BR102023015844A2

BR102023015844A2 - Método e sistema para controlar produção e armazenamento de gases industriais

Info

Publication number: BR102023015844A2
Application number: BR102023015844-7A
Authority: BR
Inventors: Zhong-Xiang Zhu; David M. Espie; Graeme Richard Wilson
Original assignee: Air Products And Chemicals, Inc.
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2023-08-07
Publication date: 2024-02-27
Also published as: EP4332694A1; CL2023002355A1; US20240053772A1; AU2023214275A1; CN117590807A

Abstract

A presente invenção refere-se a usina de produção de gás industrial operável para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento ao processo a jusante; e recurso de armazenamento de gás operável para armazenar gás de insumo produzido, sendo que o método compreende: determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusante; controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de armazenamento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimenta- ção para o processo a jusante a uma pressão predeterminada do ponto de ajuste; e controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâ- metro operacional do recurso de armazenamento de gás.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a um método e sistema para controlar a produção e o armazenamento de um ou mais gases indus-triais em um complexo de produção de gás industrial. Mais particular-mente, a presente invenção refere-se a um método para controlar a produção e o armazenamento de um ou mais gases industriais em um complexo de produção de gás industrial que tem uma fonte de energia de entrada variável, como uma fonte de energia renovável.

ANTECEDENTES

[002] Um complexo de usinas de gás industrial pode compreen der uma ou mais usinas de processo que produzem, ou estão envolvi das na produção de gases. Em exemplos não limitantes, esses gases podem compreender: gases industriais, gases comerciais, gases me dicinais, gases inorgânicos, gases orgânicos, gases combustíveis e gases combustíveis ecológicos em forma gasosa, liquefeita ou com primida.

[003] Há interesse considerável em métodos e sistemas para uti lizar fontes de energia renováveis para alimentar usinas de gás indus trial e complexos de usina de gás industrial. Entretanto, uma desvan tagem significativa do uso de fontes de energia renováveis como ener gia eólica, solar e maremotriz é a variabilidade natural e a natureza transiente de tais fontes de energia.

[004] Em geral, uma fonte de energia constante ou substancial mente constante é preferencial para uma usina de gás industrial ou complexo de usinas de gás industrial. Isso possibilita que processos dentro do complexo de usinas de gás industrial sejam executados a taxas substancialmente constantes e ótimas para um ou mais proces- sos dentro do complexo de usinas industriais.

[005] Consequentemente, a natureza variável e intermitente de fontes de energia renovável (por exemplo, energia eólica, solar e/ou maremotriz) é problemática para operação de usinas de gás industrial. O gerenciamento subideal de energia de entrada resultando em falta de energia pode levar a taxas de operação ineficientes e/ou paralisa ções de vários processos. Elas podem ser dispendiosas em termos de tempo, gastos, produção de gás e oportunidade perdida. Portanto, as soluções para esses problemas técnicos são necessárias para possibi litar que gases industriais sejam produzidos de modo eficiente em tais disposições.

[006] Um exemplo de tal gás industrial é a amônia. A amônia é produzida com o uso de hidrogênio de eletrólise de água e nitrogênio separado do ar. Esses gases são, então, introduzidos ao processo de Haber-Bosch, em que o hidrogênio e o nitrogênio são reagidos em conjunto a temperaturas e pressões altas para produzir amônia.

[007] Há um interesse considerável na produção de amônia com o uso de energia renovável. Isso é conhecido como amônia ecológica. Entretanto, a síntese de amônia pode ser particularmente sensível à variação em energia de entrada a partir de fontes renováveis.

[008] Portanto, há uma necessidade na técnica para fornecer ge-renciamento mais eficaz de produção e armazenamento de gás para solucionar esses problemas.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Apresenta-se a seguir uma seleção de conceitos de uma forma simplificada a fim de fornecer um entendimento fundamental de alguns aspectos da presente invenção. O seguinte não é uma visão geral extensiva da invenção, e não se destina a identificar elementos- chave ou elementos críticos da invenção ou a delinear o escopo da invenção. O seguinte meramente sintetiza alguns dos conceitos da in- venção como um prelúdio à descrição mais detalhada fornecida em seguida.

[0010] De acordo com um primeiro aspecto, é fornecido um méto do de controle do fornecimento de um gás de insumo de uma instala ção de gás industrial para um processo a jusante, em que a instalação de gás industrial compreende: uma usina de produção de gás industri al operável para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento ao processo a jusante; e um recurso de armazenamento de gás operável para armazenar gás de insumo pro duzido, sendo que o método compreende: a) determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusan te; b) controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o re curso de armazenamento de gás ou a partir do recurso de armazena mento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão de terminada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante a uma pressão predeterminada do ponto de ajuste; e c) seletivamente controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante em depen dência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de arma zenamento de gás.

[0011] Em uma modalidade, uma primeira válvula está localizada em uma linha de alimentação de entrada a partir da linha de alimenta ção para o recurso de armazenamento de gás e uma segunda válvula está localizada em uma linha de alimentação de saída a partir do re curso de armazenamento de gás para a linha de alimentação, e em que a etapa b) compreende ainda controlar, com o uso do sistema de controle, a primeira e a segunda válvulas para controlar o fluxo de gás para dentro e para fora do recurso de armazenamento de gás.

[0012] Em uma modalidade, o sistema de controle compreende um controlador de pressão e etapa b) compreende ainda utilizar o con trolador de pressão para controlar a primeira e a segunda válvulas em resposta a uma diferença entre a pressão determinada e a pressão predeterminada do ponto de ajuste do gás de insumo na linha de ali mentação para o processo a jusante.

[0013] Em uma modalidade, o controlador de pressão compreende um controlador de faixa dividida e a etapa b) compreende controlar, com o controlador de faixa dividida, a primeira e/ou a segunda válvula em resposta a um valor de saída do controlador de faixa dividida.

[0014] Em uma modalidade, o método compreende ainda aplicar o escalonamento de ganhos ao controlador de faixa dividida de modo que o ganho da resposta de controle do controlador de faixa dividida é diferente para cada uma das primeira e segunda válvulas.

[0015] Em uma modalidade, o parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás compreende um ou mais dentre: pressão de gás; pressão de gás média no recurso de armazenamento; massa de gás no recurso de armazenamento; taxa de alteração de pressão de gás no recurso de armazenamento; e/ou taxa de alteração de mas sa de gás no recurso de armazenamento.

[0016] Em uma modalidade, a etapa c) compreende ainda: d) de terminar o valor do parâmetro operacional do recurso de armazena mento de gás; e) selecionar uma taxa de fluxo de alimentação de pon to de ajuste do gás de insumo para o processo a jusante em depen dência do valor determinado; e f) controlar uma ou mais válvulas na linha de alimentação em resposta à taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecionada.

[0017] Em uma modalidade, a etapa e) compreende ainda seleci onar a taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste de uma memó ria ou tabela de consulta em resposta ao valor determinado do parâ- metro operacional do recurso de armazenamento de gás.

[0018] Em uma modalidade, o método compreende ainda, subse quenteà etapa e): g) repetir iterativamente etapas d) a f) e, se o valor de uma nova taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecio nadaé diferente do valor anterior de um fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecionado em uma iteração anterior, então, o método com preende ainda: h) variar a taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste entre o valor anterior e o novo valor em relação a um período de tempo pré-selecionado.

[0019] Em uma modalidade, a pressão de alimentação de ponto de ajuste selecionada é uma pressão constante.

[0020] Em uma modalidade, a usina de produção de gás industrial é alimentada pelo menos em parte por uma rede de fornecimento de energia que inclui uma ou mais fontes de energia renovável, em que a rede de fornecimento de energia tem um nível de energia disponível que é variável ao longo do tempo, e em que a taxa de produção de gás de insumo da usina de produção de gás industrial é variável, pelo menos em parte, em resposta ao nível de energia disponível da rede de fornecimento de energia.

[0021] Em uma modalidade, uma seção de compressão está loca lizada a jusante da usina de produção de gás industrial para comprimir o gás de insumo produzido. Em uma modalidade, a seção de com pressão está localizada na linha de alimentação entre a usina de pro dução de gás industrial e uma saída de fornecimento para o processo a jusante, sendo a seção de compressão localizada a montante da li nha de alimentação de armazenamento de entrada e a jusante da li nha de alimentação de armazenamento de saída.

[0022] Em uma modalidade, a usina de produção de gás industrial compreende uma usina de produção de hidrogênio e o processo a ju sante compreende um processo de produção de amônia.

[0023] Em uma modalidade, é fornecido um método de controle do fornecimento de um gás de insumo de uma instalação de gás industrial a um processo a jusante, a instalação de gás industrial que compreen de uma usina de produção de gás industrial alimentada por uma rede de energia que inclui uma ou mais fontes de energia renovável e que compreende uma linha de alimentação que tem uma saída de forneci-mento para o processo a jusante e um recurso de armazenamento de gás operável para armazenar gás de insumo, o recurso de armazena mento de gás que tem uma linha de alimentação de armazenamento de entrada e uma linha de alimentação de armazenamento de saída, cada uma em comunicação fluida com a linha de alimentação para formar um ciclo de alimentação de armazenamento entre as mesmas, sendo a usina de produção de gás industrial operável para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento pa ra o processo a jusante e a pressão de gás fornecido a partir da usina de produção de gás industrial para o processo a jusante sendo depen dente, pelo menos em parte, da taxa de produção variável, sendo que o método compreende: a) determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusante; b) controlar sele tivamente, com o uso de um sistema de controle, um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de armazena mento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de re gular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o pro cesso a jusante a uma pressão predeterminada do ponto de ajuste; e c) controlar seletivamente, com o uso de um sistema de con trole, uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação pa ra o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás.

[0024] Em uma modalidade, é fornecido um método de controlar o fornecimento de um gás de insumo de uma instalação de gás industrial para um processo a jusante, a instalação de gás industrial que com-preende uma usina de produção de gás industrial alimentada por uma rede de energia que inclui uma ou mais fontes de energia renovável e que compreende uma linha de alimentação que tem uma saída de for-necimento para o processo a jusante e um recurso de armazenamento de gás operável para armazenar gás de insumo, sendo que o recurso de armazenamento de gás que tem uma linha de alimentação de ar-mazenamento de entrada e uma linha de alimentação de armazena mento de saída, cada uma em comunicação fluida com a linha de ali mentação para formar um ciclo de alimentação de armazenamento entre as mesmas, sendo a usina de produção de gás industrial operá- vel para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecer ao processo a jusante, sendo que o método compreen de: controlar seletivamente, usar um sistema de controle, um fluxo de gás de insumo da linha de alimentação para o recurso de armazena mento de gás ou do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação a fim de ajustar a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante; e controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás.

[0025] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema para controlar o fornecimento de um gás de insumo de uma instalação de gás industrial para um processo a jusan te, sendo que a instalação de gás industrial compreende: uma usina de produção de gás industrial operável para produzir um gás de insu mo em uma taxa de produção variável para fornecer para o processo a jusante; e um recurso de armazenamento de gás operável para arma- zenar gás de insumo produzido, sendo que o sistema compreende: um controlador de pressão configurado para: determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusante; e controlar um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de armazenamento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante a uma pressão prede-terminada do ponto de ajuste; e um controlador de fluxo configurado para controlar uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimen tação para o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás.

[0026] Em uma modalidade, o controlador de pressão compreende um controlador Proporcional-Integral.

[0027] Em uma modalidade, o controlador de pressão compreende um controlador de faixa dividida configurado para gerar um valor de saída de faixa dividida e configurado para controlar uma pluralidade de válvulas em resposta ao valor de saída de faixa dividida.

[0028] Em uma modalidade, o controlador de faixa dividida com preende escalonamento de ganhos de modo que o ganho da resposta de controle do controlador de faixa dividida é diferente para cada uma das válvulas.

[0029] Em uma modalidade, o parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás compreende um ou mais dentre: pressão de gás; pressão de gás média no recurso de armazenamento; massa de gás no recurso de armazenamento; taxa de alteração de pressão de gás no recurso de armazenamento; e/ou taxa de alteração de mas sa de gás no recurso de armazenamento.

[0030] Em uma modalidade, o sistema é ainda configurado para: determinar o valor do parâmetro operacional do recurso de armaze- namento de gás; selecionar uma taxa de fluxo de alimentação de pon to de ajuste do gás de insumo para o processo a jusante em depen dência do valor determinado; e controlar, com o uso do controlador de fluxo, uma ou mais válvulas na linha de alimentação em resposta à taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecionada.

[0031] Em uma modalidade, uma seção de compressão está loca lizada a jusante da usina de produção de gás industrial para comprimir o gás de insumo produzido. Em uma modalidade, a seção de com pressão está localizada na linha de alimentação entre a usina de pro dução de gás industrial e uma saída de fornecimento para o processo a jusante, sendo a seção de compressão localizada a montante da li nha de alimentação de armazenamento de entrada e a jusante da li nha de alimentação de armazenamento de saída.

[0032] Em uma modalidade, a instalação de produção de gás in dustrial compreende uma usina de produção de hidrogênio e o proces so a jusante compreende um processo de produção de amônia.

[0033] Em uma modalidade, é fornecido um sistema para controlar o fornecimento de um gás de insumo de uma instalação de gás indus trial para um processo a jusante, sendo que a instalação de gás indus trial compreende uma usina de produção de gás industrial alimentada por uma rede de energia que inclui uma ou mais fontes de energia re novável e compreende uma linha de alimentação que tem uma saída de fornecimento para o processo a jusante e um recurso de armaze namento de gás operável para armazenar gás de insumo, sendo que o recurso de armazenamento de gás tem uma linha de alimentação de armazenamento de entrada e uma linha de alimentação de armaze namento de saída, cada uma em comunicação fluida com a linha de alimentação para formar um ciclo de alimentação de armazenamento entre as mesmas, sendo a usina de produção de gás industrial operá- vel para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento ao processo a jusante e sendo a pressão de gás fornecida da usina de produção de gás industrial para o processo a jusante dependente, pelo menos em parte, da taxa de produção variá vel, sendo que o sistema compreende: um controlador de pressão con-figurado para: determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusante; e controlar um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de armaze-namento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante a uma pressão predeterminada do ponto de ajuste; e um controlador de fluxo configurado para controlar uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás.

[0034] Em uma modalidade, é fornecido um sistema para controlar o fornecimento de um gás de insumo de uma instalação de gás indus trial para um processo a jusante, sendo que a instalação de gás indus trial compreende uma usina de produção de gás industrial alimentada por uma rede de energia que inclui uma ou mais fontes de energia re novável e compreende uma linha de alimentação que tem uma saída de fornecimento para o processo a jusante e um recurso de armaze namento de gás operável para armazenar gás de insumo, sendo que o recurso de armazenamento de gás tem uma linha de alimentação de armazenamento de entrada e uma linha de alimentação de armaze namento de saída, cada uma em comunicação fluida com a linha de alimentação para formar um ciclo de alimentação de armazenamento entre as mesmas, sendo a usina de produção de gás industrial operá- vel para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento para o processo a jusante, sendo que o sistema compreende: um controlador configurado para controlar um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de ar-mazenamento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de ajustar a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante; e um controlador de fluxo configurado para contro lar uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás.

[0035] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido um meio de armazenamento legível por computador que armazena um programa de instruções executáveis por uma máquina para realizar um método de controlar o fornecimento de um gás de in sumo de uma instalação de gás industrial para um processo a jusante, sendo que a instalação de gás industrial compreende: uma usina de produção de gás industrial operável para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento para o processo a jusante; e um recurso de armazenamento de gás operável para arma zenargás de insumo produzido, sendo que o método compreende: a) determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusante; b) controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de armazenamento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante a uma pressão predeterminada do ponto de ajuste; e c) seletivamente controlar seletivamente, com o uso de um sistema de con trole, uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação pa ra o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás.

[0036] Em uma modalidade, uma primeira válvula está localizada em uma linha de alimentação de entrada a partir da linha de alimenta ção para o recurso de armazenamento de gás e uma segunda válvula está localizada em uma linha de alimentação de saída a partir do re curso de armazenamento de gás para a linha de alimentação, e em que a etapa b) compreende ainda controlar, com o uso do sistema de controle, a primeira e a segunda válvulas para controlar o fluxo de gás para dentro e para fora do recurso de armazenamento de gás.

[0037] Em uma modalidade, o sistema de controle compreende um controlador de pressão e etapa b) compreende ainda utilizar o con trolador de pressão para controlar a primeira e a segunda válvulas em resposta a uma diferença entre a pressão determinada e a pressão predeterminada do ponto de ajuste do gás de insumo na linha de ali mentação para o processo a jusante.

[0038] Em uma modalidade, o controlador de pressão compreende um controlador de faixa dividida e a etapa b) compreende controlar, com o controlador de faixa dividida, a primeira e/ou a segunda válvula em resposta a um valor de saída do controlador de faixa dividida.

[0039] Em uma modalidade, o método compreende ainda aplicar o escalonamento de ganhos ao controlador de faixa dividida de modo que o ganho da resposta de controle do controlador de faixa dividida é diferente para cada uma das primeira e segunda válvulas.

[0040] Em uma modalidade, o parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás compreende um ou mais dentre: pressão de gás; pressão de gás média no recurso de armazenamento; massa de gás no recurso de armazenamento; taxa de alteração de pressão de gás no recurso de armazenamento; e/ou taxa de alteração de mas sa de gás no recurso de armazenamento.

[0041] Em uma modalidade, a etapa c) compreende ainda: d) de- terminar o valor do parâmetro operacional do recurso de armazena mento de gás; e) selecionar uma taxa de fluxo de alimentação de pon to de ajuste do gás de insumo para o processo a jusante em depen dência do valor determinado; e f) controlar uma ou mais válvulas na linha de alimentação em resposta à taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecionada.

[0042] Em uma modalidade, a etapa e) compreende ainda seleci onar a taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste de uma memó ria ou tabela de consulta em resposta ao valor determinado do parâ metro operacional do recurso de armazenamento de gás.

[0043] Em uma modalidade, o método compreende ainda, subse quenteà etapa e): g) repetir iterativamente as etapas d) a f) e, se o valor de uma nova taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecionada é diferente do valor anterior de um fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecionado em uma iteração anterior, então, o mé todo compreende ainda: h) variar a taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste entre o valor anterior e o novo valor em relação a um período de tempo pré-selecionado.

[0044] Em uma modalidade, a pressão de alimentação de ponto de ajuste selecionada é uma pressão constante.

[0045] Em uma modalidade, a usina de produção de gás industrial é alimentada pelo menos em parte por uma rede de fornecimento de energia que inclui uma ou mais fontes de energia renovável, em que a rede de fornecimento de energia tem um nível de energia disponível que é variável ao longo do tempo, e em que a taxa de produção de gás de insumo da usina de produção de gás industrial é variável, pelo menos em parte, em resposta ao nível de energia disponível da rede de fornecimento de energia.

[0046] Em uma modalidade, uma seção de compressão está loca lizada a jusante da usina de produção de gás industrial para comprimir o gás de insumo produzido. Em uma modalidade, a seção de com pressão está localizada na linha de alimentação entre a usina de pro dução de gás industrial e uma saída de fornecimento para o processo a jusante, sendo a seção de compressão localizada a montante da li nha de alimentação de armazenamento de entrada e a jusante da li nha de alimentação de armazenamento de saída.

[0047] Em uma modalidade, a usina de produção de gás industrial compreende uma usina de produção de hidrogênio e o processo a ju sante compreende um processo de produção de amônia.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0048] Modalidades da presente invenção serão descritas agora somente como exemplo e com referência às figuras em que:

[0049] a FIGURA 1 é um diagrama esquemático de um complexo de usinas de gás industrial exemplificativo na forma de uma usina de produção de amônia alimentada por recursos renováveis;

[0050] a FIGURA 2 é um diagrama esquemático de uma instala ção de produção e armazenamento para produzir e fornecer um gás de insumo de acordo com uma modalidade;

[0051] a FIGURA 3 é um diagrama esquemático de uma instala ção de produção e armazenamento para produzir e fornecer gás hi drogênio como um insumo de acordo com uma modalidade; e

[0052] a FIGURA 4 é um fluxograma de um método de acordo com uma modalidade;

[0053] Modalidades da presente invenção e suas vantagens são mais bem entendidas pela referência à descrição detalhada a seguir. Deve ser observado que números de referência semelhantes são usa dos para identificar elementos semelhantes ilustrados em uma ou mais das figuras, em que as apresentações nelas contidas têm propósitos de ilustração das modalidades da presente invenção, e não propósitos de limitação das mesmas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0054] Vários exemplos e modalidades da presente invenção se rão descritos agora. A seguinte descrição fornece detalhes específicos para um entendimento completo e descrição capacitadora desses exemplos. Alguém versado na técnica relevante entenderá, entretanto, que uma ou mais modalidades descritas no presente documento po dem ser praticadas sem muitos desses detalhes. Igualmente, um ver sado na técnica relevante também entenderá que uma ou mais moda lidades da presente invenção podem incluir outros recursos e/ou fun ções são descritos em detalhes no presente documento. Ainda, algu mas estruturas ou funções bem conhecidas podem não ser mostradas ou descritas em detalhes abaixo, de modo a evitar obscurecer desne cessariamente a descrição relevante.

[0055] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de um com plexo de usinas de gás industrial exemplificativo 10. Em modalidades, o complexo de usinas de gás industrial compreende um complexo de usinas de amônia 10.

[0056] O complexo de usinas de gás industrial 10 compreende uma usina de produção de hidrogênio 20, uma unidade de armazena mento de hidrogênio 30, uma Unidade de Separação de Ar (ASU) 40, uma usina de síntese de amônia 50 e uma unidade de armazenamen to de amônia 60. A unidade de armazenamento de amônia 60 é conec tada a uma cadeia de fornecimento externa S para distribuição subse quente de amônia.

[0057] A eletricidade de alimentação do complexo de usinas de gás industrial 10 é fornecida por um barramento principal 70 abasteci do por uma rede elétrica local (não mostrada). A energia para o com plexo de usinas de gás industrial 10 é gerada, pelo menos em parte, por fontes de energia renovável como energia eólica 72 (por meio de uma fazenda eólica adequada que compreende uma pluralidade de turbinas eólicas) e/ou energia solar 74 (por meio de uma fazenda solar que compreende uma pluralidade de células solares), embora outras fontes como um gerador a diesel, gasolina ou hidrogênio (não mostra do) possam ser opcionalmente utilizadas. Os elementos 72, 74 alimen tam o barramento principal 70 como mostrado pelas setas na Figura 1.

[0058] Embora os exemplos acima de energia renovável tenham sido fornecidos em relação à energia eólica e solar, isso não se desti na a ser limitante. Por exemplo, outras fontes de energia renováveis podem ser usadas como energia hidroelétrica (não mostrada) e/ou ma- remotriz (não mostrada).

[0059] Os componentes de produção de gás industrial do comple xo de usinas de gás industrial 10 serão agora descritos em detalhes. USINA DE PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO 20

[0060] A usina de produção de hidrogênio 20 é operável para ele- trolisar água para formar hidrogênio e oxigênio. Qualquer fonte ade quada de água pode ser usada. Entretanto, em modalidades em que a água do mar é usada para produzir a água para a eletrólise, o apare lho ainda compreenderia ao menos uma usina de dessalinização e desmineralização para processar a água do mar.

[0061] A usina de produção de hidrogênio 20 compreende uma pluralidade de unidades de eletrólise 22a, 22b ... 22n ou células de eletrólise. Cada unidade ou célula pode ser chamada de um "eletroli- sador" 22a, 22b . 22n. Qualquer número de eletrolisadores pode ser fornecido. Em modalidades, cerca de 100 podem ser fornecidos. Os eletrolisadores podem possibilitar que a usina de produção de hidro gênio 20 tenha uma capacidade total de ao menos 1 GW. Em modali dades, a capacidade pode ser superior a 2 GW; por exemplo, 2,2 GW. Entretanto, a capacidade absoluta da usina de produção de hidrogênio 20 é limitada somente pelas considerações práticas, como fornecimen to de alimentação.

[0062] Qualquer tipo adequado de eletrolisador pode ser usado. Em modalidades, a pluralidade de eletrolisadores geralmente consiste em uma multiplicidade de células individuais combinadas em "módu los" que também incluem equipamentos de processo como bombas, resfriadores e/ou separadores. Centenas de células podem ser usadas e podem ser agrupadas em prédios separados. Cada módulo tipica mente tem uma capacidade máxima maior que 10 MW, embora isso não seja destinado a ser limitante.

[0063] Qualquer tipo adequado de eletrolisador pode ser usado com a presente invenção. Geralmente, três tipos convencionais de ele- trolisadores são utilizados - eletrolisadores alcalinos; eletrolisadores de PEM; e eletrolisadores de óxido sólido. Qualquer um desses tipos pode ser usado com a presente invenção.

[0064] Os eletrolisadores alcalinos transportam íons de hidróxido (OH-) através do eletrólito do cátodo para o ânodo com o hidrogênio sendo gerado no lado do cátodo. Comumente, uma solução alcalina líquida de hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio é usada como o eletrólito.

[0065] Um eletrolisador de PEM utiliza um material de plásticos sólidos como um eletrólito, e água reage em um ânodo para formar oxigênio e íons de hidrogênio carregados positivamente. Os elétrons fluem através de um circuito externo e os íons de hidrogênio se mo vem seletivamente através do PEM para o cátodo. No cátodo, íons de hidrogênio combinam com elétrons do circuito externo para formar gás hidrogênio.

[0066] Os eletrolisadores de óxido sólido usam um material de ce râmica sólida como o eletrólito que conduz seletivamente íons de oxi gênio carregados negativamente (O2-) a temperaturas elevadas. A água no cátodo combina com elétrons do circuito externo para formar gás hidrogênio e íons de oxigênio carregados negativamente. Os íons de oxigênio passam através da membrana de cerâmica sólida e rea gem no ânodo para formar gás oxigênio e gerar elétrons para o circuito externo.

[0067] Os eletrolisadores podem ser dispostos em qualquer grupo adequado. Por exemplo, os mesmos podem ser dispostos em paralelo.

[0068] Hidrogênio é produzido em aproximadamente pressão at mosférica pela usina de produção de hidrogênio 20. Um fluxo de hi drogênio gerado dessa forma é removido dos eletrolisadores a uma pressão ligeiramente elevada.

[0069] Em modalidades, a usina de produção de hidrogênio 20 compreende ainda estágios de compressão e purificação de hidrogê nio como descrito abaixo.

[0070] Em modalidades, o estágio de compressão compreende um sistema de compressão de múltiplos estágios que tem duas seções 24, 26. A primeira seção 24 compreende uma seção de pressão baixa (LP) em que o gás hidrogênio é comprimido a partir de uma primeira pressão de alimentação dos eletrolisadores para uma segunda pres são intermediária maior que a primeira pressão de alimentação.

[0071] A segunda seção compreende uma seção de pressão mé dia (MP) 26 em que o gás hidrogênio é comprimido da segunda pres são intermediária para uma terceira pressão final maior que a segunda pressão. A terceira pressão é selecionada como necessário para qual-quer processo (ou processos) a jusante.

[0072] Na modalidade não limitante mostrada na Figura 1, a pri-meiraseção (LP) 24 tem dois estágios compressores 24a, 24b. Entre-tanto, qualquer número adequado pode ser usado. Por exemplo, a se ção de LP 24 pode ter um único compressor ou pode ter uma plurali dade de compressores.

[0073] Como mostrado na modalidade não limitante da Figura 1, a segunda seção (MP) 26 tem um único estágio de compressão (isto é, um único compressor). Entretanto, qualquer número adequado de es-tágios pode ser fornecido como necessário, por exemplo, trens de compressores em série e/ou em paralelo.

[0074] Os compressores que formam parte da primeira (LP) 24 e segunda (MP) 26 seções de compressão podem assumir qualquer forma adequada. A pessoa versada na técnica estaria prontamente ciente da forma, número e capacidade desses compressores. Por exemplo, para uma capacidade de eletrolisador total de 1 GW, 2 a 4 compressores seria tipicamente necessário. 5 ou mais podem ser ne cessários para a capacidade de eletrolisador total de 2GW.

[0075] Na modalidade da Figura 1, uma seção de purificação 28 é fornecida. A seção de purificação 28 pode ser necessária, em que, por exemplo, quaisquer processos a jusante exijam hidrogênio de pureza superior (isto é, com níveis reduzidos de água e/ou oxigênio inerente-mente presentes no gás hidrogênio comprimido produzido pela eletró- lise). Entretanto, este não precisa ser o caso, e essa seção pode ser omitida se não for necessária.

[0076] Se for fornecida, a seção de purificação 28 compreende uma unidade "DeOxo"operável para remover oxigênio. A unidade DeOxo opera através da combustão catalítica de hidrogênio para pro duzirgás hidrogênio comprimido com água, a partir do qual o oxigênio foi removido.

[0077] A seção de purificação 28 pode compreender ainda um se cador. Nessa modalidade, o secador compreende uma unidade de ad- sorção de oscilação de temperatura (TSA) para produzir gás hidrogê nio comprimido seco para o processo (ou processos) a jusante. Entre tanto, outras tecnologias de secagem e/ou adsorção adequadas po dem ser usadas no presente documento. Em modalidades, o secador está a jusante da unidade DeOxo.

[0078] Uma unidade de processamento a jusante pode ser qual- quer unidade que utiliza gás hidrogênio como um insumo. Em modali-dades, a unidade de processamento a jusante é ou inclui uma usina de síntese de amônia. Entretanto, isso não precisa ser limitante.

[0079] Detalhes adicionais da usina de produção de hidrogênio 20 serão discutidos abaixo. UNIDADE DE ARMAZENAMENTO DE HIDROGÊNIO 30

[0080] Qualquer hidrogênio excedente às exigências imediatas pode ser armazenado na unidade de armazenamento de hidrogênio 30. A unidade de armazenamento 30 pode compreender qualquer plu ralidade adequada de opções de armazenamento de curto prazo e de prazo mais longo com diferentes tamanhos, taxas de preenchimen- to/descarga e eficiências de ida e volta.

[0081] O sistema de armazenamento típico poderia incluir vasos de pressão e/ou segmentos de cano conectados a um cabeçote de entrada/saída comum. Os vasos de pressão podem ser esferas, por exemplo, a cerca de 25 m de diâmetro, ou "balas" que são vasos hori-zontais com grandes razões de L/D (tipicamente até cerca de 12:1) com diâmetros de até cerca de 12 m. Em certas geografias, cavernas subterrâneas podem ser incluídas como sistemas de armazenamento para suavizar as variações sazonais associadas à energia renovável.

[0082] No contexto das presentes modalidades, o hidrogênio ar mazenado pode ser usado como um reservatório para que a usina de síntese de amônia 50 assegure fornecimento suficiente. Isso será dis cutido em mais detalhes abaixo. UNIDADE DE SEPARAÇÃO DE AR 40

[0083] Em modalidades não limitantes, o gás nitrogênio necessário para produção de amônia é produzido por destilação criogênica de ar na unidade de separação de ar (ASU) 40. Tipicamente, uma ASU 40 tem vários estágios que operam a pressões diferentes. Por exemplo, uma coluna de pressão alta (HP) opera a cerca de 10,5 bar g e uma coluna de pressão baixa (LP) opera a cerca de 5 bar g. O nitrogênio gasoso é produzido pela ASU 40 a pressões superiores a 25 bar g. A pressão é, então, reduzida para fornecer um fluxo de gás nitrogênio em um ou mais canos dispostos para transportar nitrogênio para a usi na de síntese de amônia 40. Entretanto, outras fontes de nitrogênio podem ser usadas se necessário, por exemplo, armazenamento de nitrogênio líquido 42.

[0084] A unidade de armazenamento de nitrogênio líquido 42 pode compreender qualquer disposição adequada de armazenamento, va-porizaçãoe distribuição de nitrogênio líquido (LIN SVD). A unidade de armazenamento 42 pode compreender uma pluralidade de opções adequadas de armazenamento de curto prazo e de prazo mais longo que têm diferentes tamanhos, taxas de preenchimento/descarga e efi-ciênciasde ida e volta.

[0085] Um sistema de armazenamento típico para nitrogênio líqui do pode compreender uma pluralidade de vasos de pressão e/ou segmentos de cano conectados a um cabeçote de entrada/saída co mum. Os vasos de pressão podem compreender tanques de armaze namento de fundo plano (FBTs) de baixa pressão. Adicional ou alter nativamente, os vasos de pressão podem ser esferas, por exemplo, a cerca de 25 m de diâmetro, ou "balas" que são vasos horizontais com grandes razões de L/D (tipicamente até cerca de 12:1), com diâmetros de até cerca de 12 m.

[0086] Preferencialmente, o gás nitrogênio produzido pela ASU 40 é comprimido por um compressor e resfriado para ser armazenado na unidade de armazenamento de nitrogênio 40 sob forma líquida. Entre-tanto, o armazenamento de nitrogênio gasoso pode ainda ser forneci do. A unidade de armazenamento 40 pode ser usada como um reser vatório para a usina de síntese de amônia 50, que pode ser alimentada por um cano de conexão. USINA DE SÍNTESE DE AMÔNIA 50

[0087] A usina de síntese de amônia 50 opera no processo Haber- Bosch e compreende um circuito de amônia. Um circuito de amônia é um sistema reativo de equilíbrio de unidade única que processa os ga ses de síntese de nitrogênio e hidrogênio para produzir amônia.

[0088] Nitrogênio é fornecido por um ou mais canos da ASU 40 (ou do armazenamento 42) que, em modalidades, podem funcionar continuamente para fornecer nitrogênio. O hidrogênio é fornecido a partir de um ou mais canos da usina de produção de hidrogênio 20 di retamente (se estiver funcionando com base na disponibilidade da energia renovável em dada ocorrência) ou a partir do armazenamento de hidrogênio 30.

[0089] A composição estequiométrica de gás de síntese é proces sada por um sistema compressor de gás de síntese (não mostrado) e o produto de amônia resultante é refrigerado por outro conjunto de compressores (não mostrado) e enviado para o armazenamento 60 se necessário. O desempenho de circuito de amônia é governado pela conversão de equilíbrio da reação exotérmica. Os parâmetros para is-soserão discutidos abaixo. VARIAÇÃO DE FORNECIMENTO DE ELETRICIDADE RENOVÁVEL

[0090] A eletricidade para a usina 10 como um todo é fornecida pelo barramento principal 70. Como mostrado na Figura 1, em modali dades, a eletricidade é gerada a partir de ao menos uma fonte de energia renovável de energia eólica 72 (por meio de uma fazenda eóli ca adequada que compreende uma pluralidade de turbinas eólicas) e/ou energia solar 74 (por meio de uma fazenda solar que compreende uma pluralidade de células solares). Além disso, outras fontes de energia renováveis podem ser usadas como energia hidroelétrica (não mostrada) e/ou maremotriz (não mostrada).

[0091] Uma bateria ou outro recurso de armazenamento de ener gia (não mostrado) pode ser usado para fornecer pelo menos alguma energia durante momentos em que a geração de energia de recursos renováveis é baixa. No entanto, para um complexo de usinas de gás 10 alimentado predominante ou inteiramente por recursos renováveis, haverá inevitavelmente variações na disponibilidade de energia.

[0092] Por exemplo, em um dia típico de verão, a disponibilidade de energia solar é alta por uma proporção significativa do dia. A dispo-nibilidade de energia eólica também é alta. Portanto, a energia gerada a partir de fontes renováveis pode manter uma linha de base geral mente constante e um pico alto cedo em um dado dia. Em tal situação, a energia fornecida é abundante.

[0093] Entretanto, em um dia típico de inverno em que os níveis de luz solar e de vento são mais baixos. A energia gerada pode estar em zero ou próximo de zero durante a noite e alcança um pico relativa mente menor durante o meio do dia. Embora o recurso de armazena mento de energia 76 possa compensar por reduções de disponibilida de de energia de curto prazo, é improvável que tal recurso compense o déficit geral.

[0094] O problema de disponibilidade de energia é ainda compli cado pelas diferentes taxas de aceleração dentro dos diferentes ele mentos do processo de produção de amônia. Por exemplo, embora a usina de produção de hidrogênio 10 possa ser capaz de acelerar ou desacelerar os estágios de compressão e purificação a uma taxa com parável para o processo de eletrólise, a usina de síntese de amônia 50 pode ser permitida a uma taxa de 10 a 20 mais lenta.

[0095] É portanto necessário fornecer um amortecedor adequado e controlado de armazenamento de gás de síntese para fazer ponte e suavizar os processos de aceleração sob condições de variação de energia. Ademais, a disponibilidade de espaço e infraestrutura física, assim como gasto de capital, restringem a quantidade de armazena- mento de gás que pode ser razoavelmente fornecida.

[0096] Consequentemente, é necessário para gerenciar a produ ção e o armazenamento de um ou mais gases dentro da usina para assegurar a operação eficiente a partir de recursos renováveis en quanto minimiza o tamanho dos amortecedores de armazenamento de gás necessários. As modalidades solucionam esses problemas. CONFIGURAÇÃO DE ARMAZENAMENTO E PRODUÇÃO DE GÁS

[0097] A Figura 2 mostra um esquema exemplificativo de uma mo dalidade de um sistema de produção e armazenamento de gás 100 adequado para uso com a usina de gás industrial 10 da Figura 1. A modalidade descrita pode ser aplicável à usina de produção de hidro gênio 20 e/ou a ASU 40 nas modalidades exemplificativas. Entretanto, isso não é destinado a ser limitante e o sistema 100 pode, em princí pio, ser aplicável a qualquer processo de produção e armazenamento de gás.

[0098] O sistema de produção e armazenamento 100 compreende uma usina de produção de gás industrial 110 e um recurso de arma zenamento de gás 120. A usina de produção de gás industrial 110 é disposta para produzir gás de insumo industrial para uso em uma uni dade de processo a jusante 130. A usina de produção de gás industrial 110 pode compreender uma usina de produção de hidrogênio ou uma ASU como discutida acima. Alternativamente, a usina de produção de gás industrial 110 pode compreender qualquer instalação de produção de gás adequada. A pessoa versada na técnica estaria prontamente ciente dos tipos de instalação que poderiam ser usados na presente modalidade.

[0099] A usina de produção de gás industrial 110 produz gás de insumo industrial a uma taxa de produção que é dependente, pelo me nos em parte, do nível de energia disponível, por exemplo, do barra- mento principal da Figura 1. À medida que o nível de energia disponí- vel cai, então, a usina de produção de gás industrial 110 irá descarre gar. Em modalidades, a usina de energia industrial 110 irá descarregar em proporção à redução na energia. Em modalidades, a usina de energia industrial 110 irá descarregar em estágios ou etapas distintas; por exemplo, se a usina de produção industrial 110 compreende uma pluralidade de unidades eletrolisadoras, as unidades podem ser parali-sadas uma a uma quando um limiar de energia é alcançado.

[00100] O descarregamento da usina de produção de gás industrial 110 significará que a taxa de produção de gás de insumo da usina de produção de gás industrial 110 será reduzida. Isso reduzirá o fluxo de massa de gás produzido e fornecido para o processo a jusante 130.

[00101] De modo concomitante, quando o nível de energia é au mentado, a usina de produção industrial 110 será acelerada e carre gada. Novamente, em modalidades, isso pode ser contínuo, ou pode ser na forma de etapas distintas dependendo da configuração da usina de produção industrial 110.

[00102] A variação na taxa de produção de gás de insumo na usina de gás industrial 110 é, em modalidades, principalmente devido à vari ação no nível de energia disponível. Essa variação é dependente do tempo. Como descrito abaixo, a variação pode se manifestar em uma alteração mensurável em pressão de saída de gás de insumo para o processo a jusante 130. Esse pode ser o caso independentemente da possibilidade de quaisquer etapas de compressão ou pós- processamento serem incluídas a jusante da usina de gás 110 como descrito abaixo.

[00103] Em modalidades, a capacidade máxima da usina de produ ção de gás industrial 110, quando a energia disponível está em ou próxima de um nível máximo, é maior que aquela necessária para atender à pressão necessária para o processo a jusante 130, então, o gás de insumo pode ser divergido para o armazenamento 120.

[00104] Qualquer unidade de processo a jusante adequada 130 po de ser usada, a qual utiliza o gás produzido como um insumo. Exem plos de unidades de processo a jusante adequadas 130 podem incluir uma refinaria de óleo, uma instalação de fabricação de aço, uma usina de síntese de amônia ou uma usina de liquefação de hidrogênio, como descrito abaixo. Em algumas modalidades, uma pluralidade de unida des de processo a jusante 130 pode ser usada em paralelo.

[00105] O processo a jusante pode compreender um único proces so ou uma pluralidade de processos a jusante dispostos em paralelo. Em modalidades em que o gás produzido compreende gás hidrogênio, o processo (ou processos) a jusante poderia incluir qualquer processo que possa usar hidrogênio "cinza" ou "azul", por exemplo: operações de fabricação de aço e refinaria de óleo.

[00106] Em modalidades preferenciais, pelo menos parte ou todo o gás produzido é gás hidrogênio usado para produzir amônia, como descrito acima e discutido nas modalidades abaixo.

[00107] Em modalidades alternativas, o gás hidrogênio produzido pode ser usado para produzir metanol por meio, por exemplo, de hi- drogenação de CO2. Em outras modalidades alternativas, o gás hidro-gênio produzido pode ser liquefeito por resfriamento criogênico.

[00108] Os processos a jusante acima são exemplos e não se des tinam a ser limitantes. Ademais, quaisquer combinações adequadas dos exemplos acima podem ser usadas em conjunto, com uma pro porção do gás produzido indo para um processo a jusante e sendo a outra proporção enviada para um processo a jusante diferente (por exemplo, se o gás produzido for hidrogênio, os processos a jusante podem compreender parte produção de amônia e parte liquefação por resfriamento criogênico).

[00109] Uma linha de alimentação 140 se estende a partir de uma cabeça de saída da usina de produção de gás 110 para uma saída de fornecimento 142 em comunicação fluida com a unidade de processo a jusante 130.

[00110] A jusante da usina de produção de gás 110 há uma seção de compressão 112 e uma seção de purificação 114. A seção de com-pressão 112 e a seção de purificação 114 são localizadas na trajetória de fluxo ao longo da linha de alimentação 140.

[00111] A seção de compressão 112 pode compreender qualquer número de estágios compressores, em série ou em paralelo. Os com pressores podem assumir qualquer forma adequada; por exemplo, centrífugo ou recíproco.

[00112] Uma cabeça de descarga 144 da linha de alimentação 140 está localizada a jusante da seção de purificação 114 e compreende uma válvula de controle 144a para controlar o fluxo de gás para a uni dade de processo a jusante 130.

[00113] A seção de purificação 114 pode não ser necessária de pendendo do gás industrial em questão. Entretanto, se o gás em ques tão for hidrogênio, então, a seção de purificação 114 pode compreen der uma unidade "DeOxo" em que o oxigênio é removido pela combus tão catalítica de hidrogênio para produzir água e gás hidrogênio com primido pobre em oxigênio, que pode, então, ser seco em um secador como uma unidade de adsorção, por exemplo, uma unidade de adsor- ção de oscilação de temperatura (TSA).

[00114] O recurso de armazenamento de gás 120 pode compreen der vasos de pressão e/ou segmentos de cano conectados a uma ca beça de entrada comum e uma cabeça de saída comum. Os vasos de pressão podem ser esferas, por exemplo, a cerca de 25 m de diâme tro, ou "balas" que são vasos horizontais com grandes razões de L/D (tipicamente até cerca de 12:1) com diâmetros de até cerca de 12 m. Em certas geografias, cavernas subterrâneas podem ser incluídas co mo sistemas de armazenamento para suavizar as variações sazonais associadas à energia renovável.

[00115] Em modalidades, o recurso de armazenamento de gás 120 pode compreender uma pluralidade de vasos de pressão como esferas ou balas. Em modalidades, o recurso de armazenamento de gás 120 pode compreender 10 esferas ou balas, preferencialmente 20 esferas ou balas. Em modalidades específicas, 22 balas podem ser fornecidas.

[00116] Em operação normal, a pressão dentro da pluralidade de vasos de armazenamento que forma o recurso de armazenamento de gás 120 é regulada como um grupo. Como um resultado, a pressão dentro dos vasos individuais (por exemplo, esferas ou balas) é igual (dentro de limites de tolerância) independentemente do número de va sos de armazenamento individuais (por exemplo, balas ou esferas). Portanto, os vasos de armazenamento individuais do recurso de arma zenamento de gás 120 podem ser tratados como um vaso unitário pa ra fins de cálculo.

[00117] O recurso de armazenamento de gás 120 é disposto em um ciclo de alimentação paralelo com a seção de compressão 112 e a se ção de purificação 114. Uma linha de alimentação de entrada 122 se estende a partir da linha de alimentação 140 a jusante da cabeça de descarga 144 para a cabeça de entrada do armazenamento de gás 120. Uma válvula de controle 122a está localizada na linha de alimen tação de entrada 122 para controlar o fluxo de gás para dentro do re curso de armazenamento de gás 120.

[00118] Uma linha de alimentação de retorno de saída 124 se es tende a partir da cabeça de saída do recurso de armazenamento de gás 120 para a linha de alimentação 140 a montante de uma cabeça de entrada da seção de compressão 112. O fluxo a partir do recurso de armazenamento de gás 120 é controlado pela válvula de controle 124a que possibilita seletivamente que o gás do armazenamento seja retroalimentado para a linha de alimentação 140 e para a seção de compressão 112 e a seção de purificação 114 por meio da linha de retorno 124.

[00119] O fluxo de gás do recurso de armazenamento de gás 120 pode ser regulado a uma pressão específica que pode, em modalida des, ser diferente daquela nos vasos de armazenamento reais. Por exemplo, para eficiência de espaço e considerações técnicas, o gás dentro dos vasos de armazenamento individuais pode ser armazenado a uma pressão relativamente alta, por exemplo, em modalidades, ela pode ser de 26 bara. Entretanto, quando fornecida por meio da linha de alimentação de retorno de saída 124 ela pode ser reduzida ou pode ser permitido que diminua a uma pressão inferior como, por exemplo, 2-7 barg, mais particularmente 4 barg, mais particularmente 4,2 barg.

[00120] Nessa disposição, o gás comprimido e purificado pode ser direcionado continuamente e conforme apropriado a partir do armaze-namento ou da produção para a unidade de processo a jusante 130. Alternativamente, o gás que foi produzido acima da demanda da uni dade de processo a jusante 130 pode ser enviado direto para o arma zenamento de gás 120 para uso posterior. SISTEMA DE CONTROLE DE GÁS

[00121] Um sistema de controle para controlar o sistema de produ ção e armazenamento de gás 100 será agora descrito.

[00122] Um sistema de controle de gás 150 é fornecido para contro lar o fluxo de gás dentro do sistema 100. O sistema de controle de gás 150 compreende dois níveis de controle - controle de pressão de pro dução de gás por meio do controlador de indicador de pressão (PIC) 152 e controle de taxa de produção para controlar o fluxo de alimenta ção para a unidade de processo a jusante 130 por meio do controlador de indicador de fluxo (FIC) 154. CONTROLE DE PRESSÃO DE GÁS

[00123] O PIC 152 é operável para controlar as válvulas 122a e 124a para regular a pressão de gás na cabeça de descarga 144 a ju sante do processo de produção e a montante da unidade de processo a jusante 130.

[00124] O PIC 152 compreende um controlador de faixa dividida de regulação. O PIC 152 é operável para manter uma variável de controle (ou processo) em um ponto de ajuste constante ao ajustar duas variá veis manipuladas de acordo com uma faixa dividida.

[00125] As variáveis manipuladas compreendem parâmetros da usina que podem ser controlados diretamente. As variáveis de contro le, em geral, referem-se às saídas de processo da usina que não são controláveis diretamente, mas são dependentes dos valores das variá-veis manipuladas. Na presente modalidade, a variável de controle é a pressão do gás P na cabeça de descarga 144, e as variáveis manipu-ladas correspondem às válvulas de controle 122a, 124a.

[00126] O PIC 152 utiliza controle proporcional-integral (PI) da vari ável de controle da pressão P da cabeça de descarga 144. Entretanto, outros métodos, por exemplo, um controlador proporcional-integral- derivado (PID) pode ser usado.

[00127] O PIC 152 é operável para manter um ponto de ajuste de pressão SP(P) constante para a pressão P (que é a variável de pro cesso PV). Em outras palavras, o ponto de ajuste (SP) é um valor alvo e a variável de processo (PV) é o valor medido do parâmetro no mun do real que pode divergir do ponto de ajuste desejado. O erro do ponto de ajuste é a diferença entre o SP(P) e a PV, e é definido como esta belecido na equação 1) abaixo.

[00128] O valor do ponto de ajuste pode ser determinado de modo manual, automático ou empírico. Em modalidades, a pressão P é defi nida a uma pressão de alimentação para operação ideal da unidade de processo a jusante 130. A fim de alcançar isso, o PIC 152 utiliza um ciclo de controle de PI, em que a diferença entre a pressão P medida (variável PV(P)) e a pressão de ponto de ajuste SP(P) desejada é pri-meiro determinada de acordo com equação 1): 1) e(t)=SP(P)-PV(P) em que e(t)é o erro entre o ponto de ajuste e a variável de processo como uma função de tempo.

[00129] Esse valor vé enviado para o bloco de faixa dividida do PIC 152, que divide o valor v nas duas variáveis manipuladas, isto é, gera sinais de controle de saída para controlar as válvulas de controle 122a, 124a.

[00130] A fim de alcançar isso, é determinado se vestá abaixo ou acima do valor dividido do controlador de faixa dividida. Em modalida des, o valor dividido é 50%, embora qualquer outro valor adequado possa ser usado.

[00131] Se o valor de saída do bloco de faixa dividida tem uma faixa entre 100% e 50%, então, a válvula de controle 122a é manipulada. Isso pode ser de uma maneira contínua. Em contrapartida, se o valor de saída do bloco de faixa dividida tem uma faixa entre 50% e 0%, en tão, a válvula de controle 124a é manipulada. Em modalidades, o PIC de faixa dividida 152 usa sequenciamento de válvula exclusivo, de modo que exista uma relação de "um ou outro" entre as válvulas 122a, 124a e o gás flua através de uma válvula ou através da outra, mas nunca através de ambas simultaneamente.

[00132] Em outras palavras, quando a saída de PIC 152 é entre 50 e 100%, a válvula de controle 122a é aberta progressivamente para possibilitar o fluxo de gás para o recurso de armazenamento de gás 120. Essa situação pode ocorrer quando a pressão de gás P está aci ma do ponto de ajuste, de modo que a usina de produção de gás 110 esteja produzindo gás adicional por unidade de tempo em relação ao que é exigido pela unidade de processo a jusante 130, e desse modo, o gás em excesso é excedente às exigências. Nesse cenário, a pres- são de gás P na cabeça de descarga 144 é reduzida pela transferên cia de gás em excesso para o recurso de armazenamento de gás 120 para uso posterior.

[00133] De modo concomitante, se a pressão de gás P for inferior ao ponto de ajuste SP(P), então, a instalação de produção de gás 120 não é capaz de produzir gás à taxa necessária (potencialmente devido à falta de energia renovável disponível) e o gás armazenado do recur so de armazenamento de gás 120 precisa suplementar o gás produzi do para manter a pressão de ponto de ajuste SP(P) desejada de gás P como insumo para a unidade de processo a jusante 130. Consequen temente, se a saída de PIC 152 for entre 50% e 0%, então, o gás flui do recurso de armazenamento de gás 120 para a entrada para a se ção de compressor 112 para suplementar o gás produzido. ESCALONAMENTO DE GANHOS

[00134] Um aspecto-chave de controle de faixa dividida efetivo é assegurar o controle estável dos processos enquanto fornece desem-penho de controle aceitável. Um controlador de PI como pode ser im-plementado no PIC 152 tipicamente opera de forma linear. Em outras palavras, as válvulas de controle 122a, 124a serão controladas de uma maneira linear geralmente idêntica em relação à saída de PIC 152. As válvulas 122a, 124a podem ser continuamente variáveis entre as posições aberta e fechada, ou podem ser variáveis em etapas de modo espacial e/ou temporal (por exemplo, variação de ciclo de traba lho aberto/fechado).

[00135] Portanto, tomando a válvula 122a como um exemplo, essa válvula abrirá de modo geralmente linear a partir de uma posição fe chada ou posição aberta de modo fracionário em uma saída de PIC 152 de 50% para abrir completamente em uma saída de PIC 152 de 100%.

[00136] Entretanto, sistemas complexos de produção de gás são frequentemente não lineares, ou envolvem processos não lineares. Como resultado, controlar tais sistemas de uma maneira igual e pura mente linear pode causar instabilidade de sistema. Isso pode ser parti-cularmente grave ao operar no limite de diferentes modos operacionais (por exemplo, a uma saída de cerca de 50%, movendo-se de um regi me de alimentação de gás para armazenamento para um regime de gás sendo alimentado a partir do armazenamento).

[00137] Uma opção para solucionar isso é implementar uma "banda morta", em que uma faixa predeterminada de saída de PIC 152 (por exemplo, 49 a 51%) não resulta em qualquer movimento das válvulas 122a, 124a para reduzir a instabilidade.

[00138] Uma abordagem alternativa ou adicional é implementar es-calonamento de ganhos. O escalonamento de ganhos implementa efe-tivamente um ou mais fatores de escalonamento Kc para um ou mais valores ou faixas de valores da saída de PIC 152. Um valor mais alto de Kc significa que uma resposta de válvula maior é fornecida por alte ração de unidade em porcentagem de saída de PIC 152. Em outras palavras, o valor de Kc é um fator de multiplicação no erro proporcio nal, e um valor mais alto essencialmente faz com que o controlador seja mais agressivo ao responder a erros longe do ponto de ajuste.

[00139] Esse escalonamento pode ser assimétrico e valores dife rentes de Kc implementados para lados diferentes da faixa dividida. Na presente modalidade, por exemplo, pode ser desejado implementar uma resposta relativamente grande por unidade % ao abrir a válvula 122a para possibilitar que o gás em excesso seja direcionado para o armazenamento, enquanto pode ser desejado implementar uma res posta mais lenta ao alimentar gás do armazenamento para a seção de compressão 112.

[00140] Um escalonamento de ganhos exige um mínimo de dois conjuntos de parâmetros diferentes. Entretanto, qualquer número de parâmetros pode ser implementado ao longo de qualquer número adequado de faixas conforme necessário. Um escalonamento de ga nhos pode ser armazenado em uma memória do PIC 152; por exem plo, em uma tabela de consulta adequada. CONTROLE DE FLUXO PARA PROCESSOS A JUSANTE

[00141] O elemento de sistema de controle acima, como descrito, possibilita o uso eficiente de recursos de energia disponíveis para pos-sibilitar a sobreprodução temporária e o armazenamento de gás quan do os níveis de energia renovável estão altos, e o uso do dito gás ar-mazenado em momentos de baixos níveis de energia renovável.

[00142] Em uma situação ideal, armazenamento de gás suficiente seria fornecido para assegurar que todos os períodos de baixa energia renovável esperada pudessem ser cobertos por recursos de gás ar-mazenado. Entretanto, restrições físicas, práticas e de gasto de capital impõem um limite prático ao tamanho de recursos de gás disponíveis. Isso significa que, em um contexto prático, o tamanho finito de recur sos de gás deve ser contabilizado ao considerar o sistema de controle.

[00143] Ademais, certas configurações de usina de processo têm uma disparidade em taxas de aceleração praticáveis e seguras que podem ser alcançadas entre os processos. Tomando o exemplo da produção de amônia, eletrolisadores de hidrogênio, compressores e purificadores podem ser capazes de acelerar ou desacelerar a produ ção rapidamente em resposta às variações locais de energia renová vel. Entretanto, a usina de produção de amônia tem uma taxa de ace leração segura e praticável da ordem de 10 a 20 vezes mais lenta. Tais processos devem ser protegidos de alterações repentinas no flu xo de insumo.

[00144] Os inventores reconheceram, pela primeira vez, que as considerações práticas acima exigem que aspectos de controle adicio-nais sejam implementados para permitir a operação segura e confiável de uma usina de processo que tem múltiplos processos de produção de gás na mesma.

[00145] Nesse sentido, o sistema de controle 150 implementa o controle de taxa de produção para controlar o fluxo de alimentação pa ra a unidade de processo a jusante 130 por meio do controlador de indicador de fluxo (FIC) 154. Em modalidades, o FIC 154 pode estar associado a um controlador do processo a jusante 130. Em outras modalidades, o FIC 154 pode estar associado à usina de gás industrial 110.

[00146] O FIC 154 utiliza um sistema de controle supervisor para controlar a válvula 144a na cabeça de insumo 144 que fornece gás para a unidade de processo a jusante 130. O FIC 154 implementa um sistema de controle proporcional integral (PI) para controlar a variável de controle da taxa de fluxo F da cabeça de descarga 144. Entretanto, outros métodos, por exemplo, um controlador proporcional-integral- derivado (PID) pode ser usado.

[00147] Em modalidades, o FIC 154 controla uma taxa de fluxo de insumo F definindo um ponto de ajuste de fluxo SP(F), pelo menos em parte, em dependência de um ou mais parâmetros operacionais do recurso de armazenamento de gás 120. Por isso, entende-se um pa râmetro mensurável do recurso de armazenamento de gás 120 duran te o uso. O parâmetro mensurável é usado para determinar a quanti dade e/ou disponibilidade de gás armazenado dentro do recurso de armazenamento de gás 120 que pode ser usado

[00148] Em modalidades não limitantes, o parâmetro pode ser sele-cionado a partir de um ou mais dentre: o inventário de gás; pressão de gás no recurso de armazenamento 120; pressão de gás média no re curso de armazenamento 120; massa de gás no recurso de armaze namento; taxa de alteração de pressão de gás no recurso de armaze namento 120; e/ou taxa de alteração de massa de gás no recurso de armazenamento 120.

[00149] Observa-se que, como descrito acima, em modalidades em que o recurso de armazenamento de gás 120 compreende uma plura lidade de vasos de armazenamento individuais que são conectados de tal maneira que a pressão seja regulada entre os mesmos, então, a pressão de gás média irá corresponder à pressão em qualquer vaso individual.

[00150] Em modalidades preferenciais, a pressão de gás no recurso de armazenamento é o parâmetro operacional medido. Esse valor po de ser medido continuamente ou a períodos de tempo distintos. Em modalidades preferenciais, esse valor é medido ou relatado continua mente.

[00151] Como discutido acima, em modalidades, a pressão de gás no recurso de armazenamento de gás 120 pode ser diferente daquela na cabeça de saída comum a todos os vasos dentro do recurso de ar-mazenamento 120. Por exemplo, pode ser permitido que a pressão seja reduzida a um nível específico (por exemplo, 4 barg) para uso conveniente em processos a jusante. Intrinsecamente, esse é um pa-râmetro operacional menos preferencial para medir, visto que pode permanecer uma constante. Entretanto, em modalidades, essa redu ção pode não ser utilizada e pode, em vez disso, ser possível usar a pressão na cabeça de saída como um indicador do inventário de gás do recurso de armazenamento de gás 120.

[00152] Em adição à pressão, em modalidades, outras métricas po dem ser medidas. Por exemplo, o conteúdo verdadeiro (isto é, massa utilizável) do recurso de armazenamento de gás 120 pode ser deter-minado e usado como um parâmetro operacional. Considerando-se que o volume do um ou mais vasos de armazenamento que formam parte do recurso de armazenamento de gás 120 é geralmente cons tante e conhecido, a massa de gás pode ser calculada a partir de PV=nRT. A massa de gás é dependente da temperatura. Entretanto, dentro de uma faixa de temperatura operacional esperada entre 15 e 50 graus Celsius, espera-se que a massa de gás que pode ser arma zenada varie apenas entre 14-15%.

[00153] Como observado acima, em um sistema conectado com vasos de armazenamento interconectados, a pressão medida é cons tante e regulada através dos diferentes vasos. De modo que a medi ção de um vaso forneça uma indicação de pressão ao longo de todo o recurso de armazenamento de gás 120. Portanto, em modalidades, pode não ser necessário medir a pressão em cada vaso individual mente, e a medição de pressão (ou outro parâmetro operacional) de um único vaso que forma parte do recurso de armazenamento de gás 120 pode ser suficiente.

[00154] Entretanto, o supracitado não deve ser tomado como limi- tante e a pessoa versada reconheceria que variações podem ser pos síveis. Por exemplo, a pressão de gás ou a taxa de alteração de pres são no recurso de armazenamento de gás 120 pode ser medida em apenas um ou mais dos vasos de armazenamento que formam parte do recurso de armazenamento 120 ou pode ter a média calculada ao longo de todos os vasos localmente, como necessário.

[00155] A determinação e/ou a medição da pressão de gás no re curso de armazenamento 120 fornece informações sobre as condições do fornecimento de energia renovável. Se o PIC 152 determinar que a pressão medida P está abaixo da pressão de ponto de ajuste SP(P), então, o PIC 152 é operável para abrir a válvula 124a, de modo que o gás flua do recurso de armazenamento 120 para a linha de forneci mento 140 para auxiliar a usina de produção de gás industrial 110, en tão, a usina de produção de gás 110 não pode manter a pressão de ponto de ajuste SP(P) com base em sua taxa de produção sozinha.

[00156] Portanto, a quantidade de energia renovável disponível em tal ponto no tempo é subidealmente baixa ou está diminuindo. À medi da que o gás de insumo é usado, a pressão no recurso de armazena mento de gás 120 diminui. Portanto, a pressão no recurso de armaze namento de gás 120 fornece uma indicação mensurável do estado e conteúdo verdadeiro do recurso de armazenamento de gás 120.

[00157] Sob tais condições, o gás armazenado está sendo usado e o recurso de armazenamento de gás 120 está sendo esgotado. Em um ponto predeterminado, portanto, é necessário começar o processo de desacelerar a unidade de processo a jusante 130 em antecipação ao fato de que o gás de insumo necessário pode, em breve, não estar disponível à pressão atualmente necessária a partir da usina de pro dução 110 ou do recurso de armazenamento de gás 120.

[00158] O processo de desaceleração para processos a jusante es-pecíficos (por exemplo, produção de amônia) pode ser, de modo ne-cessário, relativamente lento em comparação com outros elementos de usina como, por exemplo, uma usina de produção de gás industrial na forma de uma usina de produção de hidrogênio. Em outras pala vras, taxas de aceleração entre dois diferentes níveis de capacidade operacional são determinadas em um nível por limitações ou exigên-ciasmecânicas, químicas e físicas das próprias usinas de processo, e realizar restrições na taxa de alteração de processos de produção nessas usinas.

[00159] Por exemplo, em modalidades não limitantes, as taxas de aceleração para uma usina de produção de hidrogênio (que compre ende eletrolisadores e compressores como descrito abaixo) pode ser da ordem de dezenas de % por minuto. Entretanto, taxas de acelera ção para uma usina de produção de amônia podem ser da ordem de dezenas de % por hora.

[00160] Portanto, em modalidades, um aviso de avanço de poten ciais faltas de gás é benéfica, de modo que uma nova taxa de proces- so para o processo a jusante pode ser estabelecida no momento cor reto a fim de utilizar menos gás. Isso evita uma potencial paralisação do processo a jusante 130 ou uma taxa de aceleração do processo a jusante 130 além de tolerâncias de projeto ou segurança.

[00161] Em modalidades, esse problema é solucionado por uso da FIC 154. A FIC 154 controla a taxa de fluxo de insumo F em depen dência da pressão de gás do recurso de armazenamento de gás 120. Isso pode, em modalidades, ser alcançado pela definição de um novo ponto de ajuste de fluxo SP(F) por meio de uma tabela de consulta ou outro esquema implementado com valores de pressão medidos com parados com níveis de limiar predeterminados.

[00162] Uma vez que a pressão particular é determinada que acio na um novo limiar para a taxa de fluxo de ponto de ajuste SP(F), um atraso de tempo é implementado para possibilitar a unidade de pro cesso a jusante 130 para se ajustar à nova taxa de fluxo de ponto de ajuste SP(F) inferior. Esse processo continua à medida que a pressão detectada no recurso de armazenamento 120 aumenta ou diminui ain da.

[00163] O atraso de tempo pode, em modalidades, envolver uma transição contínua na taxa de fluxo entre os dois valores distintos. Isso pode ser feito em sincronia com o processo a jusante 130 para asse gurar que o fornecimento de gás corresponde à taxa de produção atual do processo a jusante 130 durante a transição de aceleração. Em mo-dalidades, a taxa de aceleração pode ser da ordem de 1-10% por mi nuto. Em modalidades preferenciais, a taxa de aceleração pode ser de 3%.

[00164] O valor ou a alteração no valor do ponto de ajuste de fluxo SP(F) pode, em modalidades, não ser acionado somente no valor ab soluto ou relativo de um ou mais parâmetros operacionais do recurso de armazenamento de gás 120 como determinado ou medido (por exemplo, a pressão de armazenamento ou taxa de alteração de pres são de armazenamento no recurso de armazenamento de gás 120) mas também pode utilizar outras restrições ou condições nos parâme tros operacionais do recurso de armazenamento de gás 120 que pode ser necessário para manter a taxa de fluxo de ponto de ajuste SP(F).

[00165] Por exemplo, isso pode se aplicar a situações em que o conteúdo de armazenamento de gás no recurso de armazenamento de gás 120 é baixo, mas a energia renovável disponível é alta. Em tais situações a desaceleração da taxa de produção da unidade de pro cesso a jusante 130 não é necessária e, em princípio, a unidade de processo a jusante 130 pode executar uma capacidade nominal ou completamente operacional.

[00166] Entretanto, em modalidades, pode ser, contudo, desejável manter a taxa de produção da unidade de processo a jusante 130 em um nível inferior para possibilitar o gás de insumo em excesso a ser usado para reabastecer o recurso de armazenamento de gás 120 a uma pressão desejada ou nível de conteúdo. Portanto, uma troca é necessária em relação à exigência de produzir a saída máxima de gás no processo a jusante por unidade de tempo vs gerenciamento do ar mazenamento de inventário de gás para minimizar o risco de paralisa ções ou operação fora de parâmetros normais devido ao esgotamento em excesso do conteúdo do recurso de armazenamento de gás 120.

[00167] Em modalidades opcionais, essas decisões podem ser im-plementadas por um nível adicional de controle configurado para es-pecificar um alvo de ponto de ajuste particular por um ou mais parâme-tros operacionais do recurso de armazenamento de gás 120. Por exemplo, em modalidades, uma pressão-alvo de ponto de ajuste pode ser implementada para o recurso de armazenamento de gás 120 em resposta a outros parâmetros ou variáveis medidos ou previstos do sistema de produção e armazenamento 100. Isso pode, em modalida- des, usar parâmetros como energia disponível e/ou taxa de produção da usina de produção de gás industrial 110.

[00168] Por exemplo, em modalidades opcionais, se for determina do que o nível de energia disponível da rede de energia que fornece a usina de produção de gás industrial 110 está acima de um certo limiar e que a usina de produção de gás industrial 110 está operando a uma capacidade nominal ou máxima (ou pelo menos acima de um certo valor de limiar de capacidade de produção), mas o recurso de arma zenamento de gás 120 tem um valor de um parâmetro operacional (por exemplo, pressão de armazenamento) abaixo de um alvo de pon to de ajuste desejado, então, o sistema de controle pode priorizar o reabastecimento do recurso de armazenamento de gás 120 ao invés de aumentar a taxa de fluxo de gás para o processo a jusante 130.

[00169] Em modalidades, essa determinação pode ser feita por um controlador mestre adequado. O controlador mestre pode compreen der, em modalidades, controle preditivo de modelo. O controle prediti- vo de modelo pode, em modalidades, compreender um algoritmo de controle multivariável que utiliza um modelo dinâmico interno de um ou mais componentes do sistema de produção e armazenamento 100, uma função de custo apropriada, e um algoritmo de otimização que é operável, em modalidades, para minimizar a função de custo com o uso de uma pluralidade de entradas de controle. Funções alternativas podem ser usadas. Essas podem envolver, por exemplo, funções de similaridade que são maximizadas.

[00170] O controlador mestre pode, portanto, implementar o contro le preditivo de modelo (MPC) para controlar o sistema de produção e armazenamento 100 em resposta a variáveis e parâmetros de proces so enquanto, em modalidades, satisfaz uma pluralidade de restrições. Em modalidades, o MPC pode derivar uma política de operação que inclui parâmetros operacionais de ponto de ajuste para um ou mais dentre a usina de gás industrial 110, o recurso de armazenamento de gás 120 e a unidade de processo a jusante 130 ao longo de um hori zonte de tempo futuro predeterminado. Esses parâmetros são, então, usados para controlar os processos relevantes.

[00171] O MPC pode otimizar o alto de ponto de ajuste para um ou mais parâmetros operacionais do recurso de armazenamento de gás 120 para um período de tempo presente, enquanto também é capaz de se adaptar para períodos de tempo futuros. Isso pode ser alcança do, em modalidades, otimizando um horizonte de tempo futuro para os processos enquanto implementa o período de tempo atual. A otimiza ção é, então, realizada novamente no próximo período de tempo.

[00172] Em suma, em modalidades, ao controlar a taxa de fluxo de gás fornecido para a unidade de processo a jusante 130 em resposta a um ou mais parâmetros operacionais do recurso de armazenamento de gás 120, isso pode auxiliar no funcionamento suave do sistema de produção e armazenamento 100 como um todo ao considerar a varia bilidade de energia renovável disponível. À medida que a energia for necidadisponível é reduzida, a usina de produção de gás industrial 110 precisará desacelerar em conformidade e, como um resultado, a produtividade de produção de gás a partir da usina de produção de gás industrial 110 será reduzida. Ela será suplementada por recursos de armazenamento de gás disponíveis durante esse período. De modo concomitante, quando a energia fornecida disponível aumentar, a usi na de produção de gás industrial 110 será capaz de acelerar e, poten cialmente, retornar aos níveis de produção ideais. Sob essas condi ções, o armazenamento de gás pode ser reabastecido e as taxas de produção aumentadas.

[00173] Para certos tipos de instalação de gás, por exemplo, eletro- lisadores para produzir gás hidrogênio que exigem recursos de energia significativa e têm uma taxa de aceleração relativamente rápida, o ní- vel de produção da usina de produção de gás industrial 110 pode cor-responder substancialmente ao nível de energia disponível como uma função de tempo, considerando a latência temporal resultante das ta xas de aceleração. Entretanto, para certos tipos de instalação, por exemplo, aqueles com taxas de aceleração mais lenta, pode haver uma relação menos direta entre a energia disponível e níveis de pro dução.

[00174] No entanto, o uso de sistemas de controle como estabele cido acima em conjunto com o armazenamento de gás são críticos ao operar sob condições de energia de entrada variável, como no caso de fornecimento de energia renovável e onde uma unidade de processo a jusante 130 pode ter uma taxa de aceleração muito mais lenta e, por-tanto, precisa ser blindada contra alterações rápidas na taxa de fluxo de insumos.

EXEMPLO

[00175] A Figura 3 mostra outra modalidade aplicada a uma usina de produção de hidrogênio e armazenamento de hidrogênio similar àquela revelada na, e adequada para uso com a modalidade da Figura 1.

[00176] O sistema de produção e armazenamento 200 compreende uma usina de produção de hidrogênio 210 e um recurso de armaze namento de gás hidrogênio 220. Em comum com a primeira modalida de, a usina de produção de hidrogênio 210 é operável para eletrolisar água para formar hidrogênio e oxigênio.

[00177] Uma unidade de processo a jusante 230 é fornecida na forma de uma usina de síntese de amônia 230 que opera no processo Haber-Bosch e que compreende um ciclo de amônia, como descrito em relação à primeira modalidade da Figura 1, e os detalhes relevan tes discutidos na mesma também se aplicam aqui.

[00178] Uma linha de alimentação 240 se estende a partir de uma cabeça de saída da usina de produção de hidrogênio 210 para uma saída de fornecimento 242 em comunicação fluida com a usina de Sín tese de amônia 230.

[00179] A usina de produção de hidrogênio 210 compreende uma pluralidade de unidades de eletrólise 210a, 210b ... 210n ou células de eletrólise. Cada unidade ou célula pode ser chamada de um "eletroli- sador" 210a, 210b . 210n. Qualquer número de eletrolisadores pode ser fornecido. Em modalidades, cerca de 100 podem ser fornecidos. Exemplos de eletrolisadores adequados e equipamento associado são descritos em detalhes em relação à modalidade da Figura 1 e também se aplicam no presente documento.

[00180] Hidrogênio é produzido em aproximadamente pressão at-mosférica pela usina de produção de hidrogênio 210. Um fluxo de hi-drogênio gerado dessa forma é removido dos eletrolisadores a uma pressão ligeiramente elevada. Em modalidades, seções de compres são e purificação 212, 214 são fornecidas.

[00181] Em modalidades, a seção de compressão 212 compreende um sistema de compressão de múltiplos estágios que tem três está gios em paralelo. Em uma primeira trajetória se situa um compressor centrífugo 212a, e as trajetórias restantes compreendem seções de pressão média (MP) 212b, 212c que têm um trem de compressores adequados. A pressão de saída final é selecionada como necessário para o processo (ou processos) a jusante.

[00182] A seção de purificação 214 compreende uma pluralidade de unidades "DeOxo" 214a, 214b em paralelo, em cada uma das quais o oxigênio é removido pela combustão catalítica de hidrogênio para pro-duzir água e gás hidrogênio comprimido pobre em oxigênio, que pode, então, ser seco em um secador como uma unidade de adsorção, por exemplo, uma unidade de adsorção de oscilação de temperatura (TSA).

[00183] O recurso de armazenamento de gás 220 pode compreen der vasos de pressão e/ou segmentos de cano conectados a uma ca beça de entrada comum e uma cabeça de saída comum. Os vasos de pressão podem ser esferas, por exemplo, a cerca de 25 m de diâme tro, ou "balas" que são vasos horizontais com grandes razões de L/D (tipicamente até cerca de 12:1) com diâmetros de até cerca de 12 m. Em certas geografias, cavernas subterrâneas podem ser incluídas co mo sistemas de armazenamento para suavizar as variações sazonais associadas à energia renovável.

[00184] Quanto à segunda modalidade, o recurso de armazena mento de gás 220 é disposto em um ciclo de alimentação paralelo com a seção de compressão 212 e a seção de purificação 214. Uma linha de alimentação de entrada 222 se estende a partir de uma cabeça de descarga 244 da linha de alimentação 240 a jusante das seções de compressão e purificação 212, 214 para a cabeça de entrada do ar mazenamento de gás 220. Uma válvula de controle 222a está locali zada na linha de alimentação de entrada 222 para controlar o fluxo de gás para dentro do recurso de armazenamento de gás 220.

[00185] Uma linha de alimentação de retorno de saída 224 se es tende a partir da cabeça de saída do recurso de armazenamento de gás 220 para a linha de alimentação 240 a montante de uma cabeça de entrada da seção de compressão 212. O fluxo a partir do recurso de armazenamento de gás 220 é controlado pela válvula de controle 224a que possibilita seletivamente que o gás do armazenamento seja retroalimentado para a linha de alimentação 240 e para a seção de compressão 212 e a seção de purificação 214 por meio da linha de retorno 224.

[00186] Um sistema de controle de gás 250 é fornecido para contro lar o fluxo de gás dentro do sistema 200. O sistema de controle de gás 250 compreende dois níveis de controle - controle de pressão de pro- dução de hidrogênio por meio do controlador de indicador de pressão (PIC) 252 e controle de taxa de produção para controlar o fluxo de ali-mentação de hidrogênio para a unidade de processo a jusante 230 por meio do controlador de indicador de fluxo (FIC) 254.

[00187] Os recursos acima 252 e 254 correspondem aos recursos 152 e 154 da modalidade acima e não serão descritos em detalhes no presente documento, salvo a observação de que dois de cada um den tre PIC 252 e FIC 254 são fornecidos nesta modalidade.

[00188] Quanto à segunda modalidade da Figura 2, o PIC 252 é operável para válvulas de controle 222a e 224a a fim de regular a pressão de gás na cabeça de descarga 244 a jusante do processo de produção e a montante da usina de produção de amônia 230.

[00189] O PIC 252 compreende um controlador de faixa dividida de regulação e utiliza controle proporcional-integral (PI) da variável de controle da pressão P da linha de alimentação 240 a jusante da cabe ça de descarga 244.

[00190] O PIC 152 é operável para manter um ponto de ajuste de pressão SP(P) constante para a pressão P de hidrogênio que flui para a usina de produção de amônia 230. Isso pode ser determinado de modo manual, automático ou empírico. Em modalidades, o ponto de ajuste de pressão SP(P) é definido a uma pressão de alimentação pa ra operação ideal da usina de produção de amônia 230.

[00191] O PIC 252 utiliza um ciclo de controle de PI em que o erro de diferença entre a pressão medida P e a pressão desejada de ponto de ajuste SP(P) para fornecimento de hidrogênio para a usina de amônia 230 é primeiro determinado de acordo com a equação 1).

[00192] Se o valor de saída do bloco de faixa dividida tem uma faixa entre 100% e 50%, então, a válvula de controle 222a é manipulada. Em contrapartida, se o valor de saída do bloco de faixa dividida tem uma faixa entre 50% e 0%, então, a válvula de controle 224a é mani- pulada. Em modalidades, o PIC de faixa dividida 252 usa sequencia- mento de válvula exclusivo, de modo que exista uma relação de "um ou outro" entre as válvulas 222a, 224a e o gás flua através de uma válvula ou através da outra, mas nunca através de ambas simultane amente.

[00193] Em outras palavras, quando a saída de PIC 252 é entre 50 e 100%, a válvula de controle 222a é aberta progressivamente para possibilitar o fluxo de gás hidrogênio para o recurso de armazenamen to de gás hidrogênio 220. Essa situação pode ocorrer quando a pres são de gás P está acima do ponto de ajuste SP(P), de modo que a usina de produção de hidrogênio 210 esteja produzindo mais gás por unidade de tempo do que é exigido pela usina de produção de amônia 230, e dessa forma, o gás em excesso é excedente às exigências. Nesse cenário, a pressão de gás P na cabeça de descarga 244 da li nha de alimentação 240 é reduzida pela transferência de gás em ex cesso para o recurso de armazenamento de gás 220 para armazena mento e uso posterior.

[00194] De modo concomitante, se a pressão de gás hidrogênio P for inferior ao ponto de ajuste SP(P), então, a usina de produção de hidrogênio 210 não é capaz de produzir gás à pressão necessária (po-tencialmente devido à falta de energia renovável disponível) e o gás hidrogênio armazenado do recurso de armazenamento de gás 220 precisa suplementar o gás produzido para manter a pressão de ponto de ajuste SP(P) desejada do gás P como insumo para a usina de Pro dução de amônia 230. Consequentemente, se a saída de PIC 252 for entre 50% e 0%, então, o gás flui do recurso de armazenamento de gás 220 para a entrada para a seção de compressor 212 para suple mentar o gás produzido.

[00195] Em modalidades, na produção de hidrogênio de pico, cerca de 25% de excesso de hidrogênio é produzido, que é, então, direcio- nado, com o uso do controlador de faixa dividida, para o recurso de armazenamento de hidrogênio 220. Quando a energia renovável é re-duzida, a produção de hidrogênio é reduzida e o PIC 252 reduzirá o fluxo para o armazenamento de hidrogênio 220. Eventualmente, o flu xo para o armazenamento de hidrogênio 220 fechará e o fluxo a partir do armazenamento 220 para a seção de compressão 212 começará quando a energia disponível cair ainda. Esse controle é alcançado au-tomaticamente pelo PIC de faixa dividida 254 que tem por objetivo manter o fluxo de alimentação para a usina de amônia 230 substanci almente constante. O escalonamento de ganhos é uma parte vantajosa do sistema de controle. Nesta modalidade, o escalonamento de ganhos é implemen tado em duas regiões distintas: em que Kc é o ganho do controlador PIC 252.

[00196] O controle de fluxo para a usina de amônia 230 também é necessário. Nesse sentido, o sistema de controle 250 implementa o controle de taxa de produção para controlar o fluxo de alimentação pa ra a usina de amônia 230 por meio do controlador de indicador de flu xo (FIC) 254.

[00197] O FIC 254 utiliza um sistema de controle supervisor para a válvula de controle 244a na cabeça de insumo 244 que fornece gás para a usina de amônia 230. O FIC 254 implementa um sistema de controle proporcional integral (PI) para controlar a variável de controle PV(F) que corresponde à taxa de fluxo F na linha de alimentação 240 a jusante da cabeça de descarga 244.

[00198] Em modalidades, o FIC 254 controla uma taxa de fluxo de insumos F pela definição de um ponto de ajuste de fluxo SP(F), pelo menos em parte, em dependência da pressão de gás hidrogênio no recurso de armazenamento 220 e/ou da taxa de alteração de pressão de gás hidrogênio no recurso de armazenamento 220.

[00199] Em modalidades, o FIC 254 controla a taxa de fluxo de in- sumos F em dependência da pressão de gás do recurso de armaze namento de gás 220. Em outras palavras, o ponto de ajuste-alvo SP(F) do FIC 230 para o fluxo para a usina de amônia pode ser definido pe losníveis de pressão no armazenamento de hidrogênio. Isso pode, em modalidades, ser alcançado pela definição de um novo ponto de ajuste de fluxo SP(F) por meio de uma tabela de consulta ou outro esquema implementado com valores de pressão medidos comparados com ní veis de limiar predeterminados.

[00200] A Tabela 1 abaixo mostra um esquema simplificado para escalonamento SF(F) de valores:

[00201] Observa-se que, na Tabela 1, a pressão operacional pa drão no recurso de armazenamento de hidrogênio 220 em condições de projeto é de 26 bara (26 bar absoluto). Entretanto, isso não se des tina a ser limitante, e quaisquer valores de pressão adequados podem ser usados dependendo da natureza do recurso de armazenamento 220.

[00202] Ademais, o ponto de ajuste SP(F) do FIC 254 para o con trole de fluxo para a usina de amônia em condições de projeto é SF(F0). À medida que a pressão no recurso de armazenamento de hidrogênio 220 diminui, então, o ponto de ajuste SP(F) é reduzido de modo concomitante a uma porcentagem do valor de ponto de ajuste de condição de projeto SP(F0).

[00203] A tabela acima ilustra bandas de pressão para a pressão de gás hidrogênio no recurso de armazenamento de hidrogênio 220 em que taxas específicas de fluxo de ponto de ajuste SP(F) são imple mentadas. Por exemplo, o índice 1 ilustra uma banda de pressões de >21 bara a 26 bar, em que a taxa de fluxo de projeto SP(F0) é aplicá vel.

[00204] É ainda observado que as condições e os parâmetros ilus trados acima são ilustrativos e não limitantes. Outras configurações ou parâmetros podem ser usados com as modalidades descritas.

[00205] Quando a pressão no hidrogênio recurso de armazenamen to 220 cai de um índice para outro (por exemplo, do índice 1 para o índice 2), o ponto de ajuste de taxa de fluxo SP(F) não pode ser alte rado instantaneamente. Ao invés disso, a alteração do ponto de ajuste de taxa de fluxo SP(F) precisa considerar a taxa de aceleração da usi na de amônia 230 que, em modalidades, é relativamente lenta. Uma alteração na capacidade de 3% por minuto é aceitável nesse sentido. Consequentemente, embora a alteração de taxa de aceleração seja contínua e as alterações de ponto de ajuste distintas, um atraso de tempo ou redução de aceleração precisa ser aplicada à usina de amô- nia 230 para possibilitar uma transição suave e segura para a nova taxa de produção definida pelo novo ponto de ajuste de taxa de fluxo SP(F).

[00206] Em suma, a modalidade revelada é operável para 1) enviar hidrogênio produzido em excesso para o armazenamento de hidrogê nio a altos níveis de energia renovável disponível e retirar hidrogênio do armazenamento de hidrogênio a baixos níveis de energia renovável disponível por meio de uma implementação de ciclo de controle de fai xa dividida, como descrito acima; e 2) regular a alimentação para uma usina de amônia de acordo com o inventário de armazenamento de hidrogênio.

[00207] Essa abordagem assegura que 1) a taxa de produção na usina de amônia seja regulada de uma maneira controlada, com uma taxa de alteração aceitável, segura e robusta; e 2) a usina de amônia pode continuar a operar com fluxo de alimentação aceitável, sem o risco de paralisações devido à falta de hidrogênio do armazenamento e ao descarregamento completo de produção de hidrogênio a partir dos eletrolisadores.

[00208] Por fim, no caso de descarregamento de produção de hi drogênio a partir de energia renovável, a sequência no esquema de controle inclui: 1) Reduzir o fluxo para o armazenamento de hidrogênio a uma taxa em conformidade com a taxa de descarregamento da produ ção de hidrogênio a partir dos eletrolisadores e interromper o fluxo pa ra o armazenamento quando o descarregamento alcançar certo nível. 2) Uma vez que o fluxo para o armazenamento for inter-rompido, o hidrogênio é retirado do armazenamento para manter um ponto de ajuste específico de fluxo para a usina de amônia.

[00209] Quando a produção de hidrogênio a partir dos eletrolisado- res é suficientemente descarregada e o inventário de hidrogênio se torna baixo, o fluxo para a usina de amônia pode ser reduzido à taxa permissível (por exemplo, a 3%/min) até o esgotamento do armaze-namento.

[00210] É observado que 1) e 2) acima são alcançados por um con-trolador de faixa dividida. Ademais, devido à alteração significativa em dinâmicas de processo, o escalonamento de ganhos é embutido no controlador de faixa dividida. MÉTODO

[00211] A Figura 4 mostra um método de acordo com uma modali dade. Em modalidades, é fornecido um método de controle de forne- cimento de um gás de insumo de uma instalação de produção de gás industrial para um processo a jusante. Pelo menos algumas etapas do método são executadas por pelo menos um processador de hardware.

[00212] A instalação de produção de gás industrial (que, em moda-lidades, pode ser uma usina de produção de hidrogênio) é operável para fornecer um gás de insumo de uma instalação de gás industrial para um processo a jusante. A instalação de gás industrial compreen de uma usina de produção de gás industrial operável para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento pa ra o processo a jusante, e um recurso de armazenamento de gás ope- rável para armazenar gás de insumo produzido.

[00213] Em modalidades específicas, a usina de produção de gás industrial é alimentada por uma rede de energia que inclui uma ou mais fontes de energia renovável e compreende uma linha de alimen tação que tem uma saída de fornecimento para o processo a jusante e um recurso de armazenamento de gás que tem uma linha de alimen tação de armazenamento de entrada e uma linha de alimentação de armazenamento de saída, cada uma em comunicação fluida com a linha de alimentação para formar um ciclo de alimentação de armaze namento entre as mesmas.

[00214] Na etapa 300, o gás de insumo é fornecido a partir da insta lação de produção de gás industrial para a linha de alimentação para o processo a jusante a uma taxa de produção e pressão de produção variáveis com o tempo. Em modalidades, a taxa e a pressão de produ ção podem ser dependentes, pelo menos em parte, da energia dispo nível a partir da rede de energia. Em modalidades, essa rede de ener gia pode incluir um ou mais recursos renováveis.

[00215] Na etapa 310, a pressão de gás de insumo para forneci mento para o processo a jusante é determinada. Isso pode ser medido em qualquer posição adequada a montante do processo a jusante. Em modalidades, isso pode ser determinado na linha de alimentação. Em modalidades, pode ser determinado na ou adjacente à saída de forne-cimento da linha de alimentação para o processo a jusante.

[00216] Na etapa 320, um sistema de controle é usado para contro lar seletivamente um fluxo de gás de insumo da linha de alimentação para o recurso de armazenamento de gás ou do recurso de armaze namento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante a uma pressão predeterminada do ponto de ajuste.

[00217] Em outras palavras, o fluxo de gás para/a partir do recurso de armazenamento de gás é usado para ajustar a pressão do gás de insumo para alcançar uma pressão de ponto de ajuste selecionada. A pressão de ponto de ajuste selecionada é, em modalidades, uma constante.

[00218] Na etapa 330, uma taxa de fluxo de gás de insumo para o processo a jusante é seletivamente controlada em dependência de pe lo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás. O valor da taxa de fluxo de ponto de ajuste selecionada é seleci onado em dependência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás. O parâmetro operacional pode ser pressão de gás no recurso de armazenamento de gás, que fornece uma indicação dos recursos de gás disponíveis no recurso de armaze namento.

[00219] Embora a invenção tenha sido descrita com referência às modalidades preferenciais representadas nas Figuras, será evidente que várias modificações são possíveis dentro do espírito ou escopo da invenção como definida nas seguintes reivindicações.

[00220] Por exemplo, embora as presentes modalidades tenham sido descritas em relação a uma usina de amônia como um processo final a jusante, a presente invenção é aplicável a qualquer outra forma adequada de usina de gás industrial que utilize, pelo menos em parte, energia renovável. Por exemplo, a usina de gás industrial ou complexo de gás pode ser uma instalação de produção de metanol. Outras alter-nativasficarão evidentes para alguém com habilidade comum na téc nica.

[00221] A título de exemplo adicional, embora as modalidades aci ma se refiram a usinas de produção de gás industrial que têm taxas de produção variáveis e pressões de produção variáveis resultantes, pelo menos em parte, de um fornecimento de energia variável que compre-ende uma ou mais fontes de energia renovável, esse não precisa ser o caso.

[00222] Alternativa ou ainda, as taxas de produção variáveis e pressões de produção variáveis podem resultar de outros cenários ou estratégias. Por exemplo, uma usina de produção de gás industrial po de funcionar a uma taxa superior durante períodos fora do pico de energia do que durante períodos de pico. Como um exemplo adicional, elementos da usina de produção de gás industrial (por exemplo, eletro- lisadores de hidrogênio) podem ficar off-line para reparos ou manuten ção, causando uma redução na taxa e pressão de produção. Como um exemplo ainda adicional, a variabilidade de energia pode ser devido a outros fatores, como eventos naturais ou atividade local (por exemplo, cortes de energia).

[00223] No presente relatório descritivo e nas reivindicações, o ter mo "usina de gás industrial" pretende se referir às usinas de processo que produzem, ou são envolvidas na produção de gases industriais, gases comerciais, gases medicinais, gases inorgânicos, gases orgâni cos, gases combustíveis e gases combustíveis ecológicos na forma gasosa, liquefeita ou comprimida.

[00224] Por exemplo, o termo "usina de gás industrial" pode incluir usinas de processo para a produção de gases como aqueles descritos em NACE classe 20.11 e que incluem, não exaustivamente: gases elementares; ar líquido ou comprimido; gases refrigerantes; gases in-dustriais mistos; gases inertes como dióxido de carbono; e gases iso- lantes. Ademais, o termo "usina de gás industrial"também pode incluir usinas de processo para a produção de gases industriais em NACE classe 20.15 como amônia, usinas de processo para a extração e/ou produção de metano, etano, butano ou propano (NACE classes 06.20 e 19.20) e produção de combustíveis gasosos como definido por NA CE classe 35.21. O supracitado foi descrito em relação ao sistema eu ropeu NACE, porém, se destina a cobrir classes equivalentes sob as classificações Norte Americanas SIC e NAICS. Além disso, a lista aci-maé não limitante e não exaustiva.

[00225] Neste relatório descritivo, exceto se indicado expressamen te de outro modo, a palavra "ou"é usada no sentido de um operador que retorna um valor verdadeiro quando qualquer uma ou ambas das condições indicadas são satisfeitas, em oposição ao operador "exclu sivo ou", que exige somente que uma das condições seja satisfeita. A palavra "compreende"é usada no sentido de "inclui", em vez de signi-ficar"consiste em".

[00226] Na discussão de modalidades da presente invenção, as pressões fornecidas são pressões absolutas, exceto se indicado de outro modo.

[00227] Todos os ensinamentos anteriores acima são aqui incorpo rados no presente documento a título de referência. Nenhum reconhe cimento de qualquer documento publicado anteriormente no presente documento deve ser tomado como uma admissão ou representação de que o ensinamento do mesmo foi conhecimento geral comum na Austrália ou em outro lugar na data do mesmo.

[00228] Onde aplicável, várias modalidades fornecidas pela presen te invenção podem ser implementadas com o uso de hardware, sof tware ou combinações de hardware e software. Além disso, onde apli cável, os vários componentes de hardware e/ou componentes de sof tware apresentados no presente documento podem ser combinados em componentes compósitos que compreendem software, hardware e/ou ambos sem que se afaste do espírito da presente invenção. Onde aplicável, os vários componentes de hardware e/ou componentes de software apresentados no presente documento podem ser separados em subcomponentes que compreendem software, hardware ou ambos sem que se afaste do escopo da presente invenção. Além disso, onde aplicável, é contemplado que componentes de software possam ser implementados como componentes de hardware e vice-versa.

[00229] Software, de acordo com a presente invenção, como código de programa e/ou dados, pode ser armazenado em um ou mais meios legíveis por computador. É contemplado ainda que software identifica do no presente documento pode ser implementado com o uso de um ou mais computadores de propósito geral ou propósito específico e/ou sistemas de computador, com rede e/ou de outro modo. Onde aplicá vel, a ordem de várias etapas descritas no presente documento pode ser alterada, combinada em etapas compósitas e/ou separada em su betapas para fornecer recursos descritos no presente documento.

[00230] Embora várias operações tenham sido descritas no presen te documento em termos de "seções", "instalações", "módulos", "uni dades" ou "componentes", observa-se que esses termos não são limi tados a unidades ou funções singulares. Ademais, funcionalidade atri buída a algumas das seções, instalações, módulos ou componentes descritos no presente documento podem ser combinadas e atribuídas a menos módulos ou componentes. Ainda , embora a presente inven ção tenha sido descrita com referência a exemplos específicos, tais exemplos se destinam a ser somente ilustrativos, e não se destinam a limitar a invenção. Será evidente àqueles versados na técnica que al-terações, adições ou exclusões podem ser feitas às modalidades reve-ladas sem que se afaste do espírito e escopo da invenção. Por exem plo, uma ou mais porções de métodos descritos acima podem ser rea lizadas em uma ordem diferente (ou simultaneamente) e ainda alcan çar resultados desejáveis.

Claims

1. Método de controle do fornecimento de um gás de insu mo de uma instalação de gás industrial para um processo a jusante, em que a instalação de gás industrial compreende: uma usina de pro dução de gás industrial operável para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento ao processo a jusan te; e um recurso de armazenamento de gás operável para armazenar gás de insumo produzido, sendo o método caracterizado pelo fato de que compreende: a) determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusante; b) controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de armazenamento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante a uma pressão prede-terminada do ponto de ajuste ; e c) controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâ metro operacional do recurso de armazenamento de gás.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma primeira válvula está localizada em uma linha de alimentação de entrada a partir da linha de alimentação para o recurso de armazenamento de gás e uma segunda válvula está localizada em uma linha de alimentação de saída a partir do recurso de armazena mento de gás para a linha de alimentação, e em que a etapa b) com preende ainda controlar, com o uso do sistema de controle, a primeira e a segunda válvulas para controlar o fluxo de gás para dentro e para fora do recurso de armazenamento de gás.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle compreende um controlador de pressão e a etapa b) compreende ainda utilizar o controlador de pres são para controlar a primeira e a segunda válvulas em resposta a uma diferença entre a pressão determinada e a pressão predeterminada do ponto de ajuste do gás de insumo na linha de alimentação para o pro-cesso a jusante.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o controlador de pressão compreende um controlador de faixa dividida e a etapa b) compreende controlar, com o controlador de faixa dividida, a primeira e/ou a segunda válvula em resposta a um valor de saída do controlador de faixa dividida.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a aplicação de escalonamento de ganhos ao controlador de faixa dividida, de modo que o ganho de res-posta de controle do controlador de faixa dividida seja diferente para cada uma das primeira e segunda válvulas.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro operacional do recurso de armazena mento de gás compreende um ou mais dentre: pressão de gás; pres são de gás média no recurso de armazenamento; massa de gás no recurso de armazenamento; taxa de alteração de pressão de gás no recurso de armazenamento; e/ou taxa de alteração de massa de gás no recurso de armazenamento.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa c) compreende ainda: d) determinar o valor do parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás; e) selecionar uma taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste do gás de insumo para o processo a jusante em dependência do valor determinado; e f) controlar uma ou mais válvulas na linha de alimentação em resposta à taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste seleci onada.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a etapa e) compreende ainda selecionar a taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste a partir de uma memória ou tabela de consulta em resposta ao valor determinado do parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que, subsequente à etapa e), compreende ainda: g) repetir iterativamente as etapas d) a f) e se o valor de uma nova taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecionada for diferente do valor anterior de um fluxo de alimentação de ponto de ajuste selecionado em uma iteração anterior, então, o método com preende ainda: h) variar a taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste entre o valor anterior e o novo valor ao longo de um período de tempo pré-selecionado.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-dopelo fato de que a pressão de ponto de ajuste selecionada é uma pressão constante.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-dopelo fato de que a usina de produção de gás industrial é alimenta da, pelo menos em parte, por uma rede de fornecimento de energia que inclui uma ou mais fontes de energia renovável, em que a rede de fornecimento de energia tem um nível de energia disponível que é va riável ao longo do tempo, e em que a taxa de produção de gás de in sumo da usina de produção de gás industrial é variável, pelo menos em parte, em resposta ao nível de energia disponível da rede de for-necimento de energia.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-dopelo fato de que a usina de produção de gás industrial compreende uma usina de produção de hidrogênio e o processo a jusante compre ende um processo de produção de amônia.

13. Sistema para controlar o fornecimento de um gás de insumo de uma instalação de gás industrial para um processo a jusan te, em que a instalação de gás industrial compreende: uma usina de produção de gás industrial operável para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para fornecimento ao processo a jusan te; e um recurso de armazenamento de gás operável para armazenar gás de insumo produzido, sendo o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: um controlador de pressão configurado para: determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusante; e controlar um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de armazenamento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante a uma pressão predeterminada do ponto de ajuste; e um controlador de fluxo configurado para controlar uma ta xa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracteri-zadopelo fato de que o controlador de pressão compreende um con-trolador Proporcional-Integral.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracteri-zadopelo fato de que o controlador de pressão compreende um con-trolador de faixa dividida configurado para gerar um valor de saída de faixa dividida e configurado para controlar uma pluralidade de válvulas em resposta ao valor de saída de faixa dividida.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracteri-zadopelo fato de que o controlador de faixa dividida compreende es-calonamento de ganhos, de modo que o ganho da resposta de contro le do controlador de faixa dividida seja diferente para cada uma das válvulas.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracteri-zadopelo fato de que o parâmetro operacional do recurso de armaze-namento de gás compreende um ou mais dentre: pressão de gás; pressão de gás média no recurso de armazenamento; massa de gás no recurso de armazenamento; taxa de alteração de pressão de gás no recurso de armazenamento; e/ou taxa de alteração de massa de gás no recurso de armazenamento.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracteri-zadopelo fato de que é configurado ainda para: determinar o valor do parâmetro operacional do recurso de armazenamento de gás; selecionar uma taxa de fluxo de alimentação de ponto de ajuste do gás de insumo para o processo a jusante em dependência do valor determinado; e controlar, com o uso do controlador de fluxo, uma ou mais válvulas na linha de alimentação em resposta à taxa de fluxo de ali-mentação de ponto de ajuste selecionada.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracteri-zadopelo fato de que uma seção de compressão está localizada a jusante da usina de produção de gás industrial para comprimir o gás de insumo produzido.

20. Meio de armazenamento legível por computador carac-terizadopelo fato de que armazena um programa de instruções exe-cutáveis por uma máquina para realizar um método de controle do for-necimento de um gás de insumo de uma instalação de gás industrial para um processo a jusante, sendo que a instalação de gás industrial compreende: uma usina de produção de gás industrial operável para produzir um gás de insumo a uma taxa de produção variável para for-necimento para o processo a jusante; e um recurso de armazenamen to de gás operável para armazenar gás de insumo produzido, sendo que o método compreende: a) determinar a pressão de gás de insumo em uma linha de alimentação para o processo a jusante; b) controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, um fluxo de gás de insumo a partir da linha de alimentação para o recurso de armazenamento de gás ou a partir do recurso de armazenamento de gás para a linha de alimentação em resposta à pressão determinada a fim de regular a pressão do gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante a uma pressão prede-terminada do ponto de ajuste; e c) controlar seletivamente, com o uso de um sistema de controle, uma taxa de fluxo de gás de insumo na linha de alimentação para o processo a jusante em dependência de pelo menos um parâ metro operacional do recurso de armazenamento de gás.