规模化氢液化装置现状及未来技术路线分析

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0279

化工进展 ›› 2022, Vol. 41 ›› Issue (12): 6261-6274.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0279

规模化氢液化装置现状及未来技术路线分析

张振扬¹^,²(), 妙丛¹, 王峰³, 兰玉岐¹, 安刚¹, 杨申音¹

^1.北京航天试验技术研究所，北京 100074
^2.航天氢能科技有限公司，北京 100070
^3.浙江省能源集团有限公司，浙江杭州 310000

收稿日期:2022-02-24 修回日期:2022-04-14 出版日期:2022-12-20 发布日期:2022-12-29
通讯作者: 张振扬
作者简介:张振扬（1988—），男，博士，工程师，主要研究方向为氢液化及低温工程。E-mail：zhangzy_buaa@163.com。
基金资助:
中国航天科技集团有限公司第六研究院航天技术应用产业研发项目(BJY2021-09-006);浙江省能源集团有限公司1m3/h氢液化系统关键技术研究及示范项目(BL2019-12-068)

Analysis of present status and future technical route on large-scale hydrogen liquefaction plant

ZHANG Zhenyang¹^,²(), MIAO Cong¹, WANG Feng³, LAN Yuqi¹, AN Gang¹, YANG Shenyin¹

^1.Beijing Institute of Aerospace Test Technology, Beijing 100074, China
^2.Aerospace Hydrogen Energy Technology Co. , Ltd. , Beijing 100070, China
^3.Zhejiang Provincial Energy Group Company Limited, Hangzhou 310000, Zhejiang, China

Received:2022-02-24 Revised:2022-04-14 Online:2022-12-20 Published:2022-12-29
Contact: ZHANG Zhenyang

摘要/Abstract

摘要：

氢能作为零碳能源，是实现我国双碳目标的有效战略途径，随着氢能被纳入我国能源体系范畴，氢能的广泛商业应用即将呈现爆发式增长。受限于氢的物理特性，氢能利用过程中的高能量密度储运技术一直是制约其发展的瓶颈之一，液氢作为储氢密度最大的方式，其规模化制取技术是解决氢能应用环节中高效储运和规模化利用的有效途径。本文对当前全球已知的规模化氢液化装置的液氢产能规模和运行状态进行了统计分析，介绍了主要生产国的工业氢液化装置，比较了三种基本氢液化原理，总结了实际工业装置特点，对当前提出的规模化概念型氢液化系统原理和能效进行了分析，提出了未来发展应参考的设计特点和建议性阶段发展方向，为氢能的高效规模化储运技术发展提供有效支持，加速实现氢能的广泛商业化应用。

关键词: 氢能, 液氢, 规模化, 液化, 能效

Abstract:

Hydrogen, as a zero carbon energy, is an effective strategic way to achieve China’s carbon peaking and carbon neutrality goals. The commercial application of hydrogen is about to increase sharply with the incorporation of hydrogen energy into China’s energy system. Hydrogen utilization has always been restricted by the lacking of high energy density storage and transportation technology due to the physical characteristics of hydrogen. Large-scale hydrogen liquefaction technology is a valid way to deal with the high-efficiency storage, transportation and utilization during the hydrogen application on account for the high storage density of liquid hydrogen. A statistical analysis of the currently known large-scale hydrogen liquefaction plants in the world on the capacity scale and operation status is achieved in this paper. Industrial hydrogen liquefaction plants in main producing countries are introduced. Three basic hydrogen liquefaction cycles are compared and the characteristics of the actual industrial plants are summarized. The principle and energy efficiency of the currently proposed large-scale conceptual hydrogen liquefaction systems are analyzed. The future design methods and development directions are suggested, so as to provide effective support for the development of high-efficiency and large-scale storage and transportation technologies of hydrogen energy and accelerate the wide commercial application of hydrogen energy.

Key words: hydrogen energy, liquid hydrogen, large-scale, liquefaction, energy efficiency

中图分类号:

TK91

张振扬, 妙丛, 王峰, 兰玉岐, 安刚, 杨申音. 规模化氢液化装置现状及未来技术路线分析[J]. 化工进展, 2022, 41(12): 6261-6274.

ZHANG Zhenyang, MIAO Cong, WANG Feng, LAN Yuqi, AN Gang, YANG Shenyin. Analysis of present status and future technical route on large-scale hydrogen liquefaction plant[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2022, 41(12): 6261-6274.

图/表 6

参考文献 71

1	赵永志, 蒙波, 陈霖新, 等. 氢能源的利用现状分析[J]. 化工进展, 2015, 34(9): 3248-3255.
	ZHAO Yongzhi, MENG Bo, CHEN Linxin, et al. Utilization status of hydrogen energy[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2015, 34(9): 3248-3255.
2	陈良, 周楷淼, 赖天伟, 等. 液氢为核心的氢燃料供应链[J]. 低温与超导, 2020, 48(11): 1-7.
	CHEN Liang, ZHOU Kaimiao, LAI Tianwei, et al. Hydrogen fuel supply chain based on liquid hydrogen[J]. Cryogenics & Superconductivity, 2020, 48(11): 1-7.
3	张轩, 樊昕晔, 吴振宇, 等. 氢能供应链成本分析及建议[J]. 化工进展, 2022, 41(5): 2364-2371.
	ZHANG Xuan, FAN Xinye, WU Zhenyu, et al. Hydrogen energy supply chain cost analysis and suggestions[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2022, 41(5): 2364-2371.
4	李燕, 邓雨真, 俞晶铃, 等. 氨硼烷分解制氢及其再生的研究进展[J]. 化工进展, 2019, 38(12): 5330-5338.
	LI Yan, DENG Yuzhen, YU Jingling, et al. Research progress in hydrogen production from decomposition of ammonia borane and its regeneration[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(12): 5330-5338.
5	周鹏, 刘启斌, 隋军,等. 化学储氢研究进展[J]. 化工进展, 2014, 33(8): 2004-2011.
	ZHOU Peng, LIU Qibin, SUI Jun, et al. Research progress in chemical hydrogen storage[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2014, 33(8): 2004-2011.
6	光明日报. 碳达峰、碳中和的经济学解读[EB/OL]. [2022-02-17]. .
	Daily Guangming. Economic interpretation of carbon peaking and carbon neutralization[EB/OL]. [2022-02-17]. .
7	国家能源局. 国家能源局关于《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》公开征求意见的公告[EB/OL]. [2022-02-17]. .
	National Energy Administration. Announcement of the National Energy Administration on soliciting public opinions on the Energy Law of the People’s Republic of China (Draft for comments) [EB/OL]. [2022-02-17]. .
8	中国政府网.《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》[EB/OL]. [2022-03-30]. .
	China Government Network. Medium and long term plan for the development of hydrogen energy industry (2021—2035)[EB/OL]. [2022-03-30]. .
9	FOERG W. History of cryogenics: the epoch of the pioneers from the beginning to the year 1911[J]. International Journal of Refrigeration, 2002, 25(3): 283-92.
10	DRNEVICH R. Hydrogen delivery: liquefaction and compression[C]//Strategic initiatives for hydrogen delivery workshop. Tonawanda, NY, 2003.
11	BRACHA M, LORENZ G, PATZELT A, et al. Large-scale hydrogen liquefaction in Germany[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 1994, 19(1): 53-59.
12	KRASAE-IN S, STANG J H, NEKSA P. Exergy analysis on the simulation of a small-scale hydrogen liquefaction test rig with a multi-component refrigerant refrigeration system[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(15): 8030-8042.
13	KRASAE-IN S. Efficient hydrogen liquefaction processes[D]. Norway: Norwegian University of Science and Technology, 2013.
14	MCINTOSH G E. Hydrogen liquefiers since 1950[J]. AIP Conference Proceedings, 2004, 710(1):9-15.
15	BRICKWEDDE F G. A few remarks on the beginnings of the NBS-AEC cryogenic laboratory[M]//Advances in Cryogenic Engineering Springer. Boston: Springer, 1960: 1-4.
16	DECKER L. Overview on cryogenic refrigeration cycles for large scale HTS applications[C]//Proc. Twent. Int. Cryog. Eng. Conf. New. Delhi., India, 2016.
17	NANDI T K, SARANGI S. Performance and optimization of hydrogen liquefaction cycles[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 1993, 18(2): 131-139.
18	PESCHKA W. Liquid hydrogen: fuel of the future[M]. USA: Springer Science & Business, 2012.
19	OHIRA K. A summary of liquid hydrogen and cryogenic technologies in Japan’s WE - NET project[J]. AIP Conference Proceedings, 2004, 710(1): 27-34.
20	陈双涛, 周楷淼, 赖天伟, 等. 大规模氢液化方法与装置[J]. 真空与低温, 2020, 26(3): 173-178.
	CHEN Shuangtao, ZHOU Kaimiao, LAI Tianwei, et al. Large-scale hydrogen liquefaction methods and devices[J]. Vacuum and Cryogenics, 2020, 26(3): 173-178.
21	TIMMERHAUS K D, FLYNN T M. Cryogenic process engineering[M]. New York: Springer; 1989.
22	AASADNIA M, MEHRPOOYA M. Large-scale liquid hydrogen production methods and approaches: a review[J]. Applied Energy, 2018, 212(15): 57-83.
23	杨晓阳, 杨昌乐. 正仲氢转化催化剂性能研究[J]. 化学推进剂与高分子材料，2018, 16(3): 79-82.
	YANG Xiaoyang, YANG Changle. Study on performance of orthohydrogen-parahydrogen converting catalyst[J]. Chemical Propellants & Polymeric Materials, 2018, 16(3): 79-82.
24	DONAUBAUER P J, CARDELLA U, DECKER L, et al. Kinetics and heat exchanger design for catalytic ortho-para hydrogen conversion during liquefaction[J]. Chemical Engineering and Technology, 2019, 42(11): 2476.
25	KREWITT W, SCHMID S. Fuel cell technologies and hydrogen production/distribution options[R]. Cologne: German Aerospace Center 2005: 1-113.
26	CARDELLA U, DECKER L, SUNDBERG J, et al. Process optimization for large-scale hydrogen liquefaction[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(17): 12339-12354.
27	CARDELLA U, DECKER L, KLEIN H. Roadmap to economically viable hydrogen liquefaction[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(19): 13329-13338.
28	CARDELLA U, DECKER L, KLEIN H. Economically viable large-scale hydrogen liquefaction[J]//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, 171: 012013.
29	WILHELMSEN Ø, BERSTAD D, AASEN A, et al. Reducing the exergy destruction in the cryogenic heat exchangers of hydrogen liquefaction processes[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2018, 43(10): 5033–5047.
30	US Department of Energy. DOE Technical targets for hydrogen delivery[EB/OL]. [2022-02-17]. .
31	GURZ M, BALTACIOGLU E, HAMES Y, et al. The meeting of hydrogen and automotive: a review[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(36): 23334-23346.
32	BAKER C R, SHANER R L. A study of the efficiency of hydrogen liquefaction[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 1978, 3(3): 321-334.
33	KUZ’MENKO I F, MORKOVKIN I M, GUROV E I. Concept of building medium-capacity hydrogen liquefiers with helium refrigeration cycle[J]. Chemical and Petroleum Engineering, 2004, 40(1/2): 94–98.
34	BELYAKOV V, KRAKOVSKII B. Low-capacity hydrogen liquefier with a helium cycle[J]. Chemical and Petroleum Engineering, 2002, 38(3/4): 150-153.
35	SHIMKO M, GARDINER M. Innovative hydrogen liquefaction cycle[M]. Milford: Gas Equipment Engineering Corporation, 2008.
36	VALENTI G, MACCHI E. Proposal of an innovative, high-efficiency, large-scale hydrogen liquefier[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, 33(12): 3116-3121.
37	QUACK H. Conceptual design of a high efficiency large capacity hydrogen liquefier[J]. AIP Conference Proceedings, 2002, 613: 255–263.
38	STANG J, NEKSA P, BRENDENG E. On the design of an efficient hydrogen liquefaction process[C]// Proceedings of the 16th World Hydrogen Energy Conference 2006, Lyon, France, 2006: 1480-1485.
39	KUENDIG A, LORHLEIN K, KRAMER G J, et al. Large scale hydrogen liquefaction in combination with LNG re-gasification[C]//In: Proceedings of the 16th World Hydrogen Energy Conference 2006, Lyon, France, 2006: 3326-3333.
40	MATSUDA H, NAGAMI M. Study of large hydrogen liquefaction process[EB/OL]. [2022-02-17]. .
41	KRASAE-IN S, BREDESEN A M, STANG J H, et al. Simulation and experiment of a hydrogen liquefaction test rig using a multi-component refrigerant refrigeration system[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2011, 36(1): 907–919.
42	KRASAE-IN S. Optimal operation of a large-scale liquid hydrogen plant utilizing mixed fluid refrigeration system[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2014, 39(13): 7015-7029.
43	ASADNIA M, MEHRPOOYA M. A novel hydrogen liquefaction process configuration with combined mixed refrigerant systems[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(23): 15564-15585.
44	KRAMER G J, HUIJSMANS J, AUSTGEN D. Clean and green hydrogen[C]//Proceedings of the 16th World Hydrogen Energy Conference 2006, Lyon, France, 2006: 3317-3325.
45	SADAGHIANI M S, MEHRPOOYA M. Introducing and energy analysis of a novel cryogenic hydrogen liquefaction process configuration[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(9): 6033-6050.
46	ZHANG S, LIU G. Design and performance analysis of a hydrogen liquefaction process[J]. Clean Technologies and Environmental Policy, 2022, 24(1): 51-65.
47	MURADOV N Z, VEZIROĞLU T N. “Green” path from fossil-based to hydrogen economy: an overview of carbon-neutral technologies[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, 33(23): 6804-6839.
48	BEST R, HEARD C L, FERNANDEZ H, et al. Developments in geothermal energy in Mexico—Part five: the commissioning of an ammonia/water absorption cooler operating on low enthalpy geothermal energy[J]. Journal of Heat Recovery Systems, 1986, 6(3): 209-216.
49	KAIROUANI L, NEHDI E. Cooling performance and energy saving of a compression-absorption refrigeration system assisted by geothermal energy[J]. Applied Thermal Engineering, 2006, 26(2/3): 288-294.
50	KANOGLU M, DINCER I, ROSEN M A. Geothermal energy use in hydrogen liquefaction[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32(17): 4250–4257.
51	HUANG C, T-RAISSI A. Analyses of one-step liquid hydrogen production from methane and landfill gas[J]. Journal of Power Sources, 2007, 173(2): 950-958.
52	KANOGLU M, BOLATTURK A, YILMAZ C. Thermodynamic analysis of models used in hydrogen production by geothermal energy[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35(16): 8783-8791.
53	YILMAZ C, KANOGLU M, BOLATTURK A, et al. Economics of hydrogen production and liquefaction by geothermal energy[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37(2): 2058-2069.
54	RATLAMWALA T, DINCER I, GADALLA M A, et al. Thermodynamic analysis of a new renewable energy based hybrid system for hydrogen liquefaction[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37(23): 18108-18117.
55	RATLAMWALA T, DINCER I, GADALLA M A. Thermodynamic analysis of a novel integrated geothermal based power generation-quadruple effect absorption cooling-hydrogen liquefaction system[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, 37(7): 5840-5849.
56	GADALLA M A, RATLAMWALA T, DINCER I, et al. Performance assessment of an integrated absorption cooling–hydrogen liquefaction system using geothermal energy[J]. International Journal of Exergy, 2013, 12(2): 205-225.
57	OZCAN H, DINCER I. Thermodynamic modeling of a nuclear energy based integrated system for hydrogen production and liquefaction[J]. Computers and Chemical Engineering, 2016, 90(12): 234-246.
58	HWANGBO S, LEE S, YOO C. Optimal network design of hydrogen production by integrated utility and biogas supply networks[J]. Applied Energy, 2017, 208: 195-209.
59	HOLLADAY J D, HU J, KING D L, et al. An overview of hydrogen production technologies[J]. Catalysis Today, 2009, 139(4): 244-260.
60	LIPMAN T. An overview of hydrogen production and storage systems with renewable hydrogen case studies[R]. Clean Energy States Alliance, 2011.
61	COSKUN C, AKYUZ E, OKTAY Z, et al. Energy analysis of hydrogen production using biogas-based electricity[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2011, 36(17): 11418–11424.
62	NIKOLAIDIS P, POULLIKKAS A. A comparative overview of hydrogen production processes[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 67: 597-611.
63	YILMAZ C. Thermoeconomic modeling and optimization of a hydrogen production system using geothermal energy[J]. Geothermics, 2017, 65(1): 32-43.
64	楚婷婷, 王慧, 冯彩霞,等. 可见光分解水制氢催化剂研究进展[J]. 化工进展, 2012, 31(10): 2228-2233.
	CHU Tingting, WANG Hui, FENG Caixia, et al. Progress of photocatalysts for water splitting by solar energy[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2012, 31(10): 2228-2233.
65	郭博文, 罗聃, 周红军. 可再生能源电解制氢技术及催化剂的研究进展[J]. 化工进展, 2021, 40(6): 2933-2951.
	GUO Bowen, LUO Dan, ZHOU Hongjun. Recent advances in renewable energy electrolysis hydrogen production technology and related electrocatalysts[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2021, 40(6): 2933-2951.
66	陈晓露, 刘小敏, 王娟, 等. 液氢储运技术及标准化[J]. 化工进展, 2021, 40(9): 4806-4814.
	CHEN Xiaolu, LIU Xiaomin, WANG Juan, et al. Technology and standardization of liquid hydrogen storage and transportation[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2021, 40(9): 4806-4814.
67	CHRZ V. Cryogenic mixed refrigerant processes[J]. International Journal of Refrigeration, 2010, 33(3): 648-649.
68	WALNUM H T, BERSTAD D, DRESCHER M, et al. Principles for the liquefaction of hydrogen with emphasis on precooling processes[C]// Proceedings of the 12th Cryogenics 2012, Dresden, 2012.
69	OHLIG K, DECKER L. The latest developments and outlook for hydrogen liquefaction technology[J]. American Institute of Physics Conference Proceedings, 2014, 1573(1): 1311-1317.
70	赵保峰, 张晓东, 卓流艺, 等. 生物质热转化制氢相关化合物的热力学性质数据库[J]. 化工进展, 2010, 29(S1): 187-189.
	ZHAO Baofeng, ZHANG Xiaodong, ZHOU Liuyi, et al. Thermodynamic properties database of compounds related to hydrogen production from biomass thermal conversion[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2010, 29(S1): 187-189.
71	岳国君, 林海龙, 彭元亭, 等. 以生物质为原料的未来绿色氢能[J]. 化工进展, 2021, 40(8): 4678-4684.
	YUE Guojun, LIN Hailong, PENG Yuanting, et al. Future green hydrogen energy from biomass[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2021, 40(8): 4678-4684.

区域/国家	位置	所属单位/建设单位	产能/t·d^-1	投产时间	状态
美洲
美国	科罗拉多州	NBS	0.5	1952	停用
美国	俄亥俄州	APCI	1	1956	停用
美国	佩恩斯维尔	APCI	3	1957	停用
美国	西棕榈滩	APCI	3.2	1957	停用
美国	佛罗里达州	APCI	3.5	1957	停用
美国	加利福尼亚州	Stearns-Roger Mfg. Co.	1.5	1957	停用
美国	佛罗里达州	APCI	30	1958	停用
美国	西棕榈滩	APCI	27	1959	停用
美国	密西西比	APCI	32.7	1960	停用
美国	加利福尼亚州	Stearns-Roger Mfg. Co.	7	1960	停用
美国	安大略湖	Praxair	20	1962	运行
美国	加利福尼亚州	Stearns-Roger Mfg. Co.	26	1962	停用
美国	加利福尼亚州	APCI	32.5	1963	停用
美国	萨克拉曼多	Union Carbide	54	1964	停用
美国	新奥尔良	APCI	34	1977	运行
美国	新奥尔良	APCI	34	1978	运行
美国	尼亚加拉大瀑布	Praxair	18	1981	运行
美国	萨克拉曼多	APCI	6	1986	运行
美国	尼亚加拉大瀑布	Praxair	18	1989	运行
美国	佩斯	APCI	30	1994	运行
美国	麦金托什	Praxair	24	1995	运行
美国	东芝加哥	Praxair	30	1997	运行
美国	卡尔弗特市	Air gas	10	2016	计划
美国	北拉斯瓦加斯	Air Liquide	30	2022	计划
美国	拉波特	APCL	30	2022	计划
美国		（5个新建项目，1个扩建项目）	90	2023	计划
加拿大	安大略萨尼亚	APCI	30	1982	运行
加拿大	蒙特里亚	Air Liquide	10	1986	运行
加拿大	贝康库	Air Liquide	12	1988	运行
加拿大	马戈	BOC	15	1989	运行
加拿大	蒙特里亚	BOC	14	1990	运行
法属圭亚那	库鲁	Air Liquide	5	1990	运行
小计（运行）			300
亚洲
日本	尼崎市	Iwatani	1.2	1978	停用
日本	田代	MHI	0.6	1984	停用
日本	秋田县	Tashiro	0.7	1985	运行
日本	丹加岛	Japan Liquid Hydrogen	1.4	1986	运行
日本	大分	Pacific Hydrogen	1.4	1986	运行
日本	Minamitane	Japan Liquid Hydrogen	2.2	1987	运行
日本	君津市	APCI	0.3	2003	运行
日本	大阪	Iwatani	11.3	2006	运行
日本	东京	Iwatani/Linde	10	2008	运行
中国	北京	北京航天试验技术研究所	1	2008	运行
中国	北京	北京航天试验技术研究所	1	2013	运行
中国	乌海	北京航天试验技术研究所	0.5	2020	运行
中国	嘉兴	北京航天试验技术研究所	2	2021	运行
中国	乌兰察布	北京航天试验技术研究所	0.3	2022	计划
中国	定西	北京航天试验技术研究所	2	2023	计划
中国	西昌	—	—	2012	运行
中国	文昌	—	—	2013	运行
印度	马亨德拉吉里	ISRO	0.3	1992	运行
印度	萨贡达	Andhra Sugars	1.2	2004	运行
印度	印度	Asiatic Oxygen	1.2	—	运行
小计（运行）			34.5
欧洲
法国	里尔	Air Liquide	10	1987	运行
荷兰	罗森伯格	APCI	5	1987	运行
德国	英戈尔斯塔特	Linde	4.4	1991	运行
德国	鲁讷	Linde	5	2008	运行
小计（运行）			24.4
澳洲
澳大利亚	维多利亚州	HySTRA	770	2025	计划
小计（运行）			0
总计（运行）			358.9

区域/国家	位置	所属单位/建设单位	产能/t·d^-1	投产时间	状态
美洲
美国	科罗拉多州	NBS	0.5	1952	停用
美国	俄亥俄州	APCI	1	1956	停用
美国	佩恩斯维尔	APCI	3	1957	停用
美国	西棕榈滩	APCI	3.2	1957	停用
美国	佛罗里达州	APCI	3.5	1957	停用
美国	加利福尼亚州	Stearns-Roger Mfg. Co.	1.5	1957	停用
美国	佛罗里达州	APCI	30	1958	停用
美国	西棕榈滩	APCI	27	1959	停用
美国	密西西比	APCI	32.7	1960	停用
美国	加利福尼亚州	Stearns-Roger Mfg. Co.	7	1960	停用
美国	安大略湖	Praxair	20	1962	运行
美国	加利福尼亚州	Stearns-Roger Mfg. Co.	26	1962	停用
美国	加利福尼亚州	APCI	32.5	1963	停用
美国	萨克拉曼多	Union Carbide	54	1964	停用
美国	新奥尔良	APCI	34	1977	运行
美国	新奥尔良	APCI	34	1978	运行
美国	尼亚加拉大瀑布	Praxair	18	1981	运行
美国	萨克拉曼多	APCI	6	1986	运行
美国	尼亚加拉大瀑布	Praxair	18	1989	运行
美国	佩斯	APCI	30	1994	运行
美国	麦金托什	Praxair	24	1995	运行
美国	东芝加哥	Praxair	30	1997	运行
美国	卡尔弗特市	Air gas	10	2016	计划
美国	北拉斯瓦加斯	Air Liquide	30	2022	计划
美国	拉波特	APCL	30	2022	计划
美国		（5个新建项目，1个扩建项目）	90	2023	计划
加拿大	安大略萨尼亚	APCI	30	1982	运行
加拿大	蒙特里亚	Air Liquide	10	1986	运行
加拿大	贝康库	Air Liquide	12	1988	运行
加拿大	马戈	BOC	15	1989	运行
加拿大	蒙特里亚	BOC	14	1990	运行
法属圭亚那	库鲁	Air Liquide	5	1990	运行
小计（运行）			300
亚洲
日本	尼崎市	Iwatani	1.2	1978	停用
日本	田代	MHI	0.6	1984	停用
日本	秋田县	Tashiro	0.7	1985	运行
日本	丹加岛	Japan Liquid Hydrogen	1.4	1986	运行
日本	大分	Pacific Hydrogen	1.4	1986	运行
日本	Minamitane	Japan Liquid Hydrogen	2.2	1987	运行
日本	君津市	APCI	0.3	2003	运行
日本	大阪	Iwatani	11.3	2006	运行
日本	东京	Iwatani/Linde	10	2008	运行
中国	北京	北京航天试验技术研究所	1	2008	运行
中国	北京	北京航天试验技术研究所	1	2013	运行
中国	乌海	北京航天试验技术研究所	0.5	2020	运行
中国	嘉兴	北京航天试验技术研究所	2	2021	运行
中国	乌兰察布	北京航天试验技术研究所	0.3	2022	计划
中国	定西	北京航天试验技术研究所	2	2023	计划
中国	西昌	—	—	2012	运行
中国	文昌	—	—	2013	运行
印度	马亨德拉吉里	ISRO	0.3	1992	运行
印度	萨贡达	Andhra Sugars	1.2	2004	运行
印度	印度	Asiatic Oxygen	1.2	—	运行
小计（运行）			34.5
欧洲
法国	里尔	Air Liquide	10	1987	运行
荷兰	罗森伯格	APCI	5	1987	运行
德国	英戈尔斯塔特	Linde	4.4	1991	运行
德国	鲁讷	Linde	5	2008	运行
小计（运行）			24.4
澳洲
澳大利亚	维多利亚州	HySTRA	770	2025	计划
小计（运行）			0
总计（运行）			358.9

类型/装置	能耗中值/^-1	能源利用效率中值/%	时间	产能/t·d^-1
理论基础氢液化循环
预冷Linde-Hampson循环	68.1	3.2	—	—
氦制冷氢液化系统	44.8	5.9	—	—
预冷Claude循环	29.9	8	—	—
预冷双压Claude循环	12.26	23.6	—	—
理想液化循环
理想预冷Linde-Hampson循环	16.24	17.85	—	—
理想预冷双压Linde-Hampson循环	12.12	23.8	—	—
理想预冷双压Claude循环	6.66	43.4	—	—
热力学理想液化系统	2.89	100	—	—
典型在运行装置
德国Ingolstadt Linde氢液化装置	13.58	21.3	1994	4.4
美国East Chicago Praxair氢液化装置	13.5	21.5	2003	30
德国Leuna Linde氢液化装置	11.9	27	2007	5
未来设计循环
Kuzmenko液氮预冷氦制冷循环	12.7	34.6	2004	54
Baker氢液化系统	9.94	39.3	1978	250×10
Shimko & Gardiner氦气逆Brayton循环	8.73	44.6	2006	50
Matsuda & Nagami氢Claude循环（WE-NET项目）	8.49	45.2	1998	300
Asadnia混合制冷氢液化系统	7.69	39.5	2017	100
WE-NET项目（氖预冷）	7	47	2004	300
Stang混合制冷氢液化系统	7	60	2006	—
Krasae-in混合制冷四级Joule-Brayton循环	5.91	0	2014	100
Zhang & Liu预冷Claude循环结合Joule-Brayton循环	5.85	55.3	2021	288.9
Valenti四级氦气Joule-Brayton循环	5.76	50.2	2008	856

类型/装置	能耗中值/^-1	能源利用效率中值/%	时间	产能/t·d^-1
理论基础氢液化循环
预冷Linde-Hampson循环	68.1	3.2	—	—
氦制冷氢液化系统	44.8	5.9	—	—
预冷Claude循环	29.9	8	—	—
预冷双压Claude循环	12.26	23.6	—	—
理想液化循环
理想预冷Linde-Hampson循环	16.24	17.85	—	—
理想预冷双压Linde-Hampson循环	12.12	23.8	—	—
理想预冷双压Claude循环	6.66	43.4	—	—
热力学理想液化系统	2.89	100	—	—
典型在运行装置
德国Ingolstadt Linde氢液化装置	13.58	21.3	1994	4.4
美国East Chicago Praxair氢液化装置	13.5	21.5	2003	30
德国Leuna Linde氢液化装置	11.9	27	2007	5
未来设计循环
Kuzmenko液氮预冷氦制冷循环	12.7	34.6	2004	54
Baker氢液化系统	9.94	39.3	1978	250×10
Shimko & Gardiner氦气逆Brayton循环	8.73	44.6	2006	50
Matsuda & Nagami氢Claude循环（WE-NET项目）	8.49	45.2	1998	300
Asadnia混合制冷氢液化系统	7.69	39.5	2017	100
WE-NET项目（氖预冷）	7	47	2004	300
Stang混合制冷氢液化系统	7	60	2006	—
Krasae-in混合制冷四级Joule-Brayton循环	5.91	0	2014	100
Zhang & Liu预冷Claude循环结合Joule-Brayton循环	5.85	55.3	2021	288.9
Valenti四级氦气Joule-Brayton循环	5.76	50.2	2008	856

[1]	闫青, 张云峰, 赵敏伟, 宋宁, 高辉, 周静. LNG接收站大跨距补偿平台的可行性分析[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 158-165.
[2]	李季桐, 王刚, 熊亚选, 徐钱. 不同工质单效吸收式制冷系统的能量和㶲分析[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 104-112.
[3]	孙旭东, 赵玉莹, 李诗睿, 王琦, 李晓健, 张博. 我国地方性氢能发展政策的文本量化分析[J]. 化工进展, 2023, 42(7): 3478-3488.
[4]	刘洪茹, 林文胜. 基于液氢和氨的氢运输链能效和碳排放分析[J]. 化工进展, 2023, 42(3): 1291-1298.
[5]	孙崇正, 樊欣, 李玉星, 许洁, 韩辉, 刘亮. 海上多孔介质通道内氢气换热与正仲氢转化的耦合特性[J]. 化工进展, 2023, 42(3): 1281-1290.
[6]	张巍, 王锐, 缪平, 田戈. 全球可再生能源电转甲烷的应用[J]. 化工进展, 2023, 42(3): 1257-1269.
[7]	孙潇, 朱光涛, 裴爱国. 氢液化装置产业化与研究进展[J]. 化工进展, 2023, 42(3): 1103-1117.
[8]	孙晖, 孟祥海, 魏景海, 周红军, 徐春明. 绿电制氢生产氨的新场景与实践[J]. 化工进展, 2023, 42(2): 1098-1102.
[9]	王红霞, 徐婉怡, 张早校. 可再生电力电解制绿色氢能的发展现状与建议[J]. 化工进展, 2022, 41(S1): 118-131.
[10]	周红军, 周颖, 徐春明. 中国碳中和目标下CO₂转化的思考与实践[J]. 化工进展, 2022, 41(6): 3381-3385.
[11]	周红军, 周颖, 徐春明. 中国碳达峰碳中和目标下炼化一体化新路径与实践[J]. 化工进展, 2022, 41(4): 2226-2230.
[12]	王集杰, 韩哲, 陈思宇, 汤驰洲, 沙峰, 唐珊, 姚婷婷, 李灿. 太阳燃料甲醇合成[J]. 化工进展, 2022, 41(3): 1309-1317.
[13]	陈伟锋, 尚娟, 邢百汇, 魏皓天, 顾超华, 花争立. 关于天然气管网安全掺氢比10%的商榷[J]. 化工进展, 2022, 41(3): 1487-1493.
[14]	李昊阳, 张炜, 李小森, 徐纯刚. 水合物储氢的研究进展[J]. 化工进展, 2022, 41(12): 6285-6294.
[15]	施文博, 蔡淳名, 李德威, 小野圭, 张剑波. ISO/IEC、美日中氢能技术标准化体系比较与建议[J]. 化工进展, 2022, 41(12): 6275-6284.

规模化氢液化装置现状及未来技术路线分析

Analysis of present status and future technical route on large-scale hydrogen liquefaction plant

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图/表 6

参考文献 71

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