(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910895126.2
(22)申请日 2019.09.20
(71)申请人 中国石油化工股份有限公司
地址 100728 北京市朝阳区朝阳门北大街
22号
申请人 中国石油化工股份有限公司青岛安
全工程研究院
(72)发明人 刘欢 王振中 赵雯晴 刘全桢
(74)专利代理机构 北京润平知识产权代理有限
公司 11283
代理人 邹飞艳 刘依云
(51)Int.Cl.
F17C 5/06(2006.01)
F17C 13/02(2006.01)
C25B 1/04(2021.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及氢能源技术领域，具体涉及液氢
供氢加氢站设备选型方法，所述液氢供氢加氢站
设备选型方法包括：确定基本参数、液氢系统设
压力等级下的储氢量比例、根据储氢系统的压力
等级及各压力等级下的储氢量比例和加氢站日
加氢量m确定储氢系统、确定加氢机的数量。本发
明针对液氢供氢加氢站这一典型具有普适性的
加氢站工艺，提出了站内主要设备选型方法，为
液氢供氢加氢站内设备选型以及加氢站设计建
设提供依据。权利要求书3页 说明书8页CN 112539338 A 2021.03.23
C N 112539338
A
1.液氢供氢加氢站设备选型方法，所述液氢供氢加氢站的设备包括：液氢系统、氢气压缩机、储氢系统和加氢机，所述液氢系统包括n个液氢储存设备和氢气气化器，其特征在于，所述选型方法包括以下步骤：
S1：确定以下基本参数：1)加氢站日加氢量m；
2)判断加氢时间是否集中，判断方法如下：
如果车辆加氢时间集中在某几个固定时间段，则为集中，加氢站日工作时间T按照10小时计；否则为分散，加氢站日工作时间按16小时计；
3)确定加氢站每小时加氢量m T，计算公式为：其中，m为加氢站日加氢量，T为
加氢运行时间；
4)确定停机敏感性大小，若用户主要为公交车辆，则停机敏感性大，否则停机敏感性大；
5)氢气加注压力等级P；
S2：液氢系统设备选型
1)确定液氢储存设备的数量n；
液氢系统总容积V，计算方法如下：
式中[]为向上取整数运算符；
式中，V1为单个液氢储存设备的储氢量，V为液氢的总用量；
式中，m为加氢站日加注氢气量；t为储存时间，取1～5的整数；θ为液氢储罐有效利用效率；
2)确定氢气气化器的换热总面积；
V H＝16.5×m T
式中，V H为氢气气化器换热面积；
S3：确定氢气压缩机的排量和数量；
当N≤25kW时，若停机敏感性大，则选择两台排量为V T的氢气压缩机；若停机敏感性小，则选择一台排量为V T的氢气压缩机；
当25kW＜N≤60kW时，若停机敏感性大，则选择两台排量为V T的氢气压缩机；若停机敏感性小，则选择一台排量为V T或两台排量为V T/2的氢气压缩机；
当N＞60kW时，若停机敏感性大，则选择三台排量为V T/2的氢气压缩机；若停机敏感性小，则选择两台排量为V T/2的氢气压缩机；
其中，V T为单位小时内压缩氢气体积，
N为氢气压缩机功率，
Ps为氢气压缩机进气绝对压力，单位为Pa；P d为氢气压缩机排气绝对压力，单位为Pa；V T 为单位小时内压缩氢气体积，单位为m3/s；
S4：根据氢气加注压力等级P设置储氢系统的压力等级及各压力等级下的储氢量比例，方法如下：
1)如果氢气加注压力等级为70MPa，则设置低压、中压、高压三级储氢系统，且低压、中压、高压三级储氢系统的储氢量比例为1～3:1～2:1；
2)如果氢气加注压力等级为35MPa和70MPa，则设置低压、中压、高压三级储氢系统，且低压、中压、高压三级储氢系统的储氢量比例为1～3:1～2:1；
3)如果氢气加注压力等级为35MPa，则设置低压、中压两级储氢系统，且低压、中压两级储氢系统的储氢量比例为1～2:1；
S5：根据储氢系统的压力等级及各压力等级下的储氢量比例和加氢站日加氢量m确定储氢系统，方法如下：
1)若加氢站日加氢量m≤500kg且氢气加注压力等级为35MPa时，则设置2个低压储氢设备和1个中压储氢设备；
2)若加氢站日加氢量m≤500kg且氢气加注压力等级为70MPa时，则设置2个低压储氢设备、1个中压储氢设备和1个高压储氢设备；
3)若加氢站日加氢量500kg≤m＜1000kg且氢气加注压力等级为35MPa时，则设置4个低压储氢设备和3个中压储氢设备；
4)若加氢站日加氢量500kg≤m＜1000kg且氢气加注压力等级为70MPa时，则设置4个低压储氢设备、2个中压储氢设备和1个高压储氢设备；
5)若加氢站日加氢量1000kg≤m＜2000kg，按照氢气加注压力等级为70MPa进行设计，则设置6个低压储氢设备和3个中压储氢设备和2个高压储氢设备；
S6：确定加氢机的数量
式中[]为向上取整数运算符，式中式中m1为氢气加注压
力等级P为35MPa下的加氢量，m2为氢气加注压力等级P为70MPa下的加氢量，计算得到数值即为加氢机数量。
2.根据权利要求1所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S1中，所述加氢站日加氢量m通过以下两种方法中的一种确定：
a)直接给出数值m；
b)通过加氢车辆的类型及数量计算：
m＝5×N1+20×N2+15×N2+m4；
其中，N1为出租车的数量，N2为公交车的数量，N3为客运车的数量，m4为其它车辆用氢量的数量。
3.根据权利要求1所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S4中，现有氢气气化器换热面积选自300Nm3/h，500Nm3/h和1000Nm3/h中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S4中，当氢气加注压力等级为70MPa时，所述低压、中压、高压三级储氢系统中：
低压储氢罐的储氢设计压力为25MPa；中压储氢罐的储氢设计压力为45MPa；高压储氢罐的储氢设计压力为87.5MPa。
5.根据权利要求1所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S4中，当氢气加
注压力等级为35MPa和70MPa时，所述低压、中压、高压三级储氢系统中：
低压储氢罐的储氢设计压力为25MPa；中压储氢罐的储氢设计压力为45MPa；高压储氢罐的储氢设计压力为87.5MPa。
6.根据权利要求1、4或5所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S4中，当氢气加注压力等级为35MPa时，所述低压、中压两级储氢系统中：
低压储氢罐的储氢设计压力为25MPa；中压储氢罐的储氢设计压力为45MPa。
7.根据权利要求1所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S5中，所述低压储氢设备为容积为5m3的储氢罐，其储氢设计压力为25MPa，最大储氢容量为88kg/车。
8.根据权利要求1所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S5中，所述中压储氢设备为容积为5m3的储氢罐，其储氢设计压力为45MPa，最大储氢容量为145kg/罐。
9.根据权利要求1所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S5中，所述高压储氢设备为容积为5m3的储氢罐，其储氢设计压力为87.5MPa，最大储氢容量为235kg/罐。
10.根据权利要求1所述的液氢供氢加氢站设备选型方法，其中，在步骤S7中，所述加氢机为单加氢机。
液氢供氢加氢站设备选型方法技术领域
[0001]本发明涉及氢能源技术领域，具体涉及液氢供氢加氢站设备选型方法。背景技术
[0002]化石能源的日益枯竭及使用过程中排放的硫化物、氮化物及多环芳烃等有害物质对人类身心健康及环境造成了严重的损害，亟待出现绿环保可持续的替代能源。氢能被认为是二十一世纪的“终极能源”，以高压氢气为能源的燃料电池汽车已经在日本、美国及欧洲上市，开始迈进民用市场。与燃料电池汽车相配套的则是加氢站。与传统的加油站不同，氢气不仅可以通过站外供应，也可以通过站内装置自制。现阶段由于技术水平、能耗及投资限制的原因，站外供氢是较为普遍的工艺路线，而高压管束车供氢和低温液氢槽车供氢是两种常见的站外供氢方式。
[0003]相较于高压管束车供氢，低温液氢供氢工艺具有明显的优势：供氢量大，氢气纯度高，可省略加注时预冷装备投资等，是氢气日加注量较大时加氢站更具有技术经济性的选择。然而，由于我国加氢站
建设起步较晚，装备技术稍显落后，且加氢站规模较小，因而液氢供氢加氢站基本属于空白状态。专利CN 108561749A提出了一种液氢加氢站的混合加注系统，适用于液氢和气态氢气的加注，但仅限于工艺总体设计。专利CN 108087717A提出了类似的液氢和气态氢气混合加注的加氢站工艺，也未涉及液氢供氢加注站的设备选型，对后续加氢站的设计、建设缺乏普适性的技术支持。
[0004]目前，由于国内外液氢供氢的加氢站投用数量较少，相关设计经验较为欠缺；且液氢供氢加氢站的工艺路线较为繁杂，技术难度较高；存在设备选型方法单一、不准确等问题，导致加氢站设计处理能力与运营效果不匹配，限制了液氢供氢加氢站的设计及建设。发明内容
[0005]本发明的目的是为了克服现有技术中液氢供氢加氢站设计处理能力与运营效果不匹配的不足，本发明提供一种液氢供氢加氢站设备选型方法，该方法能够为液氢供氢加氢站内设备选型以及加氢站设计建设提供依据。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供一种液氢供氢加氢站设备选型方法，所述液氢供氢加氢站的设备包括：液氢系统、氢气压缩机、储氢系统和加氢机，所述液氢系统包括液氢储存设备和氢气气化器，所述选型方法包括以下步骤：
[0007]S1：确定以下基本参数：1)加氢站日加氢量m；
[0008]2)判断加氢时间是否集中，判断方法如下：
[0009]如果车辆加氢时间集中在某几个固定时间段，则为集中，加氢站日工作时间T按照10小时计；否则为分散，加氢站日工作时间按16小时计；
[0010]3)确定加氢站每小时加氢量m T ，计算公式为：其中，m为加氢站日加氢量，T为加氢运行时间；
[0011]4)确定停机敏感性大小，若用户主要为公交车辆，则停机敏感性大，否则停机敏感
说 明 书
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