超高纯氢低温提纯工艺研究

氢能是正在大力发展的重要清洁能源,在使用过程中对氢气纯度有较高的要求。随着燃料电池和半导体行业的迅速发展,本文基于大型氢液化装置在液氢制备和液氢加注过程中回收的纯度99%以上的氢气提纯需求,对于氢气纯度的要求更加苛刻,一般纯度需求为5N~6N级别,这对于氢气高效提纯工艺提出了更大的挑战。对低温吸附法、变压吸附法、钯合金扩散法(膜分离)以及金属吸氢法等4种氢提纯工艺进行了对比分析;实验研究了液氮温区大颗粒活性炭对氢气和氮气的吸附效果;同时采用低温吸附方法设计了99%以上纯度向超高纯氢气(6N)的提纯工艺,并利用数值模拟软件对低温吸附流程工艺进行了建模分析与优化,目的在于探索和开发适用于工业生产的大流量、高纯度、稳定可靠以及经济高效的超高纯氢提纯工艺。

基于液氮预冷的20 K低温氦气循环系统设计

在低温氦气循环系统设计中,为循环提供动力的方式一般包括常温压缩机和低温离心风机两种。低温离心风机提供循环动力时,工况难以预测;常温压缩机提供循环动力时,换热损失较大。设计了基于液氮预冷的低温氦气循环系统,并对回热器、冷头换热器进行了详细的设计,测试了加热负载及循环质量流量对系统稳定运行时性能的影响。试验结果表明:在消耗电功率19.7 kW时,能提供质量流量为0.84 g/s,冷量为50 W@19.3 K的低温循环氦气,具有一定的工程实用性,对低温氦气循环系统的设计具有一定的参考意义。

大型液氦杜瓦结构设计与漏热分析

为了维持较低的液氦蒸发率,对液氦杜瓦的整体结构设计及漏热要求极高。本文建立了以蒸发冷氦气作为冷屏冷源的杜瓦的结构强度设计以及绝热系统设计方法,利用三维软件建模、仿真软件进行热传导、热固耦合仿真分析,对液氦杜瓦的结构强度、漏热进行了系统分析,实现了容积为4000 L时漏热为1.37 W、日蒸发率为1.15%气冷屏结构的液氦杜瓦,为蒸发氦气为冷屏的大型液氦杜瓦提供了设计思路。