以下文章来源于洁净煤技术 ，作者公茂琼
氢液化与低温高压储氢技术可大幅提高储氢密度，有效解决氢气低密度、低沸点带来的大规模储运难题。综述了2种技术的发展现状，对比了各类流程的特点，总结了未来发展方向，为氢储运技术发展提供参考。其中氢液化的储氢密度高且压力低，是目前主流大规模氢储运方法之一；低温高压储氢密度接近液氢且本征能耗低，无需正仲氢转化，极具发展潜力；以混合工质节流制冷循环替代液氮预冷可显著降低能耗，是重要发展趋势。
氢液化与低温高压储氢技术发展现状
王昊成1,杨敬瑶1,2,董学强1,2,公茂琼1,2
1.中国科学院理化技术研究所
2.中国科学院大学
创新点
1) 以单级压缩混合工质节流制冷循环代替液氮对氢气进行预冷，大幅降低预冷阶段温差和不可逆损失，显著降低氢液化能耗。
2) 提出以混合工质节流制冷循环等外置式制冷系统冷却高压氢气的低温高压氢制备方法，能耗显著小于现有的液氢增压气化法。
3) 在低温高压储氢容器内填充吸附材料，显著提高储氢密度、降低储氢压力。
注：该3条是针对文中提到的本课题组技术的创新点。
研究背景
氢气是重要的二次能源载体，然而其低密度、低沸点特性带的储运难题严重制约了氢能大规模推广应用，亟需发展高效致密化方法。目前，相较尚不成熟的化学储氢方法，以气体增压或液化物理储运方式占据主流。其中以氢液化和低温高压储氢为代表的低温致密化方法具有储氢密度高等优势，是实现氢气规模化、致密化储运的关键技术。
研究内容
综述了氢液化与低温高压储氢2种低温储氢技术的发展现状，对比了各类低温储氢流程的性能和特点，并总结了未来发展方向。对于氢液化技术，梳理了氦膨胀流程、氢膨胀流程以及各类新型流程，介绍了典型氢液化装置的性能和特点，并分析了混合工质预冷代替液氮等新流程构型的节能特性。对于低温高压储氢技术，梳理了低温高压氢气制备方法及储氢容器发展现状，介绍了外置式制冷循环冷却高压氢气、低温高压吸附储氢等新技术的特点。
研究结论
1) 高效H2低温致密化技术是实现氢能大规模推广应用的重要保障。其中低温液态储氢（氢液化）可实现较高储氢密度且储存压力低，是H2大规模储运的主流技术之一；而低温高压储氢密度大，本征能耗低，极具发展潜力。
2) 目前商业化运行的氢液化装置主要采用液氮预冷的氦膨胀制冷氢液化流程（多数≤2.5 t/d）与氢膨胀制冷氢液化流程（多数≥5 t/d），但液化能耗仍相对较高，超过10 kWh/kg。其中液氮预冷过程中冷热流体匹配较差，导致预冷能耗较高；而以混合工质制冷循环等代替液氮可有效降低预冷能耗，是氢液化技术的发展方向。
3) 低能耗的低温H2制取流程与能同时耐低温高压的储氢容器是低温高压储氢技术的关键。目前以液氢增压气化制取低温高压H2流程整体能耗较高；而将常温H2增压后，再以混合工质制冷循环等外部冷源将其冷却的流程可实现较低能耗。现有低温高压储氢容器大多基于III型瓶结构，未来可通过与吸附材料耦合进一步降低储氢压力，提升储氢密度。随着高性能低温高压储氢容器的发展，该技术的高密度、低能耗优势充分发挥，在大规模氢储运中竞争力更强。
重要图表
图1 单级油润滑普冷压缩机驱动的混合工质氢液化预冷循环(预冷双压Claude流程)
图2 高压氢气冷却储存流程
图3 77 K下容器内填充不同吸附材料的低温高压储氢密度
引用格式：
王昊成,杨敬瑶,董学强,等. 氢液化与低温高压储氢技术发展现状[J].洁净煤技术,2023,29(3):102-113.
WANG Haocheng,YANG Jingyao,DONG Xueqiang,et al.Review on hydrogen liquefaction and cryo-compression hydrogen storage technologies[J].Clean Coal Technology,2023,29(3):102-113.
作者简介
王昊成，男，1991年生，现任中国科学院理化技术研究所项目副研究员，工学博士。研究方向为混合工质制冷、氢液化、气体液化分离、VOCs回收等，主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金青年基金项目及重点项目子课题、中科院先导项目子课题、多个横向项目等，发表学术论文20余篇，申请专利20余项，授权4项，入选北京市科协 2023—2025年度青年人才托举工程。
通讯作者
公茂琼，男，1971年生，中国科学院理化技术研究所研究员、博导，工学博士。获国家杰出青年基金资助。现任中国制冷学会理事及低温专业委员会秘书长、中国工程热物理学会理事及热力学分会委员。主要研究方向为低温混合工质节流制冷技术，包括低温流体热物性及两相传热等基础研究，以及在氮/氧/天然气液化、低温冻存、环境模拟测试设备等方面的应用研究，并已经实现产业化，核心技术成果获国家技术发明二等奖。近年来主持国家科技重大专项专题、基金委重点项目、国家重点研发计划课题、中科院国际合作项目等重要科研项目。共授权发明专利近100件，发表学术论文近400篇，其中SCI收录150余篇，出版学术专著1部；获国家技术发明二等奖、北京市科技一等奖、中国制冷学会技术发明特等奖、中国国际博览会银奖等近20项成果奖励；
课题组简介
中国科学院理化技术研究所低温与制冷研究中心混合工质课题组长期开展深冷混合工质节流制冷技术原理及应用，吸收式制冷/热泵技术研究，负责人为公茂琼研究员，现有成员11人，其中正高级2人，副高级6人；先后承担国家科技重大专项、自然科学基金重大项目、财政部重大装备研制项目、国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划等国家项目，成功开发了低温冰箱、高低温试验箱以及撬装天然气液化装置等应用技术，并实现产业化推广，其中低温冰箱企业已北交所上市。课题组先后获得国家技术发明二等奖、北京市科学技术一等奖、安徽省科技进步二等奖、中国制冷学会发明一等奖、中国制冷学会技术发明特等奖、中国国际工业博览会银奖等。
转自：“蔻享学术”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
