CN115479033A - 用于操作压缩系统的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

通过在低功率模式下操作离心式压缩机或至少一个离心式压缩机来提高用于对具有可变流动速率的气体供给物进行压缩的多级压缩系统的操作，多级压缩系统包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机具有带有相对密封面的干气体密封件，在低功率模式下，在经过离心式压缩机的气体流量不足以进行正常操作的时段期间，干气体密封件的相对面不接触。这种操作不仅会减少对干气体密封件的损坏，从而提高可靠性，而且会减少整个压缩系统的总功率要求。

Description

用于操作压缩系统的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于对具有宽范围的气流的气体供给物进行压缩的多级压缩系统，所述多级压缩系统包括至少一个离心式压缩机。本发明具体涉及一种用于操作这种系统的工艺以及所涉及的设备，目的在于提高可靠性并且降低总功率要求。
背景技术
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。这些类型的压缩机特别适合于以较低的成本处理大量的气体。
为了正确地对离心式压缩机中的工艺气体进行压缩，通常使用干气体密封件(或“DGS”)将任何气体泄漏最小化。这些干气体密封件含有两个相对密封面或密封环，所述两个相对密封面或密封环在离心式压缩机对气体进行压缩的正常操作期间是分离的。
通常，用于压缩的气体是完全使用从常规能源(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的电力生成。在这种情况下，离心式压缩机以最大容量运行，以生成尽可能高良率的净压缩产品气体。驱动所述离心式压缩机的叶轮的马达因此通常以固定速度(例如最大速度)进行操作。
离心式压缩机可具有干气密封件，以防止或减少气体泄漏。当压缩机的马达速度维持在高水平时，干气密封件的相对密封面快速分离并且维持分开。离心式压缩机通常以全功率运行并且很少关断，以将净压缩气体的输出最大化。
本发明用于解决由操作以可变流速接收气体的离心式压缩机而产生的问题，例如使用至少部分由一种或多种可再生能源产生的电力生成的气体。
附图说明
现在将仅通过示例并且参照图来描述本发明，在图中：
图1是本发明第一实施例的简化流程图。
图2是本发明第二实施例的简化流程图。
图3是本发明第三实施例的简化流程图。
图4是条形图和表格，提供了在由可再生能源提供动力的并联布置的四个离心式压缩机的上下文中本发明的工艺的示例。
图5是条形图，显示了根据本发明的示例的用于为并联布置的四个离心压缩机提供动力的电力量的模拟数据。
具体实施方式
根据本发明的第一方面，提供了一种用于操作用于以可变流动速率对供给到压缩系统的气体进行压缩的多级压缩系统的工艺，所述多级压缩系统包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机囊括具有相对密封面的干气体密封件，所述工艺包括：
(a)在经过所述离心式压缩机的气体流量足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以正常功率模式对所述离心式压缩机进行操作；以及
(b)在经过所述离心式压缩机的所述气体流量不足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以至少足以防止所述离心式压缩机中的所述干气体密封件的所述相对密封面接触的低功率模式对所述离心式压缩机，或者如果多于一个，至少一个离心式压缩机进行操作。
本发明特别适用于以下工艺：在所述工艺中，供给到多级压缩系统的气体的可变流量是由于气体是使用至少部分从至少一种可再生能源产生的电力来生成。这种气体可以是通过对水进行电解生成的氢。
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。
如上所述，用于压缩的气体可以使用至少部分从至少一种可再生能源产生的电力来生成。使用可再生能源来生成用于在离心式压缩机中压缩的气体的缺点是能源的可用性的固有变化，其可能在一天的过程中从满电力跨越到无电力。尽管当可用性低时，可以使用其他能源(例如蓄电池电源或不可再生能源)来补充电力，但是可能仍然不足以生成完全操作所述至少一个离心式压缩机所要求的用于压缩的气体的最大流量。
例如，在一天内，用于压缩的气体的流量可以从最大流量变化到非常低的流量，或者根本没有流量。
离心式压缩机可以容许用于压缩的气体的流量的一些变化，但是如果不定期地将它们关断，这些变化不会达到所要求的程度。当离心式压缩机关断或停机时，转子或叶轮的速度降低，直到DGS的相对密封面不再分离并相互接触。
因此，频繁地关断和接通离心式压缩机将加速DGS的磨损。这缩短了离心式压缩机的寿命，因此要求更频繁地更换或修理，此会增加成本。DGS的磨损也会在离心式压缩机重启或通电时发生。
上述问题不适用于对完全使用来自不可再生电网的能量生成的气体进行压缩的离心式压缩机，因为这些压缩机由于具有基本恒定的用于压缩的最大气体流量而很少关断。
因此，本发明人已经认识到，在本领域中希望提供一种操作离心式压缩机的方式，所述方式对以宽范围的流动速率供给的气体(例如使用至少部分由可再生能源产生的电力生成的气体)进行压缩，使得压缩机寿命不会减少。此外或可选地，在可再生能源的上下文中，还期望离心式压缩机的操作使得尽可能多地保存功率。
本发明人不知道在离心式压缩机的上下文中解决上述问题的任何现有技术，所述离心式压缩机对使用至少部分由一种或多种可再生能源产生的电力生成的气体进行压缩。
在本发明的上下文中，所述至少一个离心式压缩机在其内部囊括具有相对密封面的至少一个干气密封件。可以使用适用于离心式压缩机的任何干气密封件，并且这些在本领域中是已知的，包括但不限于单密封件、串联密封件和双相对密封件。
如上所述，为了适当地对离心式压缩机中的工艺气体进行压缩，可以使用DGS来将任何气体泄漏最小化。这些干气密封件含有两个相对密封面或密封环，一个通常是旋转表面(有时称为“转子”)，并且另一个是静止表面(有时称为“定子”)。
旋转表面具有设计在其中的提升几何形状，使得当旋转表面达到一定速度时，其提升离开静止表面，从而形成微小间隙，由此表面不接触，这用于将气体泄漏最小化。
由标准不可再生电网提供动力的离心式压缩机将以固定速度进行操作(通常为最大速度，以提供最大量的产品气体)。在这些情况下，在气体的压缩期间，当压缩机的马达速度维持不变时，干气体密封件的相对密封面迅速分离并且维持保持不变。由于来自电网的持续电力供应，离心式压缩机很少停机、关断或重启。
当带有干气体密封件的离心式压缩机关断时，马达转速降至零，并且相对密封面开始接触。这种情况发生得越频繁，随着时间的推移，干气体密封件的相对密封面磨损得越厉害。这缩短了干气体密封件的寿命，这意味着压缩机需要更频繁地维修，增加了总成本。对系统中的压缩机进行更多的维修还会导致施行所述维修的整个工艺的中断，从而进一步使所述工艺的操作复杂化并且增加成本。
当对高压、低分子量、易燃、有毒和/或昂贵的气体进行压缩时，常常使用DGS。随着DGS的老化，密封件处通常会存在更多的泄漏，导致更多的损耗，这也会产生经济影响。
在本发明的上下文中，离心式压缩机通常对使用至少部分从至少一种可再生能源产生的电力生成的气体进行压缩。
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，特别是风能与太阳能。优选地，用于压缩的气体是通过在电力产生方面独立的工艺生成。理想地，离心式压缩机也由至少部分从至少一种可再生能源产生的电力提供动力，或者完全由可再生能源提供动力。因此，优选地，使用可再生能源来理想地满足生成用于压缩的气体以及可选地多级压缩系统中的压缩机的全部电力需求。
在一些替代实施例中，可以在特别高的需求的时段期间，例如对于来自任何下游工艺的产物，和/或在可再生能源仅在低于满足需求所要求的阈值时可用或根本不可用的时段期间，由其它源补充由一种或多种可再生能源产生的电力。然而，这些附加的能源也可能是有限的，并且因此即使从这些源补充电力，仍可能没有足够的电力用于多级压缩系统的正常运行。
如上所述，使用可再生能源的缺点是从所述可再生能源产生的电力的可用性的变化。当至少部分使用可再生能源生成气体时，当电力可用性低时，离心式压缩机可能需要比常常更频繁地关断或停机和重启，如上所述，这减少了干气密封件的寿命，并且增加了维修和成本。此外，离心式压缩机的频繁启动和停机会增加操作风险。
离心式压缩机在每次启动或停机时都有损坏的危险。事实上，压缩机在启动时出现问题的几率比停机时更高。在这方面，通常存在应该避免的临界速度。此外，如果压缩机长时间停机，它们可能更容易受到点蚀和其他类型的腐蚀，这可能导致应力腐蚀开裂，并且最终导致叶轮/压缩机的故障。
本发明人已经设计出一种如本文所述的用于操作多级压缩系统的工艺，所述工艺减少了离心式压缩机的停机次数，并且因此增加了干气体密封件的寿命。这提高了离心式压缩机的可靠性。
此外，发明人已经设计出一种工艺，通过所述工艺可以节约电力，例如使得电力可以用于所述工艺的其他部分，例如用于生成气体供给物和/或作为消耗压缩气体的下游工艺的一部分。
多级压缩系统用于对气体进行压缩，优选为在至少一个下游工艺中的消耗做准备。
用于压缩的气体通常使用至少部分从至少一种可再生能源产生的电力生成，并且可以是任何合适的气体。然而，所述工艺在用于压缩的气体是氢气(例如通过对水进行电解生成的氢气)的情况下具有特殊的应用。这可以通过多个电解槽来施行。
在一些实施例中，所述工艺包括通过对水进行电解而生成氢气。另外地或可选地，所述工艺可以包括将经压缩氢气供给到至少一个下游工艺中，用于在所述下游工艺中进行消耗。
因此，在一些优选实施例中，所述工艺包括：
通过对水进行电解而生成氢气；
在根据本发明进行操作的多级压缩系统中对所述氢气进行压缩；以及
将所述经压缩氢气供给到至少一个下游工艺，用于在所述下游工艺中进行消耗。
优选地，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和/或甲醇，最优选生成氨。
如上所述，离心式压缩特别适合于以较低的成本对大量氢气进行压缩，并且因此氢气的压缩对于本发明的工艺是特别优选和有利的。此外，通过电解生成的氢气甚至更适合于离心式压缩，因为它是“湿的”并且具有更高的密度，使得所述气体的离心式压缩比对不是通过电解生成的氢气进行压缩更高效。
可再生能源
本发明的工艺包括对具有可变流量的气体供给物(例如使用至少部分从至少一种可再生能源产生的电力生成的气体)进行压缩。
压缩系统的操作通常由使用由可再生能源所得的电力生成的气体(例如来自电解槽的氢气)来指配。通常，生成用于压缩的气体(例如，使用电解槽)所要求的功率远大于运行压缩机所需的功率。当气体供应不足或无气体供应时，通常会从存储器注入气体(参见下文)。
为了减少对环境的影响，优选的是，所述工艺在产生用于生成气体的动力方面是独立的，并且可选地为离心式压缩机提供动力。因此，优选地，使用可再生能源来满足生成用于压缩的气体以及可选地用于离心式压缩机的全部电力需求，而不使用不可再生能源来补充所述源。
应当理解，当从可再生能源产生的可用电力不足以用于多级压缩系统的正常操作时，将所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机置于低功率模式会使由所述系统生成的净压缩气体量有减少的风险。在这种情况下，在考虑使用任何不可再生能源来生成更多的气体(或为离心式压缩机提供动力)之前，优选通过从合适的气体存储系统供给气体来满足对压缩气体的需求。
尽管如此，可能存在其中压缩气体的需求不能被供给用于压缩的气体(例如来自电解槽的氢)或气体存储系统满足的情况。因此，可以设想，在一些实施例中，可以在对例如来自下游工艺的产品的特别高需求的时段期间和/或在可再生能源仅在低于满足所述工艺需求所要求的阈值时可用，或者根本不可用，并且来自气体存储系统的气体供应不足以满足所述需求的时段期间由其它源补充由一种或多种可再生能源产生的电力。
因此，在一些实施例中，至少一些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，可能存在其中由可再生能源产生的电力和所述附加的电力仍然不足以用于多级压缩系统的正常操作的情况。
在这些实施例中，用于压缩的气体使用离心式压缩机生成，并且离心式压缩机可选地由以下提供动力
(i)至少部分从至少一种可再生能源产生的电力，以及
(ii)来自现场蓄电池存储器的电力和/或由一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力，且
其特征在于
(a)在(i)由可再生能源产生的电力和(ii)来自蓄电池存储器的电力和/或由一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力，以及因此经过离心式压缩机的气体流量足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以正常功率模式对所述离心式压缩机进行操作；且
(b)在(i)由可再生能源产生的电力和(ii)来自蓄电池存储器的电力和/或由一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力，以及因此经过离心式压缩机的气体流量不足以使所述多级压缩系统正常操作的时段期间，以至少足以防止所述离心式压缩机中的所述干气密封件的所述相对密封面接触的低功率模式对离心式压缩机，或者如果多于一个，至少一个离心式压缩机进行操作。
正常功率模式
当经过离心式压缩机的气体流量足以用于所述多级压缩系统的正常操作时，本发明的离心式压缩机将在正常功率模式下进行操作。
在本发明的上下文中，术语“正常功率模式”在本文中用来指以下阐述的离心式压缩机的以下操作方法，通常其中生成净压缩氢气。表述“净压缩氢气”是指生成的压缩气体总量减去循环的气体总量。
正常功率模式包括至少三种不同的操作模式。
首先，所述至少一个离心式压缩机被认为处于正常功率模式，在正常功率模式下，所述至少一个离心式压缩机以全功率(下文称为“最大”操作功率)进行操作，以提供尽可能多的净压缩气体。在这种情况下，所述至少一个离心式压缩机以基本上总功率的100％的功率进行操作，在产品端处具有基本上最大净压缩气体的总流量，即没有气体循环。
第二，所述至少一个离心式压缩机被认为处于正常功率模式，在正常功率模式下，所述至少一个离心式压缩机以稍微降低的容量进行操作(下文称为“调低”操作)，其中功率相对于最大功率(100％)小于100％，但同时约为60％或更多，优选约为70％或更多，例如从70％到80％。压缩机功率的这种降低导致转子速度的降低，并且因此在压缩机的产品端处的净压缩气体的流量相应降低。为了减少流向多级压缩系统的气体流量(在恒定的排气压力下)，这通常要求成比例地减少压缩机功率。当离心式压缩机处于其被调低的“最大”调低状态时，相关的流量减少，尽可能不达到压缩机喘振或启用任何防喘振控制器。
第三，所述至少一个离心式压缩机被认为处于正常功率模式，在正常功率模式下，所述至少一个离心式压缩机以最大调低模式进行操作，但是其中产品端处的至少一部分压缩气体从产品端循环到离心式压缩机的供给端(下文称为“循环”操作)。
换句话说，在这种循环操作中，使用调低操作尽可能地降低功率，产品端处的相关联的压缩气体流量与进入多级压缩系统的气体流量成比例地降低。然而，在由于进入多级压缩系统的气体流量下降而需要进一步减少净压缩气体的流量的情况下，这可以通过从离心式压缩机的产品端向供给端引入增加量的循环气体来实现。这减少了净压缩气体的总流量，而不会进一步减少供应到离心式压缩机的功率。因此，优选的是，在循环操作中离心式压缩机所花费的时间量被最小化，因为尽管可能，但这不会导致能量使用的减少。优选的是，如果离心式压缩机不能处于最大操作状态，则在所述正常功率模式下置于调低操作状态。应该理解的是，只有当离心式压缩机的功率在调低时已经尽可能地降低时，才使用循环操作。
因此，正常功率模式可以包括如本文所述的最大、调低或循环操作，但是优选地，正常功率模式包括最大操作和调低操作。
在本发明的上下文中，表述“足以用于正常操作”旨在意指有足够的气体流量经过离心式压缩机，生成净压缩气体，允许离心式压缩机在最大调低或最大调低以上运行。因此，“足以用于正常操作”通常意味着有足够的电力来提供气体流量以在正常功率模式下对离心式压缩机进行操作，正常功率模式包括如本文所述的最大、调低或循环操作。
任选地，如果离心式压缩机也由可再生能源提供动力，则此表述意在意指所产生的电力也足以在最大调低所要求的功率或更高的功率为离心式压缩机提供动力。然而，如上所述，通常生成用于压缩的气体所要求的功率可能比操作离心式压缩机所要求的功率高得多。因此，例如，在使用可再生能源通过电解生成用于压缩的氢气的情况下，对于是否有足够的电力产生用于正常操作的限制因素是由所述电解槽生成的气体的流量。
如上所述，在一些实施例中，可以在特别高的需求的时段期间，例如对于来自任何下游工艺的产物，和/或在可再生能源仅在低于满足需求所要求的阈值时可用或根本不可用的时段期间，由其它源补充由一种或多种可再生能源产生的电力。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。在这些实施例中，用于在所述离心式压缩机中压缩的气体使用(i)至少部分从至少一种可再生能源产生的电力、以及(ii)来自现场蓄电池存储器的电力和/或从一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力来生成。
因此，在这些实施例中，所述工艺包括：(b)在(i)由可再生能源产生的电力和(ii)来自现场蓄电池存储器的电力和/或从一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力，以及因此经过离心式压缩机的气体流量足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以正常功率模式对所述离心式压缩机进行操作。
在以所述正常功率模式进行操作的时段期间，由于压缩机的马达速度提供了足够的提升力，离心式压缩机具有相对密封面不接触(即分离)的干气密封件。
低功率模式
基于现有技术，离心式压缩机通常会响应于去往压缩系统的气体流量的显著减少而被停机或关断，以便一旦气体流量增加到足够大时被重启。然而，本发明人已设计出一种工艺，通过所述工艺，离心式压缩机可以替代地以“低功率”模式(LP模式)进行操作。
因此，在经过所述离心式压缩机的所述气体流量不足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，本发明包括以至少足以防止所述离心式压缩机中的所述干气体密封件的所述相对密封面接触的低功率模式对所述离心式压缩机，或者如果多于一个，至少一个离心式压缩机进行操作。
如上所述，在一些实施例中，可以在对例如来自下游工艺的产品的特别高需求的时段期间和/或在可再生能源仅在低于满足所述工艺需求所要求的阈值时可用，或者根本不可用的时段期间由其它源补充由一种或多种可再生能源产生的电力。在这些实施例中，用于在所述离心式压缩机中压缩的气体使用(i)至少部分从至少一种可再生能源产生的电力、以及(ii)来自现场蓄电池存储器的电力和/或从一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力来生成。
在这些实施例中，所述工艺包括：(b)在(i)由可再生能源产生的电力和(ii)来自现场蓄电池存储器的电力和/或从一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力，以及因此经过离心式压缩机的气体流量不足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以至少足以防止所述离心式压缩机中的所述干气体密封件的所述相对密封面接触的低功率模式对所述离心式压缩机，或者如果多于一个，至少一个离心式压缩机进行操作。
因此，换句话说，缺乏来自可再生能源的电力(以及缺乏来自存储器的气体流量)可能会导致用于压缩的气体的流量显著降低，从而离心压缩机无法在正常功率模式下进行操作。
因此，在电力不足的情况下，离心压缩机，或者如果多于一个，至少一个离心压缩机的转子速度降低，但不完全为零(即压缩机未关断或停机)。
在所述低功率模式下，所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机以低量功率进行操作，所述低量功率足以防止所述离心式压缩机中的所述干气体密封件的所述相对密封面接触，并且优选不生成净压缩气体。
在所述低功率模式期间，相对密封面(在本领域中有时称为“环”)分离并且不接触。也就是说，与正常功率模式相比，所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机的马达速度降低，但是所述马达速度足够高以超过DGS的所谓“提离”速度，使得这些相对密封面保持彼此分开。
相对密封面通常具有旋转表面和静止表面。旋转表面具有设计在其中的提升几何形状，使得当旋转表面达到一定速度时，其提离静止表面。这与非接触表面产生微小间隙，导致最小的气体泄漏。因此，在本发明的上下文中，“防止接触”是指存在与非接触表面的所述微小间隙。
应当理解，由于在所述低功率模式期间存在非零的转子速度，离心式压缩机将以仍然生成压缩气体的方式进行操作。然而，这种气体将从压缩机的产品端循环(优选完全循环)到供给端。换句话说，在所述低功率模式期间，没有净压缩气体生成，因为只有循环气体被压缩。
防止所述相对密封面之间接触所要求的压缩机的功率量不仅取决于离心式压缩机的设计，还取决于干气体密封件的设计。然而，通常，处于低功率模式的离心式压缩机将在此最小功率阈值上方进行操作，以确保防止接触。在低功率模式下，离心式压缩机的功率通常为压缩机的最大功率的约5％到约20％，例如约8％到约15％，例如约10％。“提离”速度是DGS的密封面脱离接触前所要求的转子速度(单位为rpm)，并且至少部分取决于DGS和制造商的设计。在这方面，给定DGS的制造商将指示DGS的提离速度。然而，应该注意的是，一个制造商的DGS的提离速度可能与另一个制造商的不同，即使是类似设计的DGS也是如此。此外，随着DGS老化和/或被污染，提离速度也可能随时间而改变。考虑到这一点，低功率模式期间的转子速度通常大于例如制造商指示的提离速度的至少两倍或者甚至三倍，以确保DGS中的密封表面不接触。例如，如果给定DGS的提离速度是300rpm，那么使用此DGS的压缩机在低功率模式期间的转子速度可以是约600rpm或者甚至900rpm。
技术人员有能力通过试验来确定在低功率模式下进行操作的离心式压缩机中DGS的合适转子速度。然而，为了例示的目的，低功率模式期间的转子速度将小于正常功率模式期间的速度(例如，约3000rpm到约3500rpm)，并且可以在介于从约100rpm到约1500rpm的范围内，例如，从约200rpm到约1000rpm，或者从约400rpm到900rpm。
离心式压缩机的转子速度(或供应到离心式压缩机的动力)例如用于在所述正常功率模式与低功率模式之间进行切换，可以使用本领域技术人员已知的合适手段来操纵，包括但不限于变频驱动(VFD)和机械驱动。也可以使用其他机械装置，例如双速马达。
应当理解，控制系统也可用于监测和控制离心式压缩机的转子速度或功率量。
多个离心式压缩机
多级压缩系统的操作取决于供给到压缩机的气体的流量，这继而可取决于生成气体的可用功率。理想情况下，可再生能源将产生足够的动力来提供用于压缩的气流，从而允许所有压缩机以全功率运行。然而，使用可再生能源不能无限期地维持这种理想状况。
随着由可再生能源产生的功率下降，去往多级压缩系统的用于压缩的气体的流量也下降(并且如果压缩机由可再生能源提供动力，则可用于为压缩机提供动力的功率下降)，因此离心式压缩机通常将被切换到调低以减少功率使用。随着可用功率继续下降，经过压缩机级的气流通常被循环和/或压缩机将随着可用功率的降低而依次切换到LP模式。可用电源将每天循环，要求进入LP模式。
在一些实施例中，多级压缩系统包括并联和/或串联布置的多个(X个)离心式压缩机。
在一些优选实施例中，多级压缩系统包括并联布置的多个(X个)离心式压缩机，并且在从再生能源(和任选的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)产生的电力不足以用于所述多级压缩系统的正常操作期间：
第一数目(Y)个离心式压缩机处于所述正常功率模式，以及
第二数目(Z)个离心式压缩机处于所述低功率模式，
所述第一数目和所述第二数目(Y、Z)是基于去往多级压缩系统的气体流量来确定。在本文中，X、Y和Z是整数，其中X是2或更大；Y和Z可以从0到X，并且X＝Y+Z。
应当理解，控制系统通常用于确定和控制所述低功率模式或正常功率模式下的离心式压缩机的数目。
这允许所述多个离心式压缩机中没有一个、一些或全部根据要求置于所述低功率模式。这样做的一个优点是，多级压缩系统可以通过将一个或多个离心式压缩机保持在所述正常功率模式来继续生成净压缩气体，尽管缺少气体供给物流来在所述正常功率模式下操作所有的离心式压缩机。
因此，此实施例允许最高效地使用可用的电，因为将一些离心式压缩机置于低功率模式“释放”了可用的电力，所述可用的电力然后可以被供应到工艺的其他部分，例如生成气体(例如用于生成氢气的电解槽)、压缩气体(例如在正常功率模式下供应用于操作一个或多个离心式压缩机的电力)、或者用于下游工艺的能量。
举例来说，多级压缩系统可以包括并联布置的四个离心式压缩机，并且：
(i)在其中存在最大气体流量的80％到100％去往压缩系统的时段期间，所有四个离心式压缩机都处于所述正常功率模式；
(ii)在其中存在最大气体流量的60％到80％去往压缩系统的时段期间，三个离心式压缩机处于所述正常功率模式，并且一个离心式压缩机处于所述低功率模式；
(iii)在其中存在最大气体流动速率的40％到60％去往压缩系统的时段期间，两个离心式压缩机处于所述正常功率模式，并且两个离心式压缩机处于所述低功率模式；
(iv)在其中存在最大气体流量的20％到40％去往压缩系统的时段期间，一个离心式压缩机处于所述正常功率模式，并且三个离心式压缩机处于所述低功率模式；以及
(v)在其中存在小于最大气体流量的20％去往压缩系统的时段期间，所有四个离心式压缩机都处于所述低正常功率模式。
本领域技术人员将容易理解，上述示例可适用于以下多级压缩系统：所述多级压缩系统具有更多或更少的并联布置的离心式压缩机，而没有过度的负担。
在这点上，上述示例也可以用通式来表示。因此，在一些实施例中，多级压缩系统包括并联布置的多个(X个)离心式压缩机，并且
其中在其中去往压缩系统的气体的流动速率是去往压缩系统的气体的最大流量的P％的时段期间，
在正常功率模式下进行操作的离心式压缩机的数目为Y，其中Y＝x×P％，并且Y四舍五入为最接近的整数，以及
在所述低功率模式下进行操作的离心式压缩机的数目是Z，其中Z＝X–Y，并且X、Y和Z是整数。
X是并联布置的离心式压缩机的数目，并且因此不为零。X通常介于从2到10的范围内。Y和Z各自介于0到10的范围内，并且Y与Z之和必须等于X，即X＝Y+Z。
因此，本发明可以允许处于所述低功率模式或所述正常功率模式的离心式压缩机的所述数目使得离心式压缩可用的电力量尽可能地节省，而不会过度将所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机停机。这减少了干气密封件的磨损，并且延长了离心式压缩机的寿命。可选地或附加地，这允许尽可能多地保存电力，这“释放”电力用于工艺中的其他地方，并且在可再生能源的情况下特别重要。
另外的压缩机
应当理解，在其中一个或多个离心式压缩机切换到低功率模式的情况下，这可能导致净压缩气体的流量较低。
在一些情况下，可能没有足够的电力用于所述多级压缩系统中的任何离心式压缩机的正常操作，使得用于压缩的气体只能以显著减少的流量被供应，如果有的话，使得所有的离心式压缩机可以在所述低功率模式下进行操作，即所述离心式压缩机不生成净压缩气体。
因此，在一些实施例中，多级压缩系统包括至少一个另外的压缩机，并且其中在离心式压缩机处于低功率模式的时段期间，所述工艺包括在所述另外的压缩机中对气体进行压缩。
此实施例的优点在于，即使当所有离心式压缩机都处于低功率模式时，气体也在多级压缩系统中继续被压缩。
所述另外的压缩机可以是离心式压缩机或往复式压缩机，优选往复式压缩机。在一些优选实施例中，在所述低功率模式下，所述另外的压缩机位于离心式压缩机的下游。
在一些实施例中，在所述低功率模式下，所述另外的压缩机可以是所述离心式压缩机的下游的另外的压缩级的一部分。在特别优选的实施例中，处于所述低功率模式的离心式压缩机在第一区段中，并且所述另外的压缩机是往复式压缩机，其是所述第一区段下游的第二区段内的压缩级的一部分。
可以设想，所述另外的压缩机将接收合适的压力(即大约在所述另外的压缩机的入口压力处)的用于压缩的气体。在这种情况下，术语“合适的”旨在意指考虑到气体被供给到的所述另外的压缩机的入口压力，气体的压力被降低到适当的程度。
用于在所述另外的压缩机中压缩的气体可以从各种源供给。然而，特别优选的是气体从存储系统供给，如下文所述。
存储气体的返回
使用由可再生能源产生的电力(例如用于生成气体)的一个缺点是能源可用性的固有波动，这继而导致去往系统的气体供给物的流量的波动。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时段期间生成的至少一些、优选所有的过量气体，并且在需求超过生产的时段期间将存储的气体分配给所述下游工艺。
在本发明的上下文中，所述存储系统还可以用于将存储的气体分配到所述另外的压缩机，以对气体进行压缩，其中离心压缩机，或者如果多于一个，则至少一个离心压缩机正在所述低功率模式下进行操作。
因此，在更进一步的实施例中，通过以下方式将气体供给到所述另外的压缩机：从存储器中提取经压缩氢气，并且在适当的减压后，将所述经减压氢气供给到所述另外的压缩机，所述另外的压缩机在所述低功率模式下位于所述离心压缩机的下游。
在一些实施例中，压缩气体可以在没有进一步压缩的情况下存储。在这些实施例中，气体在至多为气体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)的供给压力或约下游工艺中的一个的供给压力(如果有一个以上)的最大压力。在这样的实施例中，压缩气体可能以高达约25巴到约30巴的区的最大压力存储。
然而，压缩气体可以在存储前进一步压缩。在这些实施例中，压缩气体可以在最大约200巴、或最大约150巴、或最大约100巴、或最大约90巴、或最大约80巴、或最大约70巴、或最大约60巴、或最大约50巴的压力下存储。
在对气体的需求水平超过生产水平的时段期间，压缩气体从存储器提取并且被减压以生成经减压气体。可以用任何常规方式降低压力，特别是通过使气体通过阀。
经减压气体的压力将取决于多级压缩系统中经减压气体将被加入的点处的压力。
在一些实施例中，经减压气体可被供给到多级压缩系统的最终级。在这些实施例中，经减压气体将处于向最终级供给物的入口压力处。
在其他实施例中，经减压气体可被供给到多级压缩系统的中间级。在这些实施例中，经减压气体将处于向中间级供给物的入口压力处。
中间级可以是压缩区段内的中间级，或者其中在多级压缩系统中存在两个或更多区段的情况下，可以是第一压缩区段下游的又一压缩区段内的初始级。在这些实施例中，来自存储器的经减压气体将处于向进一步压缩区段供给物的入口压力，即“段间”压力处。
在更进一步的实施例中，经减压气体可被供给到多级压缩系统的供给端，即初始级。在这些实施例中，经减压气体将是多级压缩系统的供给压力，例如约1.1巴。
然而，在特别优选的实施例中，经减压气体可被供给到在所述低功率模式下进行操作的所述离心压缩机的下游级。因此，本文所指的“中间”或“最终”级可指在所述低功率模式下所述离心压缩机的所述下游级。
如上所述，这允许在其中离心压缩机或如果多于一个，至少一个离心压缩机在所述低功率模式下进行操作的时段期间，在所述多级压缩系统中持续压缩至少一些气体。因此，尽管离心式压缩机中的一个或多个在所述低功率模式下进行操作并且不生成净压缩气体，但使用另外的压缩机和存储系统允许维持多级压缩系统的出口处的净压缩气体的流量。
在其中压缩系统包括离心式压缩机的低压(LP)区段和往复式压缩机的中压(MP)区段的实施例中，可在MP区段的上游注入存储气体，例如在LP区段与MP区段之间。存储的气体也可注入LP离心压缩机外壳之间。
在需求超过生产的时段期间，方法可以包括：
降低从存储器提取的压缩气体的压力，以在多级压缩系统的第一级的入口压力(第一中间压力)下生成经减压气体；以及
将经减压气体供给到第一级。
在这样的实施例中，一旦存储器中的压缩气体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压缩气体的压力，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)下生成经减压气体；以及
将经减压其气体供给到第二级。
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时段期间经减压气体被供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气体供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，从存储器提取的压缩气体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，在其中经减压气体在第一级之后被供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，当经减压气体开始流向另一个压缩级时，去往给定压缩级的经减压气体流停止。
在一些优选实施例中，其中在将所述经减压气体供给到一级的期间，所述级上游的离心式压缩机，或者如果多于一个，至少一个离心式压缩机在所述低功率模式下进行操作。
由于气体可以从存储器返回到多级压缩系统的中间级和/或初始级，经压缩气体可以在低到约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。
在其中经压缩气体在存储之前被进一步压缩的实施例中，另一种选择是，将从存储提取的经压缩气体在适当减压后直接供给到下游工艺，直到存储压力下降到所述下游工艺的供给压力。在这一点上，从存储器提取的经压缩气体的压力将进一步降低，并且降低的压力气体被供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”旨在意指考虑到多级压缩系统的级的入口压力，气体的压力被降低到适当的程度，经减压气体被供给到所述多级压缩系统。
与仅向下游工艺的供给压力排放的高压存储系统相比，本发明的这些实施例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供给压力时对来自存储器的气体进行再压缩，使得气体的存储体积能够减少。因此，气体可以继续从存储提取，直到存储压力下降到多级压缩系统的供给压力的最小值。
在气体生产由于例如电解槽缺乏动力而受到限制的时段期间，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气体，可以将附加的压缩动力最小化。它还允许最大气体存储压力等于或低于任何下游工艺的供给压力，以消除对存储气体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，在生成气体并且然后在多级压缩系统中压缩气体以用于至少一个下游工艺的情况下，可以通过将气体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气体的可释放体积，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气体，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气体，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气体，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。
用于压缩的气体
用于在多级压缩系统中压缩的气体可以是任何适于在离心式压缩机中压缩的气体，其具有可变的流动速率。所述气体优选是使用至少部分从至少一种可再生能源的电力生成的气体。然而，尤其优选用于压缩的气体是氢气(优选通过对水进行电解而生成)。
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的海水(可能通过反渗透进行脱盐)以及软化水。
电解所要求的电力可以至少部分由任何合适的可再生能源产生。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时段期间和/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时段期间，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小于1GW。然而，在优选实施例中，电解具有至少1吉瓦(GW)的总容量。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5巴，例如从大气压到约3巴，优选从大气压到约1.5巴，例如约1.1巴的压力下被供给到多级压缩系统。
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时段期间，氢气可从另一源(例如氢存储系统)供给到多级压缩系统，如以下所解释。
纯化
在其中用于压缩的气体是通过电解生成的氢气的优选实施例中，将会注意到通过电解生成的氢气通常以40℃水饱和。因此，这种氢气经常包含一些残余氧气，通常为约500到约1000ppm(v)。这些杂质经常必须去除，这取决于任何下游工艺的公差。
在这点上，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，在其中下游工艺是氨合成的实施例中，催化剂的供给物将包含小于约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，供给物也将是干的，即不超过1ppm的水。
使用常规“灰色”氢(即，源自烃或含碳供给物流的氢，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。然而，氢液化经常具有更严格的规格，并且要求供给物中不超过10ppb的水和1ppm的氧。
电解生成的经压缩氢气优选在供给到下游工艺之前进行纯化。在这点上，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。
多级压缩系统
多级压缩系统负责将气体从产生气体的压力压缩到高压。例如，在其中压缩气体中的至少一些压缩气体被供给到至少一个下游工艺的情况下，高压一般来说是至少比所述下游工艺的供给压力稍高的压力。
容易理解的是，“多级”压缩系统具有多个压缩级，所述多个压缩级可以在并联和/或串联的压缩机之间分开。每一级的总压力比率一般来说在介于约1.5到约2.5(例如约2到约2.5)的范围内，以限制压缩气体的温度的升高。
在多级压缩系统中，相邻级之间通常要求冷却器(“中间冷却器”)，并且最终级之后通常需要冷却器(“后冷却器”)，以从压缩气体移除压缩的热量。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的部分。
由多级压缩系统生成的经压缩氢气通常具有约10巴到约50巴的压力。在一些实施例中，经压缩氢气的压力为约25巴到约35巴，优选约30巴。在其它实施例中，经压缩氢气的压力为约10巴到约12巴，优选约11巴。
在一些实施例中，多级压缩系统仅具有单个区段来将氢气压缩到期望的高压。在其它实施例中，多级压缩系统包括第一区段和第一区段下游的至少一个另外的区段。
在特定实施例中，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供给压力压缩到介于从约2巴到约6巴的范围内的第一高压，并且第二(中压或“MP”)区段将氢气从第一高压压缩至下游工艺所期望的最终高压。
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。
在优选实施例中，多级压缩系统将在每一级压缩的上游包括相分离器，以除去液态水。对于低压离心式压缩机，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且简化系统。
下游工艺
在一些实施例中，压缩气体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。
在其中用于压缩的气体是氢气的优选实施例中，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。
在更优选的实施例中，至少一些，例如所有的压缩气体是用于通过哈柏(或哈柏-博世)工艺生成氨的氢气。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℃到约500℃)和高压下(通常在介于从约100巴到200巴的压力范围内)进行反应来生成氨。
在其它优选的实施例中，至少一些，例如所有的压缩气体是用于生成甲醇的氢气，例如通过CO2氢化。
在一些实施例中，至少一些，例如所有的压缩气体是用于生成氨和/或甲醇的氢气。
在其他实施例中，至少一些，例如所有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，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。
设备
根据本发明的第二方面，提供了一种用于操作根据本文中所述的本发明的工艺用于对气体进行压缩的多级压缩系统的设备，所述设备包括：
多级压缩系统，用于对气体进行压缩，所述多级压缩系统包括供给端、至少一个离心式压缩机以及出口端，所述至少一个离心式压缩机囊括具有相对密封面的至少一个干气体密封件；
控制系统，用于根据要求基于去往所述多级压缩系统的气体供给物的流量而在正常功率模式和低功率模式之间切换所述离心式压缩机或每个离心式压缩机。
电力产生系统
在一些优选实施例中，设备包括用于从至少一种可再生能源产生电力的电力产生系统，并且其中用于压缩的气体至少部分地使用从所述电力产生系统产生的电力而生成。
从至少一种可再生能源，例如风能和/或太阳能，产生用于生成压缩气体(并且可能用于对多级压缩系统的离心式压缩机或每个离心式压缩机提供动力)的电力。
为了减少对环境的影响，优选的是，所述工艺在生成用于压缩的气体(以及可选地为离心式压缩机提供动力)的电力产生方面是独立的。因此，优选地，使用可再生能源满足全部电力需求，而不使用不可再生能源补充所述能源。在这种情况下，在考虑使用任何不可再生能源之前，优选通过从合适的存储系统供给气体来满足对压缩气体的需求。
然而，例如，可能不存在足够的气体可从所述存储系统供给。因此，在一些实施例中，电力产生系统包括现场蓄电池存储器和/或一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器。来自所述蓄电池存储器和/或一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器的电力可用于补充附加的电力，或者在对例如来自下游工艺的产品的需求特别高的时段期间，和/或在可再生能源仅在低于满足所述工艺需求所要求的阈值时可用，或者根本不可用的时段期间。
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可以由专用的变频驱动器、机械驱动器或双速马达驱动。
在一些优选实施例中，电力产生系统还产生电力来为多级压缩系统的离心式压缩机和/或任何下游工艺提供动力。
多级压缩系统
如上所述，多级压缩系统包括多个级，每个级通常具有介于约2到约2.5的范围内的压缩比率。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。
多级压缩系统的级可以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。
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。
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供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段可以具有两个或多个，例如3个或4个压缩级。
使用的压缩机的数目将取决于工艺的总容量。举例来说，对于总电解槽容量为2.2GW(用于生成氢气)的工艺，多级压缩系统可以具有8个到10个压缩机。技术人员将会理解，具有较高总容量的工艺将需要更多数目的压缩机。
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台机器。
控制系统
所述设备包括控制系统，用于根据要求基于去往多级压缩系统的气体供给物的流量而在正常功率模式和低功率模式之间切换离心式压缩机或每个离心式压缩机。
在其中存在指示气体供给物的流量的电力产生系统的实施例中，电力产生系统从至少一种可再生能源产生电力。然而，如上所述，在一些实施例中，电力产生系统还包括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产生电力。在这样的实施例中，设备包括控制系统，用于根据要求基于由所述电力产生系统的所述至少一个可再生能源和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产生的电力的水平而在正常功率模式与低功率模式之间切换所述离心式压缩机或每个离心式压缩机。
应当理解，控制系统与多级压缩系统中的所述离心式压缩机或每个离心式压缩机电连通。
控制系统实施本发明的工艺。当关于控制系统进行描述时，“低功率模式”和“正常功率模式”这两种模式可以具有与本文中关于本发明的工艺所描述相同的特征。
因此，控制系统被配置成：
(a)在经过离心式压缩机的气体流量足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，指示所述离心式压缩机以正常功率模式进行操作；以及
(b)在去往离心式压缩机的气体流量不足以用于所述多级压缩系统正常操作的时段期间，指示离心式压缩机或者如果多于一个，至少一个离心式压缩机以至少足以防止所述离心式压缩机中的所述干气密封的所述相对密封面接触的低功率模式进行操作。
在一些实施例中，控制系统基于去往多级压缩系统的气体流量(并且任选地用于为离心压缩提供动力)简单地计算多少离心式压缩机将在低功率模式或正常功率模式下进行操作，并且然后向每个压缩机发送信号以如此进行操作。
因此，控制系统支配用于操作多级压缩系统的离心式压缩机的最高效方式，而不会过度将离心式压缩机停机。这通过减少干气密封件的磨损并且将维修频率和成本最小化来增加压缩机的寿命。这也可以允许更多的电力被“释放”给工艺的其他部分，例如气体生成或任何下游工艺。
电解槽
在一些优选实施例中，用于压缩的气体是氢气，优选通过对水进行电解而生成。因此，在所述实施例中，所述设备包括用于生成氢气的多个电解槽，其中所述多级压缩系统的所述供给端与所述多个电解槽流体流动连通。电解槽至少部分由从所述电力产生系统产生的电力提供动力。
对水进行电解可以由多个电解单元或“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，但在一些情况下，容量可能小于1GW。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供给到多级压缩系统的供给端；
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供给到第二集管的导管。
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)。
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，设备包括至少一个用于消耗压缩气体的下游处理单元，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。
下游处理单元可以是利用气体(例如氢气)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)。
存储系统
在一些实施例中，设备包括用于存储压缩气体的存储系统，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。
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。
在一些实施例中，设备包括第二控制系统，第二控制系统不仅控制从多级压缩系统到存储系统的压缩气体的压力和流量，例如在气体生产超过需求的时段期间，而且控制去往多级存储系统的压缩气体的压力和流量，例如在气体需求超过生产的时段期间。
应当理解，第二控制系统可以与上述关于离心式压缩机的功率模式的控制系统是一体的，或者是分开的。
在一些实施例中，第二控制系统将简单地寻求维持下游工艺的下游集管中的气体的压力。因此，为了连续地向下游工艺提供给定量的气体，压力控制器将维持处于供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供给压力(例如，因为可用的气体多于下游工艺消耗的气体)，则可通过打开通往存储器的供给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供给压力，则通往存储器的供给管线中的阀将关闭。
如果排放集管中的压力下降到所要求的供给压力以下(例如，因为可用的气体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供给压力，表明气体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供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，以便继续将气体从存储器供给回下游工艺。
这种控制系统可以被称为“分程”控制系统。
本发明的方面包括：
#1.一种用于操作用于对具有可变流动速率的气体供给物进行压缩的多级压缩系统的工艺，所述多级压缩系统包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机囊括具有相对密封面的干气体密封件，所述工艺包括：
(a)在经过所述离心式压缩机的所述气体的所述流动速率足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以正常功率模式对所述离心式压缩机进行操作；以及
(b)在经过所述离心式压缩机的所述气体的所述流动速率不足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以至少足以防止所述离心式压缩机中的所述干气体密封件的所述相对密封面接触的低功率模式对所述离心式压缩机，或者如果多于一个，至少一个离心式压缩机进行操作。
#2.根据#1所述的工艺，其中在所述低功率模式下进行操作期间，所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机以相对于最大功率约20％或更低的功率进行操作并且不生成净压缩气体。
#3.根据#1或#2所述的工艺，其中在所述低功率模式下进行操作期间，所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机以介于从约100rpm到约1500rpm的范围内的转子速度进行操作并且不生成净压缩气体。
#4.根据#1到#3中的任意者所述的工艺，其中在所述正常功率模式下进行操作期间，所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机以相对于最大功率约70％或更高的功率进行操作并且任选地生成至少一些净压缩气体。
#5.根据#1到#4中的任意者所述的工艺，其中所述多级压缩系统包括至少一个另外的压缩机，并且在(b)中指定的所述时段期间，所述工艺包括在所述另外的压缩机中对气体进行压缩。
#6.根据#1到#5中的任意者所述的工艺，其中用于压缩的所述气体是氢气。
#7.根据#6所述的工艺，所述氢气是通过对水进行电解而生成。
#8.根据#6或#7所述的工艺，其中通过以下方式将所述气体供给到所述另外的压缩机：从存储器提取经压缩氢气，并且在适当减压后，将所述经减压氢气供给到所述另外的压缩机，所述另外的压缩机在所述低功率模式下位于所述离心式压缩机的下游。
#9.根据#5到#8中的任意者所述的工艺，包括将所述经压缩氢气供给到至少一个下游工艺，用于在所述下游工艺中进行消耗。
#10.根据#9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和/或甲醇。
#11.根据#9或#10所述的工艺，其中在(b)中指定的所述时段期间，所述工艺包括从存储器提取经压缩氢气，并且在适当减压后，将所述经减压氢气供给到所述下游工艺。
#12.一种用于操作根据#1所述的用于对气体进行压缩的多级压缩系统的设备，所述设备包括：
多级压缩系统，用于对气体进行压缩，所述多级压缩系统包括供给端、至少一个离心式压缩机以及出口端，所述至少一个离心式压缩机囊括具有相对密封面的至少一个干气体密封件；
控制系统，用于根据要求基于去往所述多级压缩系统的气体供给物的流量而在正常功率模式和低功率模式之间切换所述离心式压缩机或每个离心式压缩机。
#13.根据#12所述的设备，包括：
电力产生系统，所述电力产生系统用于从至少一种可再生能源产生电力，并且其中用于压缩的所述气体至少部分是使用从所述电力产生系统产生的电力生成。
#14.根据#12或#13所述的设备，包括
多个电解槽，用于生成氢气，
其中所述电解槽至少部分是由从所述电力产生系统产生的电力提供动力，以及
其中所述多级压缩系统的所述供给端与所述多个电解槽流体流动连通。
#15.根据#12到#14中的任意者所述的设备，包括用于消耗压缩气体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。
#16.根据#12到#15中的任意者所述的设备，包括：
存储系统，用于存储压缩气体，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
第二控制系统，用于控制从所述多级压缩系统到所述存储系统的压缩气体的压力和流量，并且用于基于去往所述多级压缩系统的所述气体供给物的所述流量来控制从所述存储系统到所述多级压缩系统的所述压缩机的压缩气体的压力和流量。
附图详细说明
根据图1，通过在一般来说由参考编号2指示的多个电解槽单元中对水进行电解，在约大气压下生成氢气。
在略高于大气压(例如约1.1巴)的压力下将氢气的流4下从电解槽2排出，并且将其供给多级压缩系统20以生成经压缩氢气的流12。在此示例中，多级压缩系统20包括并联布置的四个离心式压缩机，总体用参考编号6指示。
为电解槽2提供动力所要求的电力至少部分由例如风和/或太阳等可再生能源(未示出)产生。然而，在一些实施例中，至少一些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)产生的电力和/或取自本地或国家电网(未示出)。
将来自离心式压缩机6中的每一者的经压缩氢气供给到集管10，并且形成经压缩氢气的组合流12。可以将组合流12供给到压缩的下游级(未示出)或至少一个下游工艺(未示出)。
每个离心式压缩机6电连接到由参考编号30指示的控制系统。控制系统30监测去往多级压缩系统的气流的量，并且要求指示离心式压缩机6中的一个或多个处于低功率模式或正常功率模式(或在它们之间切换)。
例如，在从可再生能源产生的电力(以及可任选地来自非越位蓄电池存储器和/或一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力)(未示出)，以及因此经过离心式压缩机的气体流量足以用于所述多级压缩系统20的正常操作期间，控制系统30指导四个所述离心式压缩机6以正常功率模式(即，以最大、调低或循环操作)进行操作。
然而，在从再生能源产生的电力(以及任选地来自非越位蓄电池存储器和/或一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器产生的电力)(未示出)，以及因此经过离心式压缩机的气体流量不足以用于所述多级压缩系统20的正常操作期间，控制系统30根据要求指导一个、两个、三个或所有四个离心式压缩机6以低功率模式进行操作。如本文中所述，在所述低功率模式下，此低功率模式至少足以防止所述离心式压缩机6或每个离心式压缩机6中的干气密封件的相对密封面接触。
尽管为简洁起见未示出，但多级压缩系统通常包括压缩级之间的中间冷却器和最终级之后的后冷却器。在每个压缩级的上游还可以有相分离器，以从进入压缩级的流除去液体。
图2描述了本发明的第二实施例。相同的参考编号用于表示图2中的流程图中与图1的流程图共有的特征。以下是区别图2的第一实施例与图1所示工艺的特征的讨论。
关于图2，多级压缩系统20具有含有并联布置的所述四个离心式压缩机6的LP区段，并且还包括含有并联布置的四个往复式压缩机的MP区段，总体用参考编号14表示。
将氢气的流4供给到LP区段，于此处，将其从大约1.1巴压缩到大约5巴并且供给到集管10以生成组合流12。然后使用往复式压缩机14将组合流12供给到MP段，于此处将其进一步压缩以生成压力比任何下游工艺(未示出)的压力高约1巴的流16。
在此图中，控制系统30再次监测气流量(例如，基于可用的电力)并且根据要求指导离心式压缩机6中的一个或多个处于低功率模式或正常功率模式(或在它们之间切换)。然而，即使当净压缩气体的流量由于离心式压缩机6中的一个或多个在低功率模式下进行操作而减少时(例如通过将氢气从存储器供给到压缩机14)，包括四个往复式压缩机14的压缩的下游区段的存在允许多级压缩系统继续对氢气进行压缩。
图3描绘了本发明的第二实施例。相同的参考编号用于表示图3中的流程图中与图2的流程图共有的特征。以下是区别图3的第一实施例与图2所示工艺的特征的讨论。
关于图3，所示的设备包括存储系统40。
干燥氢气可以存储在存储系统40中，直到下游工艺的供给压力的最大压力，例如对于氨器具，大约26巴。在这些实施例中，经压缩氢气的流38取自多级压缩系统的出口，通过阀42适当地调整压力，并且供给到存储系统40。
可选地，氢气可以在更高的压力下存储，例如高达50巴或甚至100巴或更高的最大压力。在这样的实施例中，氢气的流38已经从多级压缩系统的出口被去除，在存储压缩系统中被压缩，并且在被供给到存储系统40之前根据要求通过阀42调整压力。
在对氢的需求超过生产的期间，来自存储系统40的氢可以在适当减压(例如，通过阀56)后以流48的形式直接供给到去往下游工艺(未示出)的流16中的氢供给物。在一些实施例中，从存储器提取的氢可以在适当减压后(例如通过阀54)以流46的形式供给到多级压缩系统20的LP区段与MP区段之间的点。在更进一步的实施例中，从存储器提取的氢可以在适当减压(例如通过阀52)后以流44的形式供给到去往包括离心式压缩机6的LP区段的供给物。
在一些实施例中，从存储器提取的氢气以流48的形式供给到下游工艺(未示出)，直到存储系统中的压力降至大约下游工艺的供给压力，此时，阀56关闭并且阀54打开。然后可以将提取的氢气以流46的形式供给到多级压缩系统20的区段之间的点，直到存储系统中的压力降至大约MP区段的供给压力。此时，阀54关闭并且阀52打开，从而将流44中提取的氢气供给到多级压缩系统20的LP区段的供给物。
与仅通过管线48从存储器供给氢气相比，这种将氢从存储器供给到下游工艺的顺序方式的优点在于，它代表了在需求超过生产的时段期间将氢返回到工艺的更节能的方法。
在根据本发明的一些优选实施例中，在其中一个或多个离心式压缩机6以低功率模式进行操作的时段期间，在适当减压(例如，通过阀54)之后，从存储器提取的氢可以流46的形式供给到多级压缩系统20的LP区段与MP区段之间的点。第二控制系统(任选地与第一控制系统整合)可以控制通过阀54提取的氢的流量，使得来自离心式压缩机6的经压缩氢气流补充有来自存储器的氢气。
这具有进一步的优点，即确保尽管一个或多个离心式压缩机6以低功率模式进行操作，但是从流16到下游工艺(未示出)的净压缩氢气的流量的下降最小。
图4示出了具有可再生能源输出的示例的图表。应当理解，可再生能源的数据仅用于例示本发明的示例，并且不旨在反映太阳能输出的真实值。
此示例仅使用太阳能作为可再生能源，但是应该理解的是，此示例可以外推到其他可再生能源、现场蓄电池存储器或一个或多个现场汽油、柴油或氢动力的产生器中的一个或组合，如本文所述。在本示例中使用太阳能是为了简化示例性数据，以便于解释——可以理解的是，使用可再生与不可再生能源的组合将会呈现更复杂的能量输出图，例如，但其工作原理与本文中所述的相同。
从图4中的图(上部)可以看出，从太阳能产生的电力量在一天中(08:00到16:00)是变化的。在此示例中，由太阳能产生的电力用于为电解槽提供动力，并且因此与生成用于压缩的气体量相关。然后，这种气体在例如图1到图3中所示的多级压缩系统等多级压缩系统中的并联布置的四个离心式压缩机中被压缩。所述离心式压缩机的操作的数据在图4的表格中示出，每个离心式压缩机分别标记为1到4。
图4中所示的表格表明依据所生成的气体流量，在低功率模式或正常功率模式下进行超啧啧啧或切换到低功率模式或正常功率模式的离心式压缩机的数目，所生成的气体流量是基于从太阳能产生的电力量。
从图4中的表格可以看出：
(i)在08:00，总电力的20％由太阳能产生，并且因此不存在足够的能量在正常功率模式(NPM)下为所有四个离心式压缩机(1、2、3、4)中的压缩提供足够的气体流流，因此所述四个离心式压缩机处于低功率模式(LPM)；
(ii)在09:00，总电力的40％由太阳能产生，并且因此存在足够的能量在正常功率模式(NPM)下为一个离心式压缩机(1)中的压缩提供足够的气体流量，并且三个离心式压缩机(2、3、4)处于低功率模式(LPM)；
(iv)在10:00，总电力的60％由太阳能产生，并且因此存在足够的能量正常功率模式(NPM)下为两个离心式压缩机(1、2)中的压缩提供足够的气体流量，并且两个离心式压缩机(3、4)处于低功率模式(LPM)；
(v)在11:00，总电力的80％由太阳能产生，并因此存在足够的能量在正常功率模式(NPM)下为三个离心式压缩机(1、2、3)中的压缩提供足够的气体流量，并且一个离心式压缩机(4)处于低功率模式(LPM)；以及
(vi)在12:00，总电力的100％由可再生能源产生，并且因此存在足够的能量在正常功率模式(NPM)下为所有四个离心式压缩机(1、2、3、4)中的压缩提供足够的气体流量。
应当理解，图4所示的示例也可以使用上面给出的一般公式来描述。
在图4中所示的示例中，可以看出，没有一个离心式压缩机响应于全天缺乏从所述太阳能产生的可用电力而被完全停机。因此，这允许处于所述低功率模式或所述正常功率模式的离心式压缩机的数目使得尽可能多地保存可用电力量，而不会过度将离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机停机。因此，这减少了干气密封件的磨损，并且延长了离心式压缩机的寿命，降低了成本。
图5是条形图，示出了根据本发明的示例的用于为并联布置的四个离心式压缩机提供动力的电力量随时间的模拟数据。在此模拟示例中，电解槽中可用于生成气体的电力量决定了供应到离心式压缩机的电力量。用于为电解槽提供动力以生成用于在离心式压缩机中压缩的氢气的模拟电力量是基于可再生能源。每个离心式压缩机的最大功率为10MW，所有四个压缩机的总最大功率为40MW。x轴显示了供应到所有四个离心式压缩机的功率量(从10MW到40MW)，并且y轴大致显示了供应所述功率水平的时间量。这些结果是使用计算机模拟软件生成的，所述计算机模拟软件使用了30多年来收集的关于风能和太阳能可用功率的真实数据。
从这个图可以看出，大约三分之一的时间(60,000小时；6.8年)离心式压缩机总共运行大约10MW的功率，所有四个离心式压缩机都在低功率模式下进行操作。大约还有三分之一的时间(65,000小时；7.4年)离心式压缩机总共运行大约22MW，其中2个压缩机可能处于正常功率模式，并且2个处于低功率模式。大约还有三分之一的时间(55,000小时；6.3年)离心式压缩机总共运行约40MW，所有四个压缩机都以最大功率在正常功率模式下进行操作。任何小于约35MW的峰值都可能导致至少1个离心式压缩机在低功率模式下进行操作。在26MW的LP CC功率下，可能会有2个离心式压缩机以最大功率进行操作，1个离心式压缩机在调低模式下进行操作，并且1个离心式压缩机在低功率模式下进行操作。
因此，图5示出了通过基于经过离心式压缩机的气体流量将离心式压缩机切换到低功率模式可以实现显著的电力节省，这取决于可用的电力。
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 (16)

1. 一种用于操作用于对具有可变流动速率的气体供给物进行压缩的多级压缩系统的工艺，所述多级压缩系统包括至少一个离心式压缩机，所述至少一个离心式压缩机囊括具有相对密封面的干气体密封件，所述工艺包括：
(a) 在经过所述离心式压缩机的气体的流动速率足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以正常功率模式对所述离心式压缩机进行操作；以及
(b) 在经过所述离心式压缩机的气体的流动速率不足以用于所述多级压缩系统的正常操作的时段期间，以至少足以防止所述离心式压缩机中的所述干气体密封件的所述相对密封面接触的低功率模式对所述离心式压缩机，或者如果多于一个，至少一个离心式压缩机进行操作。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中在所述低功率模式下进行操作期间，所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机以相对于最大功率的约20%或更低的功率进行操作并且不生成净压缩气体。
3. 根据权利要求1所述的工艺，其中在所述低功率模式下进行操作期间，所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机以介于约100 rpm到约1500 rpm的范围内的转子速度进行操作并且不生成净压缩气体。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中在所述正常功率模式下进行操作期间，所述离心式压缩机或所述至少一个离心式压缩机以相对于最大功率的约70%或更高的功率进行操作并且任选地生成至少一些净压缩气体。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中用于压缩的所述气体是氢气。
6.根据权利要求5所述的工艺，其中所述氢气由水的电解所生成。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中所述多级压缩系统包括至少一个另外的压缩机，并且其中在(b)中指定的所述时段期间，所述工艺包括在所述另外的压缩机中对气体进行压缩。
8.根据权利要求7所述的工艺，其中通过以下方式将所述气体供给到所述另外的压缩机：从存储器提取经压缩氢气，并且在适当减压后，将所述经减压氢气供给到所述另外的压缩机，所述另外的压缩机在所述低功率模式下位于所述离心式压缩机的下游。
9.根据权利要求5所述的工艺，包括将所述经压缩氢气供给到至少一个下游工艺，用于在所述下游工艺中进行消耗。
10.根据权利要求9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和/或甲醇。
11.根据权利要求9所述的工艺，其中在(b)中指定的所述时段期间，所述工艺包括从存储器提取经压缩氢气，并且在适当减压后，将所述经减压氢气供给到所述下游工艺。
12.一种用于操作根据权利要求1所述的用于对气体进行压缩的多级压缩系统的设备，所述设备包括：
多级压缩系统，用于对气体进行压缩，所述多级压缩系统包括供给端、至少一个离心式压缩机以及出口端，所述至少一个离心式压缩机囊括具有相对密封面的至少一个干气体密封件；
控制系统，所述控制系统用于根据要求基于去往所述多级压缩系统的气体供给物的流量来在正常功率模式和低功率模式之间独立地切换所述离心式压缩机或每个离心式压缩机。
13.根据权利要求12所述的设备，包括电力产生系统，所述电力产生系统用于从至少一种可再生能源产生电力，并且其中用于压缩的所述气体至少部分是使用从所述电力产生系统产生的电力生成。
14. 根据权利要求12所述的设备，包括多个电解槽，用于生成氢气，
其中所述电解槽至少部分是由从所述电力产生系统产生的电力提供动力，以及
其中所述多级压缩系统的所述供给端与所述多个电解槽流体流动连通。
15.根据权利要求12所述的设备，包括用于消耗压缩气体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。
16. 根据权利要求12所述的设备，包括：
存储系统，用于存储压缩气体，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
第二控制系统，所述第二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压缩气体的压力和流量，并且用于基于去往所述多级压缩系统的所述气体供给物的所述流量来控制从所述存储系统到所述多级压缩系统的所述压缩机的压缩气体的压力和流量。
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