供电能，纯化后氢气经低温液化系统冷却成液氢。本发明设置控制系统，通过控制并联流路流量以及压缩机压比来保证系统稳定运行。本发明充分利用LNG气化冷能以及氢液化系统经常浪费的膨胀功降低了电解水制氢过程用电成本，避免了燃气调峰站LNG冷能资源浪费，实现了无外界电力补给条件下LNG冷能发电制氢及氢液化联产的目的。氢液化联产的目的。氢液化联产的目的。


技术研发人员：蒋庆峰 陶向坤 段文青 朱秋 万世卿 李怀兵 黄锋
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/9