关于 “液氢”技术

液氢最早是通过预冷、节流和换热等过程将氢气液化所得。液氢是一种无色、无味的高能液体燃料，一个大气压下，液氢的饱和温度约为20K，饱和密度约为70.8 kg/m³。液氢相较与气氢有三个优势：① 经济性：液氢密度约为气态氢的800倍。相同储氢体积下，液氢可大幅提升储氢量。液氢质量储氢密度为14%，是目前储氢密度最高的储氢方式。采取液氢技术方案可大大节省氢的储运和运营成本。② 高效性：在氢液化过程中，有害杂质被固化，再次汽化使用时，氢气纯度等级可达6-7N，可有效提高氢燃料电池的电量和寿命。③ 安全性：液氢储运工作压力1-1.3bar，相比于压缩气氢安全性较高。

液氢的存储需使用具有良好绝热性能的低温液体存储容器，也称液氢储罐。液氢储罐有多种类型，根据其使用形式可分为固定式、移动式、罐式集装箱等；按绝热方式可分为普通堆积绝热和真空绝热两大类。

图1 2×250m³ 液氢贮藏系统 俄罗斯

液氢一般采用车辆或船舶运输，液氢生产厂至用户较远时，可以把液氢装在专用低温绝热槽罐内，放在卡车、机车、船舶或者飞机上运输。这是一种既能满足较大输氢量又比较快速、经济的运氢方法。

液氢槽车是关键设备，常用水平放置的圆筒形低温绝热槽罐。汽车用液氢储罐其存储液氢的容量可以达到100m³。铁路用特殊大容量的槽车甚至可运输120~200m³的液氢。据文献，俄罗斯的液氢储罐容量从25~1437m²不等，25m²和2437m²的液氢储罐分别自重19t和360t，可储液氢1.75t和100.59t，其储氢质量百分比为9.2%~27.9%，储罐每天蒸发损失分别为1.2%和0.13%。可见液氢存储密度和损失率与储氢罐的容积有较大的关系，大储氢罐的储氢效果要比小储氢罐好。

图2 北京特种工程研究院45m³液氢储槽车

液氢可用船运输，这和运输液化石油气相似，不过需要更好的绝热材料，使液氢在长距离运输过程中保持液态。美国宇航局还建造输送液氢专用的大型驳船，驳船上装载有容量很大的存储液氢的容器。驳船上的低温绝热罐的液氢存储容量可达1000m³左右。显然，这种大容量液氢的海上运输要比陆上的铁路或高速公路上运输经济，同时也更加安全。日本、德国、加拿大都有类似的报道。

液氢空运要比海运还好，因为液氢的重量轻，有利于减少运费，而运输时间短则液氢挥发少。

在特别的场合，液氢也可用专门的液氢管道输送，由于液氢是一种低温（ -253℃）的液体，其存储的容器及输送液氢管道都需要高度的绝热性能。即使如此，还会有一定的冷重损耗，所以管道容器的绝热结构就比较复杂。液氢管道一般只适用于短距离输送。

液氢加压充装具有更高的效率和更低的成本。由于液体可压缩性远低于气体，液氢加注采用的高压液氢活塞泵出口压力可达875bar，能耗也远低于同等增压能力的氢气压缩机。目前，国际上约400多座加氢站中，已有约1/3采用液氢进行储运。采用液氢储运方式的加氢站建造、运行成本低，更有利于加氢站的基础建设，有利于促成氢燃料电池汽车与加氢站建设的良性循环；而液氢输运与储存方式在未来氢能产业链中具有重要作用，是氢燃料电池汽车产业规模化应用的必然手段。

图3 液氢加氢站工艺流程图（来源：中科富海）

在国外的成熟工艺中，通常在液氢工厂将气态氢降至-253 ℃进行液化，然后通过液氢槽车将液氢运输至加氢站，并储存于站内的液氢储罐中，低温液氢泵吸入液氢后进行增压，并在高压气化器中气化为高压气态氢，存人储氢瓶组，待有车辆加氢时，从储氢瓶组中取气加注。

来源 氢能源与燃料电池