CN115478285A - 用于在混合压缩系统中对氢气进行压缩的工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

在“混合”多级压缩系统的出口处获得并且维持由对水进行电解产生的经压缩氢气的稳定排放压力，“混合”多级压缩系统包括至少第一区段和在第一区段下游的另一区段，第一区段包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机至少部分由从至少一种可再生能源产生的电力提供动力，其中另一区段包括至少一个往复式压缩机。

Description

用于在混合压缩系统中对氢气进行压缩的工艺和设备
技术领域
本发明涉及在可再生能源(即“绿色”氢气)的上下文中通过电解生成的氢气的压缩。本发明特别涉及在多级压缩系统的出口处实现和维持稳定的排放压力的方法，由此所述系统至少部分由从至少一个可再生能源产生的电力提供动力。
背景技术
通常，消耗经压缩氢气的下游工艺完全由从常规能源(例如现场汽油、柴油或氢动力的产生器、燃料电池)产生的电力或者取自当地或国家电网或这些源的组合的电力提供动力。在这种情况下，下游工艺以最大容量运行，以生成最高可能良率的产品。
然而，由一种或多种可再生能源产生的电力提供动力的下游工艺可能涉及进行被斜升或斜降以适应来自所述可再生能源的功率可用性的改变的装备。
这样一来，下游工艺可以通过以这样一种方式配置而简化，即对于进给到所述下游工艺的氢气的进给压力的变化有严格的公差。一般来说还优选在稳定的进给压力下供应氢气，以简化下游工艺的操作。因此，本发明人已经认识到，期望一种多级压缩系统，其生成具有稳定的排放压力的经压缩氢气，所述经压缩氢气将被进给到所述下游工艺，多级压缩系统还能够由可再生能源产生的电力提供动力，并且能够以成本有效和空间高效的方式对通过电解生成的大量氢气进行压缩。
此外，在此上下文中，可以设想整个工艺的其它步骤，例如与氢生成相关联的步骤(例如电解)也可以由可再生能源提供动力，并且因此期望一种多级压缩系统，所述多级压缩系统通过设计成适应生成的氢气的水平变化的系统有效地进行操作。
CN211040479U是关于炼油厂中干燥氢气压缩的文件。此文献公开了各种类型的压缩的组合，包括串联和/或并联布置的离心式和容积式压缩机。
目前，发明人不知道在对通过电解生成的湿氢气进行压缩的上下文中和可再生能源的上下文中解决上述问题的任何现有技术。
附图说明
现在将仅通过实例并且参考图来描述本发明，在图中：
图1是本发明实例的简化流程图。
具体实施方式
工艺
根据本发明的第一方面，提供一种为至少一个下游工艺中的消耗供应氢的工艺，所述工艺包括：
通过对水进行电解而生成氢气；
在包括第一区段和所述第一区段下游的另一区段的多级压缩系统中对所述氢气进行压缩，以生成经压缩氢气；以及
将所述经压缩氢气进给到所述下游工艺，
其中所述多级压缩系统的所述第一区段包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机由至少部分从至少一个可再生能源产生的电力提供动力，所述离心式压缩机或每个离心式压缩机由专用变频驱动器驱动，并且
其中所述多级压缩系统的所述另一区段包括至少一个往复式压缩机。
在本发明实施例的以下讨论中，除非另有说明，否则给出的压力是绝对压力。
容积式压缩机(例如往复式压缩机)通常用于工业工艺中对氢气进行压缩。这种类型的压缩机通过将连续体积的气体限制在封闭空间内来工作，例如通过使用由曲轴驱动的活塞来以高压输送气体。
容积式压缩机(例如往复式压缩机)的性能对于极低分子量和高分子量的气态介质通常是一致的。因此，这种类型的压缩机适用于各种气体，尤其适用于对氢气的压缩。因此，容积式压缩机(例如往复式压缩机)在对氢气进行压缩的现有工业工艺中普遍存在。
然而，这些类型的压缩机不是处理大量气体的首选。为此，由于这些类型的压缩机的结构，必须并行使用大量的压缩机。这导致相当大的资本支出和运营成本。
容积式压缩的替代方法是离心式压缩。离心式压缩机是动态压缩机的一种，其中气体通过使叶片或叶轮旋转(所述叶片或叶轮将速度传递给气体)的机械作用被压缩。气体通常从叶轮的中心处进入并且在旋转运动下被推出到径向边缘，从而以高速输送气体，冲击外壳。气体的速度被转换成静压力以输送高压气体。这些类型的压缩机通常更适合于以较低的成本处理大量的气体。
然而，这些压缩机通常不适于对低分子量气体(例如氢气)进行压缩。这是因为由于气体密度较低，更难建立足够的离心力，使得高压压缩更加困难。通常，为了在离心式压缩系统中对低分子量气体进行压缩，这种系统必须设计有更多串联的叶轮以适应降低的气体密度。这种设计大大增加了压缩系统的成本，并且由于这种系统固有的机械限制，这种设计是不期望的。
此外，对于离心式压缩，压力比(对于特定的压缩阶段，排放压力除以进气压力)对被压缩气体的分子量高度敏感，并且取决于被压缩气体的分子量。因此，气体分子量的变化可能导致排放压力低于预期。
当对“湿的”即含有水蒸气的气体(例如已通过对水进行电解而生成的氢气)进行压缩时，这尤其是个问题。湿氢气的表观分子量最初高于干氢气，并且随着水蒸气的去除，例如由于冷却或纯化，此分子量将降低。
因此，从通过电解生成的氢气去除水蒸气继而会导致排放压力降低。发明人已经发现，这个问题在系统中特别普遍，在系统中，经压缩氢气在压缩级周围被冷却和循环，或者被冷却和/或纯化，并且然后从存储器被进给到压缩级。
离心式压缩机的性能也容易受到电频率变化的影响。特别地，来自可再生能源的电输出将在设定的电频率下进行操作，所述电频率可以是固有可变的，例如电频率可以是60Hz，但是在操作期间从大约57.0Hz到62.5Hz变化。这种频率变化将反映在离心式压缩机的叶轮的马达速度中，并且继而反映在排放压力中，排放压力与马达速度变化率的平方成比例。
举例来说，在仅具有离心式压缩的多级压缩系统中，电频率从60Hz到58Hz的下降会将压缩机流量降低到大约96.7％，并且将排放压力从30巴降低到大约28巴。因此，电频率的变化可能导致排放压力低于下游工艺期望的进给压力。在下游工艺要求稳定的进给压力的情况下，这并不理想。
因此，可以看出，离心式压缩不太可能用于对由电解生成并且由可再生能源产生的电力提供动力的氢气的压缩。
然而，本发明人在本文中设计出一种多级压缩系统，所述多级压缩系统利用了这两种类型的压缩各自的优点，同时减轻了它们各自的缺点，这将在下面更详细地解释。
本发明涉及一种在至少一个下游工艺中供应氢气用于消耗的工艺。
电解
在本发明中，通过对水进行电解而产生氢气。可以使用任何合适形式的水电解，包括碱性水电解和聚合物电解质膜(PEM)水电解。
用于电解的水通常是已经脱盐(可能通过反渗透进行脱盐)以及软化的海水。
电解所要求的电力可以由任何合适的能源产生。然而，在一些优选实施例中，电解所要求的至少一些电力由可再生能源产生，包括风能、太阳能、潮汐能和水电能、或这些能源的组合，特别是风能和太阳能。从这些源产生的电力可用于向电解槽提供动力。
优选地，所述工艺在电解的动力产生方面是独立的。因此，优选使用可再生能源满足电解的全部电力需求。
然而，可以设想，在对来自下游工艺的产品的需求特别高的周期期间和/或在可再生能源仅在满足需求所要求的阈值以下可用或根本不可用的周期期间，由一种或多种可再生能源产生的电力可以由其他源补充。在这些情况下，附加电力可取自现场蓄电池存储器和/或由一台或多台现场汽油、柴油或氢动力的产生器(包括燃料电池)产生，和/或取自当地或国家电网。
电解可以以任何合适的规模施行，在一些情况下总容量1吉瓦(GW)。然而，在优选实施例中，电解具有至少1吉瓦(GW)的总容量。在一些实施例中，电解具有每个离心压缩机至少300MW，例如至少400MW的容量。电解的最大总容量仅受实际考虑的限制，例如从可再生能源产生足够的功率来为多个电解槽提供动力。因此，电解可以具有约10GW或更大的最大总容量。电解的总容量可以是例如从1GW到约5GW，例如从约1.5GW到约3GW。
氢气通常在略高于大气压的压力(例如约1.3巴)下通过电解产生。然而，在一些实施例中，电解在稍高的压力(例如高达约3巴)下产生氢气。
因此，氢气经常在从大气压到约3巴，优选从大气压到约1.5巴，例如约1.1巴的压力下被进给到多级压缩系统。
在一些实施例中，由电解槽生成的氢气的量是可变的，并且因此在其中电解生成的氢气不足的周期期间，氢气可从另一源(例如氢存储系统)进给到多级压缩系统，如以下所解释。
纯化
应当理解，对水进行电解生成的氢气将含有杂质。因此，术语“氢气”当在本发明的上下文中使用时是指具有这种杂质的氢气，除非并且直到氢气被纯化。
具体来说，此术语包括通过电解生成的氢气，其通常在40℃被水饱和，并且经常含有一些残余氧气，通常约500ppm(v)到约1000ppm(v)。这些杂质将经常必须去除，这取决于任何下游工艺的公差。
例如，氧对于哈柏工艺中使用的常规催化剂来说是一种毒物。因此，如果压缩氢气拟用于作为氨合成的下游工艺中，则催化剂的进料将包含小于约10ppm，通常小于约5ppm的总氧，即来自任何杂质源例如氧气(O2)、水(H2O)、一氧化碳(CO)和/或二氧化碳(CO2)的氧原子。因此，进料也将是干的，即不超过1ppm的水。
使用常规“灰色”氢(即，源自烃或含碳进料流的氢，没有捕获二氧化碳，例如通过重整天然气)或“蓝色”氢(即，以与灰色氢相同的方式获得的氢，但是其中一些或所有与生成相关联的二氧化碳被捕获)的下游工艺，例如精炼厂，对氧气和水具有相似的耐受性。
在一些实施例中，经压缩氢气可在进给到下游工艺的上游被纯化。
例如，经压缩氢气中的残余氧气可以通过氢气中的一些氢气的催化燃烧转化成水，以生成贫氧的经压缩氢气(含有不超过1ppm的O2)，此然后可以将其干燥以生成干燥的经压缩氢气(含有不超过1ppm的水)，用于下游工艺。
混合压缩系统
本发明的工艺包括在多级压缩系统中对氢气进行压缩以生成经压缩氢气的步骤，多级压缩系统包括第一区段和所述第一区段下游的另一区段。
多级压缩系统是混合系统，负责将氢气从电解所产生氢气的压力压缩到一般来说至少比下游工艺的进给压力稍高的高压。
本文中使用的术语“混合系统”意指在第一区段中使用离心式压缩和在所述第一区段下游的另一区段中使用往复式压缩的组合的系统。
容易理解的是，“多级”压缩系统具有多个压缩级，这些压缩级可以在并联和/或串联的压缩机之间分开。每一级的总压力比通常在约1.5至约2.5的范围内，例如约2至约2.5，以便限制压缩气体温度的升高。在一些实施例中，多级压缩系统包括一级到八级，优选一级到三级，例如两级压缩。
在多级压缩系统中，相邻级之间通常需要冷却器(“中间冷却器”)，并且最终级之后通常需要冷却器(“后冷却器”)，以从压缩气体中移除压缩热。因此，在本发明的上下文中，压缩的“级”是指冷却器之间的压缩系统部分。
多级压缩系统包括至少两个压缩区段，第一区段和所述第一区段下游的另一区段。本上下文中的压缩“区段”指的是进料和产品之间的压缩系统部分。每个区段可以包括一个或多个压缩级，以及相关联的冷却器。
氢气在多级压缩系统的至少两个区段中被压缩。在第一区段中，氢气被压缩到第一高压。然后，在另一区段中，经压缩氢气被压缩到最终高压。
在一些优选实施例中，多级压缩系统具有两个区段，并且在第一区段中，氢气被压缩到第一高压，并且在第二部分中，经压缩氢气被进一步压缩到最终高压。
最终高压优选不小于下游工艺所期望的进给压力的5％，更优选不小于2％。最终高压有时可能高于期望的进给压力。
在本发明的上下文中可以使用任何合适数目的压缩机。应当理解，压缩机的总数目取决于整个系统的设计，并且特别是电解槽的总容量。举例来说，对于总电解槽容量为1GW的工艺，多级压缩系统可具有2个压缩机到4个压缩机。技术人员将了解，具有较高总容量的工艺将要求更多数目的压缩机，即，对于具有2GW的总电解器容量的工艺，在多级压缩系统中要求8个压缩机。
在下文的一些例子中，第一区段可被称为“低压”或“LP”区段，且另一区段可被称为“中压”或“MP”区段。
第一区段中的压缩机可以适当地增大，例如增大10％，以适应机器的损失。附加地或可选地，多级压缩系统可以在第一区段或另一区段中包括备用压缩机，备用压缩机将接入以替换相关区段中已经发生故障的另一机器。
在本发明的上下文中，用于多级压缩系统中对氢气的所述压缩的至少一些电力由至少一种可再生能源产生。
合适的可再生能源包括风能、太阳能、潮汐能和水电能、或者这些源的组合，特别是风能和太阳能。
优选地，工艺在压缩机的电力产生方面是独立的。因此，使用可再生能源可以理想地满足多级压缩系统中压缩机的全部电力需求。
然而，可以设想，在对来自下游工艺的产品的需求特别高的周期期间和/或在可再生能源仅在满足需求所要求的阈值以下可用或根本不可用的周期期间，由一种或多种可再生能源产生的电力可以由其他源补充。在这些情况下，附加的电力可以取自现场蓄电池存储器和/或由一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器(包括燃料电池)产生和/或取自本地或国家电网。然而，应该理解，如果可能的话，从不可再生能源补充电力被最小化或完全避免。
从可再生能源产生的电力用于为多级压缩系统的第一区段中的压缩机提供动力，并且优选地还另一区段中的压缩机提供动力。
压缩的第一区段
在本发明的上下文中，“第一区段”可以指初始区段或中间区段，只要它在位于其下游的另一区段的上游并与其流动连通。然而，在优选实施例中，第一区段是多级压缩系统的初始区段。
在一些实施例中，在第一区段中压缩之后，氢气的第一高压可以介于约2巴到约3巴的范围内，例如2.5巴。在其他实施例中，第一高压可以介于约4巴到约6巴的范围内，例如5巴。
根据本发明的多级压缩系统的第一区段包括至少一个离心式压缩机。在优选实施例中，第一区段中的所有压缩机都是离心式压缩机。
在一些实施例中，第一区段包括并联布置的多个离心式压缩机。本领域技术人员将会理解，压缩机的数目将取决于工艺的规模。举例来说，第一区段可以包括2个到10个，或4个到6个并联布置的离心式压缩机。
通过在多级压缩系统的第一区段中使用离心式压缩机，本发明人发现，与现有技术中使用往复式压缩的布置相比，可以以降低的成本对更大量的氢气进行压缩。因此，在第一区段(其中氢气的体积远大于后面的区段)中使用离心式压缩机是特别有益的。离心式压缩机的安装和维护成本也更低，并且需要更简单的基础。
如上所述，离心式压缩通常不适于对低分子量气体，例如氢气(分子量约为2.016g/mol)进行压缩。然而，在本发明的上下文中，离心式压缩机用于对电解生成的氢气进行压缩。从电解中获得的氢气将被水蒸气饱和，并且因此具有比干燥氢气高得多的表观分子量，例如从大约2.45g/mol到3.05g/mol。
发明人还认识到，与另一区段相比，这种氢气在压缩系统的第一区段中将具有更高的表观分子量。这是因为氢气在经过压缩系统时，由于各级之间的中间冷却，去除了越来越多的水蒸气。
因此，本发明人已经发现离心式压缩特别适合于对在本文所述的多级压缩系统的第一区段中通过电解生成的氢气进行压缩，其中氢气的表观分子量较高。这允许更高效的离心式压缩，因为气体的更高密度建立了足够的离心力来提供压缩。
此外，与往复式压缩相比，使用离心式压缩要求更少的空间和更少数目的压缩机。这也简化了制造，因为与往复式压缩机相比，要求更少的级来实现相同的压力升高。
所述离心式压缩机或每个离心式压缩机由至少部分来自至少一个可再生能源的电力提供动力。优选地，使用可再生能源满足多级压缩系统的第一区段中的压缩机的全部电力需求。合适类型的可再生能源与上述的相同。
如上所述，离心式压缩机的叶轮速度(以及因此排放压力比)容易受到来自可再生能源的电频率的微小变化的影响。因此，所述离心式压缩机或每个离心式压缩机也由专用变频驱动器(VFD)驱动。可以使用任何适于调制交流电信号的变频驱动器，例如通过转换成DC信号，然后重新产生交流信号，以提供稳定的频率。这可以通过晶体管作为开关来实现。利用开关允许VFD调节VFD供应到离心式压缩机的马达的频率，此继而控制转子速度。合适类型的VFD包括但不限于电压源逆变器(VSI)、负载换向逆变器(LCI)、电流源逆变器(CSI)或脉宽调制器-电压源逆变器(PWM-VSI)。
通过采用变频驱动器，发明人发现电频率的变化对离心式压缩机的叶轮速度的影响得到减轻。这防止了第一区段的出口处的氢气排放压力下降。此外，变频驱动器的使用节省了功率，并且更加节能，因为它允许相同水平的马达性能，但功耗更低。
压缩的另一区段
所述另一区段位于第一区段的下游，并且与第一区段流体流动连通，即来自第一区段的出口的经压缩氢气产物被进给到下游的另一区段的入口。
由多级压缩系统的另一区段生成的经压缩氢气的最终高压通常将至少稍高于或等于下游工艺的期望进给压力，例如通常为约10巴到约50巴。优选地，经压缩氢气的最终高压为约25巴到约35巴，更优选为约30巴。在其中下游工艺包括氨的合成(例如通过哈柏(或哈柏-博世)工艺)的实施例中，则最终高压为约30巴。
另一区段可以具有一个或多个压缩级，所述一个或多个压缩级可以在并联和/或串联的压缩机之间分开。根据所要求的压力比率，另一区段可以包括1个到7个，例如2个至4个压缩级。
另一区段包括至少一个往复式压缩机。往复式压缩机可以根据曲轴的“行程”或活塞运转的次数来定义。在一些实施例中，另一区段的往复式压缩机或每个往复式压缩机包括4个到12个、优选6个至10个行程。
发明人已经确定，通过在另一区段中使用一个或多个往复式压缩机而不是离心式压缩，提供了一种对具有低分子量的冷却和/或纯化的氢气进行压缩的更加能量高效和成本有效的方式。与实施离心式压缩机的系统相比，实施所述另一区段的往复式压缩机所要求的空间也更小，如以上所解释。往复式压缩机也更适合于对较小体积的气体进行压缩，并且因此特别适合于多级压缩系统的另一区段，所述另一区段包含对具有较小体积气体的压缩的较后级。
在另一区段中使用往复式压缩机是附加有利的，因为当氢气被进一步冷却(或纯化)时，往复式压缩机不容易由于氢气的表观分子量的变化而导致排放压力下降。因此，干燥氢气从存储器进给或循环时，对排放压力没有影响。
此外，与离心式压缩相比，往复式压缩机不会由于电频率的变化而经历排放压力的下降。因此，理想地，另一区段中的往复式压缩机或每个往复式压缩机不由变频驱动器(VFD)驱动，从而节省成本。这是可能的，因为往复式压缩机的排放压力与用于为其提供动力的能源的电频率无关或不依赖于所述电频率。在电频率存在变化的情况下，输出气体的排放流量(通常测量为每单位时间的气体体积，例如m3/h)变化，而不是排放压力变化。因此，在另一区段中使用往复式压缩机的另一个优点是，这在电频率变化期间附加地维持了排放压力。这在下游工艺要求稳定的进给压力时特别有用。
在第一区段中使用离心式压缩进行压缩的氢气被进给到下游的另一区段中的往复式压缩机的入口。
如上所述，有各种因素可影响包括一个或多个离心式压缩机的第一区段的排放压力，例如气体分子量和电频率。因此，第一区段的出口处的氢气的排放压力可能低于另一区段的预期第一高压(进给压力)。
本发明人已附加地认识到，通过在另一区段中使用一个或多个往复式压缩机，可以在不影响多级压缩系统的最终高压的情况下适应第一区段中离心式压缩机的排放压力的这些轻微下降。
往复式压缩机的进给压力下降不会导致排放压力下降，因为后者不依赖于气体的进给压力。相反，当进给压力下降时，这导致往复式压缩机的排放气体流量的下降。这与离心式压缩机形成对比，离心式压缩机的排放压力取决于进气压力。因此，本发明人已惊奇地发现，通过在离心式压缩之后进行往复式压缩，这弥补了离心式压缩期间排放压力的下降。因此，已经发现这种布置特别适合于需要稳定进给压力的下游工艺。
下游工艺
经压缩氢气可以在下游工艺中消耗，或者在平行布置的多于一个下游工艺中消耗。
本发明的一个特别的优点是压缩氢气以稳定的进给压力进给到下游工艺。
在本发明的上下文中，与供给下游工艺的氢气相关的表述“稳定的进给压力”在本文中用于指在下游工艺的期望进给压力的约5％，优选约2％内的压力。
举例来说，在下游工艺涉及氨的生成(例如，通过哈柏(或哈柏-博世))的情况下，期望的进给压力可以是30巴，并且稳定的进给压力可以是约29.4至约30.6巴的任何压力。
下游工艺可以包括目前使用“灰色”氢或“蓝色”氢的任何工艺。这些工艺包括炼油和钢铁制造。
在优选实施例中，至少一些，例如全部的经压缩氢用于通过哈柏(或哈柏-博世)工艺生成氨。在此工艺中，通过氢气与氮气的混合物在铁系催化剂上在高温下(通常在约400℃至约500℃)和高压下(通常在约100巴至200巴的压力范围内)发生反应而生成氨。
在其他实施例中，至少一些，例如全部的经压缩氢气通过低温冷却被液化。在更进一步的实施例中，至少一些，例如全部的经压缩氢气用于生成甲醇。
在更进一步的实施例中，经压缩氢气的第一部分用于生成氨，并且经压缩氢气的第二部分被液化。
下游工艺所要求的电力可以从任何合适的能源产生。然而，在一些优选实施例中，所述下游工艺所要求的电力中的至少一些电力由可再生能源(包括风能、太阳能、潮汐能和水电能、或者这些源的组合，特别是风能和太阳能)产生。从这些来源产生的电力可用于向下游工艺提供动力。
存储氢的返回
使用由可再生能源产生的电力的一个缺点是能源可用性的固有波动。在一些实施例中，在本发明中，这个问题可以通过提供一种系统来解决，所述系统用于收集和存储在生产超过下游工艺的需求的周期期间生成的至少一些、优选全部的过量氢气，并且在需求超过生产的周期期间将存储的氢气分配给所述下游工艺。
在一些实施例中，经压缩氢可以在没有进一步压缩的情况下存储。在这些实施例中，气体在至多为氢在多级压缩系统中被压缩到的压力的最大压力下存储，例如，至多为约下游工艺(其中只有一个)的进给压力或约下游工艺中的一个的进给压力(如果有一个以上)的最大压力。在这样的实施例中，压缩氢可能以高达约25巴到约30巴的区的最大压力存储。
然而，经压缩氢可以在存储前进一步压缩。在这些实施例中，经压缩氢可以在最约200巴、或最约150巴、或最约100巴、或最约90巴、或最约80巴、或最约70巴、或最约60巴、或最约50巴的压力下存储。
在对氢的需求水平超过生产水平的周期期间，经压缩氢从存储器提取并且被减压以生成经减压氢气。可以用任何常规方式降低压力，特别是通过使气体通过阀。
经减压氢气的压力将取决于多级压缩系统中经减压氢气将被加入的点处的压力。
在一些实施例中，经减压氢气可被进给到多级压缩系统的另一区段中的最终级。在这些实施例中，经减压氢气将处于向最终级进料的入口压力处。
在其他实施例中，经减压氢气可被进给到多级压缩系统的中间级。在这些实施例中，经减压氢气将处于向中间级进料的入口压力处。
中间级可以是第一区段内的中间级，或者可以是第一区段下游的另一区段内的初始级。如果存在两个以上的区段，中间阶段可以是所述另一区段下游的任何附加区段内的初始级。在这些实施例中，经减压氢气将处于向相关区段进料的入口压力，即“段间”压力处。
在更进一步的实施例中，经减压氢气可被进给到多级压缩系统的进料端，即初始级。在这些实施例中，经减压氢气将是多级压缩系统的进给压力，例如约1.1巴。
在需求超过生产的周期时期，方法可以包括：
降低从存储器提取的经压缩氢气的压力，以在多级压缩系统的第一级的入口压力(第一中间压力)下生成经减压氢气；以及
将经减压氢气进给到第一级。
在这样的实施例中，一旦存储器中的经压缩氢气的压力下降到约第一级的入口压力，所述方法可以包括：
进一步降低从存储器提取的经压缩氢气的压力，以在多级压缩系统的第一级上游的第二级的入口压力(第二中间压力)下生成经减压氢气；以及
将经减压氢气进给到第二级。
应当理解，在本上下文中，术语“第一级”与“第二级”不是指正常操作期间多级压缩系统中的级在下游方向上的相对位置。相反，所述术语仅旨在反映在需求超过生产的周期期间经减压氢气被进给到多级压缩系统的级的次序。术语“第一中间压力”和“第二中间压力”应该相应地解释为第一中间压力高于第二中间压力。
这些实施例可进一步包括将经减压氢气进给到第一级和第二级上游的多级压缩系统的其它级。在这些进一步的实施例中，从存储器提取的经压缩氢气的压力降低到各个级的入口压力。
在一些优选实施例中，第二级是多级压缩系统的初始级。
应当理解，在其中经减压氢气在第一级之后被进给到第二级的实施例中，当取向第二级的气流开始时，去往第一级的气流停止。一般来说，当经减压氢气开始流向另一个压缩级时，去往给定压缩级的经减压氢气流停止。
在一些优选实施例中，其中在将所述经减压氢气进给到一级的期间，所述级上游的离心式压缩机或者每个离心式压缩机进行操作，使得不生成净压缩氢气。
由于氢气可以从存储器返回到多级压缩系统的第一区段和/或另一区段的中间级和/或初始级，经压缩氢气可以在低到约5巴的最小值，甚至可能低到约1.3巴的最小值的压力下存储。
在其中经压缩氢气在存储之前被进一步压缩的实施例中，另一种选择是，将从存储器提取的经压缩氢气在适当减压后直接进给到下游工艺，直到存储压力下降到所述下游工艺的进给压力。在这一点上，从存储器提取的经压缩氢气的压力将进一步降低，并且经减压氢气被进给到根据本发明的多级压缩系统的一级。然而，这些实施例不是优选的，例如因为高压存储系统的附加资本支出。
在减压的上下文中，术语“合适的”意指考虑到多级压缩系统的级的入口压力，氢气的压力被降低到适当的程度，经减压氢气被进给到所述多级压缩系统。
与仅向下游工艺的进给压力排放的高压氢存储系统相比，本发明通过使用已经存在于工艺中的多级压缩系统，在存储压力下降到低于进给压力时对来自存储器的氢进行再压缩，使得氢的存储体积能够减少。因此，可以继续从存储提取氢，直到存储压力下降到多级压缩系统的进给压力的最小值。
在氢生产由于电解槽缺乏动力而受到限制的周期期间，要求附加的压缩动力，但是在特定时间给定存储压力的情况下，通过以可能的最高压缩机级间压力供应氢，可以将附加的压缩动力最小化。它还允许最大氢存储压力等于或低于下游工艺的进给压力，以消除对存储氢的任何附加压缩要求。
应当理解，相同体积的气体以相同的最大压力存储在相同的存储体积中，并且降低最小存储压力增加了从存储器“可释放”的气体体积，即存储的气体的可用体积。
然而，发明人已经认识到，在生成氢并且然后在多级压缩系统中压缩氢以用于至少一个下游工艺的情况下，可以通过将氢从存储器返回到多级压缩系统中的一级而不是直接返回到下游工艺来增加存储的氢的可释放体积，并且这种布置减少了所述工艺所要求的总存储容器体积。
举例来说，对于给定质量的可释放的氢，与从200巴的最大压力存储到30巴的最小压力相比，从200巴的最大压力存储到1.5巴的最小压力要求少15％的存储容器容积。
类似地，对于给定质量的可释放的氢，从100巴的最大压力到1.5巴的最小压力的存储要求比从100巴的最大压力到30巴的最小压力的存储少30％的存储容器体积。
此外，对于给定质量的可释放的氢，与从最大压力50巴到最小压力30巴的存储相比，从最大压力50巴到最小压力1.5巴的存储要求少60％的存储容器体积。
此外，与不允许存储的30巴到30巴相比，从30巴的最大压力到1.5巴的最小压力的存储是可行的。
此外，尽管总的存储容器体积随着最大存储压力的降低而增加，但是较低的设计压力使得容器壁更薄，并且可以降低存储系统的总资本成本。出于例如可制造性等考虑，容器厚度常常被限制在最大值，并且在这种情况下，较低的设计压力将导致较少的容器(尽管每个容器将更大)。此外，容器的设计的容许应力可以增加到低于特定的容器壁厚，并且如果较低的设计压力允许厚度低于此阈值，则总的容器金属质量(并且因此总成本)可以减少。
应当理解，经压缩氢气将经过间冷和后冷的步骤(可能还有净化，视情况而定)，这样经减压的氢气中水蒸气的含量很少，或者实际上没有水蒸气含量。因此，经减压氢气将具有较低的分子量，例如约2.016g/mol。
如上所述，离心压缩在用于压缩低分子量气体时效率较低，因此，当进入压缩机的氢气与储存的氢气混合或被被储存的氢气替换时，这可能会产生低于预期的排放压力。
本发明的一个特别优点是，当来自储存的经减压氢气被送入多级压缩系统的任何阶段时，最终高压不会下降，因为如果它在另一区段中被进给到往复式压缩阶段，这些类型的压缩机不受进料气的分子量下降的影响。
类似地，多级压缩系统的最终高压没有下降，其中来自储存的经减压氢气被进给到包括一个或多个离心式压缩机的第一区段的任何阶段，因为第一区段的排放压力的小幅下降可以被另一区段的往复式压缩机所容纳。这在多级压缩系统中是不可能的，因为多级压缩中的第一区段和第二区段都是利用离心压缩。
设备
根据本发明的第二方面，提供了一种为至少一个下游工艺中的消耗供应氢气的设备，所述设备包括：
多个电解槽，用于生成氢气；
电力产生系统，用于从至少一种可再生能源产生电力；
多级压缩系统，用于对氢气进行压缩，所述多级压缩系统包括进料端、第一区段、所述第一区段下游的另一区段和出口端，所述进料端与所述多个电解槽流体流动连通；
用于消耗经压缩氢气的至少一个下游处理单元，所述下游处理单元与所述多级压缩系统的所述出口端流体流动连通；
其中所述多级压缩系统是混合系统，在所述混合系统中，所述第一区段包括至少一个离心式压缩机，并且所述另一区段包括至少一个往复式压缩机，并且
其中所述离心式压缩机或每个离心式压缩机至少部分由来自所述电力产生系统的电力提供动力，并且由专用变频驱动器驱动。
电解槽
对水进行电解是由多个电解单元或“胞元”提供。每个单元或胞元可以被称为“电解槽”。
所述多个电解槽通常具有至少1GW的总容量。电解槽的最大总容量仅受实际考虑因素限制，例如，从可再生能源产生足够的功率来为所述多个电解槽提供动力。因此，电解槽可具有10GW或更大的最大总容量。进行电解的电解槽的总容量可以从1GW到5GW，例如从约1.5GW到约3GW。
所述多个电解槽经常由大量(例如数百个)组合成“模块”的单个胞元组成，所述模块还包括工艺装备，例如泵、冷却器和/或分离器等，并且这些模块组通常布置在单独的构件中。
每个模块通常具有至少10MW(例如20MW)的最大容量，并且每个构件通常具有至少100MW(例如400MW)的总容量。
本发明可以使用任何合适类型的电解槽。在这点上，有三种传统类型的电解槽——碱性电解槽、PEM电解槽和固体氧化物电解槽——并且这些类型的电解槽中的每一种在理论上都适用于本发明。
碱性电解槽通过以下方式进行操作：将氢氧根离子(OH-)通过电解质从阴极输送到阳极，以在阴极侧上产生氢。使用氢氧化钠或氢氧化钾的液体碱性溶液作为电解质的电解槽是市场上可买到的。商用碱性电解槽通常在介于约100℃到约150℃的温度范围内进行操作。
在PEM电解槽中，电解质是固体塑料材料。水在阳极处发生反应以形成氧和带正电荷的氢离子。电子流过外部电路，并且氢离子选择性地穿过PEM到达阴极。在阴极处，氢离子与来自外部电路的电子结合以形成氢气。PEM电解槽通常在约70℃到约90℃的温度范围内进行操作。
固体氧化物电解槽使用固体陶瓷材料作为电解质，在高温下选择性地传导带负电的氧离子(O2-)。阴极处的水与来自外部电路的电子结合，以形成氢气和带负电的氧离子。氧离子穿过固体陶瓷膜并且在阳极处发生反应以形成氧气并且为外部电路产生电子。固体氧化物电解槽必须在足够高的温度下进行操作，以使固体氧化物膜正常工作，例如在约700℃到约800℃下。
由于较低的操作温度，通常优选使用碱性电解槽和/或PEM电解槽。
所述多个电解槽可布置成至少两个平行群组。在这些实施例中，设备包括：
第一集管，从每个群组中的每个电解槽收集氢气；以及
第二集管，从第一集管收集氢气并且将氢气进给到多级压缩系统的进料端；
在一些实施例中，其中设备还包括用于存储经压缩氢气的存储系统，设备还包括用于在适当减压后将经压缩氢气从存储系统进给到第二集管的导管。
用于压缩的电力产生系统
用于压缩的电力由至少一种可再生能源(例如风能和/或太阳能)产生。
在其中将风能用于产生电力的实施例中，电力产生系统将包括多个风力涡轮机。在其中将太阳能用于产生电力的实施例中，电力产生系统将包括多个光伏电池或“太阳能电池”。
一些实施例将包括多个风力涡轮机和多个光伏电池。
表述“导电通信”将被理解为意指将使用适当的电线和/或电缆，连同任何其他相关装备，从而以安全和高效的方式将电力产生系统与所述压缩机或每个压缩机连接。
在本发明的上下文中，所述离心式压缩机或每个离心式压缩机也由专用变频驱动器驱动。可以使用本文中已经提到的适于调制AC电信号的任何变频驱动器，例如通过在再生AC信号之前将其转换成DC信号，以提供稳定的电频率。
在一些优选实施例中，电力产生系统还产生用于电解的电力。
多级压缩系统
如上所述，多级压缩系统包括多个级，其压缩比率通常在约2至约2.5的范围内。中间冷却器通常设置在相邻的级之间，并且在最终级之后可能要求后冷却器。
多级压缩系统的级也布置在至少两个压缩区段中，第一区段和所述第一区段下游的另一区段。
第一区段包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机由至少部分从至少一个可再生能源产生的电力驱动，所述离心式压缩机或每个离心式压缩机由专用变频驱动器驱动。所述另一区段包括至少一个往复式压缩机，优选也由至少部分从至少一个可再生能源产生的电力提供动力。
每个区段可以包括一个或多个压缩级，以及相关联的冷却器。还可以在每个压缩级的上游包括相分离器，以从待压缩的氢气除去液体。对于LP离心式压缩机，相分离器经常会作为一个单独的单元合并到中间冷却器中，以潜在地实现资本和电力的利益，并简化系统。
在具体实施例中，多级压缩系统具有两个区段，第一(低压或“LP”)区段将氢气从多级压缩系统的进给压力压缩到第一高压，并且另一(中压或“MP”)区段将氢气从第一高压压缩到下游工艺所期望的最终高压。
LP区段可以具有一个或多个，例如两个压缩级，并且MP段可以具有一个或多个，例如2个或3个压缩级。
举例来说，对于总电解槽容量为1GW的工艺，多级压缩系统可根据要求具有5个到15个压缩机，例如7个到13个压缩机或9个到11个压缩机。本领域技术人员将了解，总容量更高的工艺将要求更多数目的压缩机。
LP区段中的压缩机可适当加大，例如加大10％，以适应机器的损耗。附加地或可选地，多级压缩系统可以在LP或MP区段中包括备用压缩机，备用压缩机将接入以替换相关区段中已经发生故障的另一个机器。
纯化系统
在一些实施例中，其中存在不能忍受由对水进行电解而生成的经压缩氢气中固有存在的水和氧气的水平的下游工艺，设备可以包括其中将经压缩氢气纯化的纯化系统。
纯化系统通常包括“脱氧”单元，其中通过氢气的催化燃烧除去氧气，以生成水和贫氧的经压缩氢气。
贫氧的气体然后可以在干燥器(例如吸附单元，例如变温吸附(TSA)单元)中进行干燥，以生成用于下游工艺的干燥的经压缩氢气。
下游处理单元
在一些实施例中，可存在下游处理单元，下游处理单元可以是利用氢气作为给料的任何单元。
合适的下游处理单元的示例包括炼油器具、钢铁制造器具、氨合成器具或氢液化器具。在一些实施例中，氨合成器具与氢液化器具并行布置。
在特别优选的实施例中，下游处理单元包括氨合成器具(例如使用哈柏(哈柏-博世)工艺)和/或甲醇合成器具(例如使用CO2加氢)。
控制系统
在一些实施例中，设备包括控制系统，所述控制系统不仅控制从多级压缩系统到存储系统的经压缩氢的压力和流量，例如在氢生产超过需求的周期期间，而且控制去往多级存储系统的经压缩氢气的压力和流量，例如在氢需求超过生产的周期期间。
在一些实施例中，控制系统将简单地寻求维持下游工艺的下游集管中的氢气的压力。因此，为了连续地向下游工艺提供给定量的氢，压力控制器将维持处于进给下游工艺的排放集管上。
如果排放集管中的压力超过所要求的进给压力(例如，因为可用的氢多于下游工艺消耗的气体)，则可通过打开通往存储器的进料管线中的阀来释放压力。
一旦排放集管中的压力下降到所要求的进给压力，则通往存储器的进料管线中的阀将关闭。
如果排放集管中的压力下降到所要求的进给压力以下(例如，因为可用的氢比下游工艺消耗的气体少)，则通过打开从存储到多级压缩系统中的第一级的第一返回管线中的阀来增加压力。
第一返回管线中的阀将保持打开，直到排出集管中的压力超过所要求的进给压力，表明氢生产水平已经回到所要求的水平，此时阀将关闭，或者直到存储容器中的压力下降到约由第一返回管线进给的多级压缩系统的第一级的入口压力。
在后一种情况下，不仅关闭第一返回管线中的阀，而且打开从存储器到多级压缩系统中的第二级(第一级的上游)的第二返回管线中的阀，以便继续将氢从存储器进给回下游工艺。
这种控制系统可以被称为“分程”控制系统。
存储系统
在一些实施例中，设备包括用于存储经压缩氢气的存储系统。在这样的实施例中，所述存储系统与所述多级压缩系统的所述出口端和所述多级压缩系统的至少一个压缩级流体流动连通。
存储系统通常包括连接到公共入口/出口集管的多个压力容器和/或管道段。
压力容器可以是球形的，例如直径高达约25m，或者是“子弹形的”，即直径高达约12m的具有大L/D比率(通常高达约12∶1)的卧式容器。
如果场地的地质条件允许，也可以使用盐丘。
水源
本发明的这些实施例可以使用任何合适的水源。然而，在其中使用海水生成用于电解的水的实施例中，设备将进一步包括至少一个用于海水脱盐和软化的单元(或器具)。
方面
本发明的方面包括：
#1.一种为至少一个下游工艺中的消耗供应氢的工艺，所述工艺包括：
通过对水进行电解而生成氢气；
在包括第一区段和所述第一区段下游的另一区段的多级压缩系统中对所述氢气进行压缩，以生成经压缩氢气；以及
将所述经压缩氢气进给到所述下游工艺，
其中所述多级压缩系统的所述第一区段包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机由至少部分从至少一个可再生能源产生的电力提供动力，所述离心式压缩机或每个离心式压缩机由专用变频驱动器驱动，并且
其中所述多级压缩系统的所述另一区段包括至少一个往复式压缩机。
2.根据#1所述的工艺，其中所述经压缩氢气中的至少一些经压缩氢气用于在所述下游工艺中生成氨。
3.根据#1所述的工艺，其中在所述第一区段内氢气被压缩到第一高压，并且其中在所述另一区段内经压缩氢气被进一步压缩到另一高压。
4.根据#1所述的工艺，其中所述多级压缩系统具有两个区段，并且在所述第一区段内氢气被压缩到第一高压，并且在所述第二区段内经压缩氢气被进一步压缩到最终高压。
5.根据#1所述的工艺，其中所述氢气在从大气压到3巴，优选从大气压到1.5巴的进给压力下被进给到所述多级压缩系统。
7.根据#1所述的工艺，其中由所述多级压缩系统生成的所述经压缩氢气具有从10巴到50巴的压力。
8.根据#1所述的工艺，其中所述第一区段包括1级到4级的离心式压缩，并且所述另一区段包括1级到7级的往复式压缩。
9.根据#1所述的工艺，其中所述第一区段包括并联布置的1个到7个离心式压缩机，并且所述另一区段包括并联布置的从1个到5个往复式压缩机。
10.根据#1所述的工艺，其中在所述电解生成比所述下游工艺所要求多的氢气的周期期间，所述方法包括将过量的经压缩氢气进给到存储器，任选地在进一步压缩之后；并且
其中在所述下游工艺要求比所述电解所生成多的氢气的周期期间，所述方法包括从存储器提取经压缩氢气，并且在适当减压后，将所述经减压氢气进给到所述多级压缩系统的所述第一区段的中间级或所述另一区段的初始级。
11.根据#10所述的工艺，其中在所述下游工艺要求比所述电解所生成多的氢气的所述周期期间，所述方法包括：
降低从存储器提取的所述经压缩氢气的压力，以在所述多级压缩系统的所述第一区段或所述另一区段中的级的入口压力下生成经减压氢气；以及
将所述经减压氢气进给到所述级。
12.根据#11所述的工艺，其中在将所述经减压氢气进给到所述级期间，所述级上游的每个离心式压缩机进行操作，使得不生成净压缩氢气。
13.根据#1所述的工艺，其中所述电解具有至少300MW的总容量。
14.一种为至少一个下游工艺中的消耗供应氢气的设备，所述设备包括：
多个电解槽，用于生成氢气；
电力产生系统，用于从至少一种可再生能源产生电力；
多级压缩系统，用于对氢气进行压缩，所述多级压缩系统包括进料端、第一区段、所述第一区段下游的另一区段和出口端，所述进料端与所述多个电解槽流体流动连通；
用于消耗经压缩氢气的至少一个下游处理单元，所述下游处理单元与所述多级压缩系统的所述出口端流体流动连通；
其中所述多级压缩系统是混合系统，在所述混合系统中，所述第一区段包括至少一个离心式压缩机，并且所述另一区段包括至少一个往复式压缩机，并且
其中所述离心式压缩机或每个离心式压缩机至少部分由来自所述电力产生系统的电力提供动力，并且由专用变频驱动器驱动。
15.根据#14所述的工艺，包括：
存储系统，用于对经压缩氢气进行存储，所述存储系统与所述多级压缩系统的所述出口端和所述多级压缩系统的至少一个压缩机流体流动连通；以及
控制系统，用于控制从所述多级压缩系统到所述存储系统的经压缩氢气的压力和流量，并且用于基于所述电解槽的氢气生产水平和/或下游工艺的需求来控制从所述存储系统到所述多级压缩系统的经压缩氢气的压力和流量。
图1示出了多级压缩系统，其具有带有两个LP离心式压缩级12和15的第一区段、以及带有两个MP往复式压缩级19和22的另一区段。
进料1包含由电解槽供应的氢气，其通过相分离器11进给以除去液态水，从而生成进料2。进料2然后进给到第一(LP)区段的离心式压缩级12进行压缩。压缩之后，热的经压缩氢气在中间冷却器13中使用冷却水流冷却，然后通过相分离器14进给以生成进料3。尽管在图1中单独示出，但是对于LP离心式压缩机，相分离器经常将作为单个单元结合到中间冷却器中，以潜在地实现资本和功率的益处并简化系统。
在这一点上，进料3可以任选地与包含来自存储器的干燥氢气的流9混合，或者完全被流9替代(视情况而定)。混合氢气进料4然后进给到第一(LP)段中的第二离心式压缩级15。压缩之后，热的经压缩氢气在经过相分离器17以生成进料5之前在中间冷却器16中冷却。
然后，进料5任选地与含有来自存储器的干燥氢气的流10混合，或完全被流10替代(视情况而定)，以生成混合进料6。
进料6然后进给到另一(MP)区段中的往复式压缩级19。压缩之后，热的经压缩氢气在经过相分离器21之前在中间冷却器20中冷却，并且随后进给到另一(MP)区段中的往复式压缩级22，以生成含有处于最终高压下的经压缩氢气的进料8(这是下游工艺所期望的进给压力)。然后，进料8将任选地进行纯化并且进给到至少一个下游工艺中用于消耗。
流24、26、28、30和32平行地将气体进给进入压缩机和进给离开压缩机(未示出)。
现在将参照以下实例更详细地解释图1所示的系统，所述实例含有由计算机模拟(阿斯彭+，版本10)产生的数据。以下实例用于例示本发明的混合多级压缩系统抵抗氢气进料的分子量变化的方式。
实例1
实例1 1 2 5 6 7 8 10
湿质量流动速率 kg/h 49341.5 9868.3 7029.6 35148.1 11716.0 10749.0 0.0
湿体积流动速率 m<sup>3</sup>/h 348176.0 71407.6 16316.8 84059.9 28337.3 5323.5 0.3
湿摩尔流量 Nm<sup>3</sup>/h 362011.6 72402.3 68870.3 344353.2 114784.4 113581.1 0.0
压力 bara 1.22 1.19 6.32 6.25 6.18 30.20 6.25
温度 deg C 42.00 42.00 40.00 40.00 40.00 106.09 40.00
分子量 3.05 3.05 2.29 2.29 2.29 2.12 2.02
上表中所示的实例1描述了在多级压缩系统中在不同点处的进料/流1到进料/流10的性质，所述多级压缩系统对通过电解生成的氢气进行压缩，以进给到下游工艺，所述下游工艺具有30巴的期望进给压力。
在此实例中，多级压缩系统以全流量使用进料1(来自电解槽的湿氢气)进行操作。这可能是因为可再生能源中有足够的电力用于为电解和/或压缩系统中的所有压缩机提供动力。因此，在这些条件下，不要求通过流9或流10将经减压氢气从存储器进给到系统。
可以看出，另一(MP)段(即进料口8)出口处的排放压力为所要求的约30巴。此系统抵抗为压缩机提供动力的可再生能源的电频率的变化。还可以看出，尽管分子量随着氢气在后续级中被压缩而降低，MP往复式压缩机仍然能够输出约30巴的排放压力。这是可能的，因为往复式压缩机不受分子量降低的影响，如果使用离心式压缩机代替，情况就不是这样了。
实例2
Figure BDA0003693486010000221
Figure BDA0003693486010000231
*＝最小流量(循环)
上表中所示的实例2还描述了在多级压缩系统中在不同点处的进料/流1到进料/流10的性质，所述多级压缩系统对通过电解生成的氢气进行压缩，以进给到下游工艺，所述下游工艺具有30巴的期望进给压力。
在此实例中，多级压缩系统以零流量使用进料1(来自电解槽的湿氢气)进行操作。这可能是因为可再生能源中有足够的电力用于为电解和/或压缩系统中的所有压缩机提供动力。
因此，在这些条件下，流6中用于压缩的100％的氢气是经减压氢气，所述经减压氢气通过流10从存储器进给到另一(MP)区段的第一级。同样，流10中的经减压氢气已经被冷却和纯化，并且因此分子量为2.02。可以看出，由于来自流10的所述干燥氢气仅在往复式压缩机19和22中被压缩，因此多级压缩系统的排放压力不会由于氢气的分子量的降低而下降。这样一来，多级压缩系统提供了最终高压为30巴的经压缩氢气，适于进给到下游工艺。
本发明人发现，如果使用MP离心式压缩机代替MP往复式压缩机，则不可能在所有条件下都有稳定的输出压力。
已经呈现了前面的描述来例示和描述所描述的原理的示例。此描述并不旨在穷举或将这些原理限制为所公开的任何精确形式。根据上述教导，许多修改和变化是可能的。应当理解，关于任何一个示例描述的任何特征可以单独使用，或者与所描述的其他特征结合使用，并且还可以与任何其他示例的任何特征结合使用，或者与任何其他示例的任何组合结合使用。
在本说明书中，除非另有明确说明，否则词语“或”是在当满足所述条件中的任一个或两个时返回真值的运算符，而不是仅要求满足其中一个条件的运算符“异或”的意义上使用。词语“包括”是在“包含”的意义上使用的，而不是指“由......组成”。
上述所有在先教导据此通过引用引入本文。在本文中对任何先前出版的文件的承认不应被视为承认或表示其教导在当时是澳大利亚或其他地方的公知常识。

Claims (14)

1.一种为至少一个下游工艺中的消耗供应氢的工艺，所述工艺包括：
通过对水进行电解而生成氢气；
在包括第一区段和所述第一区段下游的另一区段的多级压缩系统中对所述氢气进行压缩，以生成经压缩氢气；以及
将所述经压缩氢气进给到所述下游工艺，
其中所述多级压缩系统的所述第一区段包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机由至少部分从至少一个可再生能源产生的电力提供动力，所述离心式压缩机或每个离心式压缩机由专用变频驱动器驱动，以及
其中所述多级压缩系统的所述另一区段包括至少一个往复式压缩机。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述经压缩氢气中的至少一些经压缩氢气用于在所述下游工艺中生成氨。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中在所述第一区段内氢气被压缩到第一高压，并且其中在所述另一区段内经压缩氢气被进一步压缩到另一高压。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中所述多级压缩系统具有两个区段，并且在所述第一区段内氢气被压缩到第一高压，并且在所述第二区段内经压缩氢气被进一步压缩到最终高压。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中所述氢气在从大气压到3巴，优选从大气压到1.5巴的进给压力下被进给到所述多级压缩系统。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中由所述多级压缩系统生成的所述经压缩氢气具有从10巴到50巴的压力。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第一区段包括1级到4级的离心式压缩，并且所述另一区段包括1级到7级的往复式压缩。
8.根据权利要求1所述的工艺，其中所述第一区段包括并联布置的1个到7个离心式压缩机，并且所述另一区段包括并联布置的从1个到5个往复式压缩机。
9.根据权利要求1所述的工艺，其中在所述电解生成比所述下游工艺所要求多的氢气的周期期间，所述方法包括将过量的经压缩氢气进给到存储器，任选地在进一步压缩之后；并且
其中在所述下游工艺要求比所述电解所生成多的氢气的周期期间，所述方法包括从存储器提取经压缩氢气，并且在适当减压后，将所述经减压氢气进给到所述多级压缩系统的所述第一区段的中间级或所述另一区段的初始级。
10.根据权利要求9所述的工艺，其中在所述下游工艺要求比所述电解所生成多的氢气的所述周期期间，所述方法包括：
降低从存储器提取的所述经压缩氢气的压力，以在所述多级压缩系统的所述第一区段或所述另一区段中的级的入口压力下生成经减压氢气；以及
将所述经减压氢气进给到所述级。
11.根据权利要求10所述的工艺，其中在将所述经减压氢气进给到所述级期间，所述级上游的每个离心式压缩机进行操作，使得不生成净压缩氢气。
12.根据权利要求1所述的工艺，其中所述电解具有至少300 MW的总容量。
13.一种为至少一个下游工艺中的消耗供应氢气的设备，所述设备包括：
多个电解槽，用于生成氢气；
电力产生系统，用于从至少一种可再生能源产生电力；
多级压缩系统，用于对氢气进行压缩，所述多级压缩系统包括进料端、第一区段、所述第一区段下游的另一区段和出口端，所述进料端与所述多个电解槽流体流动连通；
用于消耗经压缩氢气的至少一个下游处理单元，所述下游处理单元与所述多级压缩系统的所述出口端流体流动连通；
其中所述多级压缩系统是混合系统，在所述混合系统中，所述第一区段包括至少一个离心式压缩机，并且所述另一区段包括至少一个往复式压缩机，并且
其中所述离心式压缩机或每个离心式压缩机至少部分由来自所述电力产生系统的电力提供动力，并且由专用变频驱动器驱动。
14.根据权利要求13所述的设备，包括：
存储系统，用于对经压缩氢气进行存储，所述存储系统与所述多级压缩系统的所述出口端和所述多级压缩系统的至少一个压缩机流体流动连通；以及
控制系统，用于控制从所述多级压缩系统到所述存储系统的经压缩氢气的压力和流量，并且用于基于所述电解槽的氢气生产水平和/或下游工艺的需求来控制从所述存储系统到所述多级压缩系统的经压缩氢气的压力和流量。
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