一种用于在离心式压缩机中压缩氢气的工艺和装置制造方法及图纸

一种用于产生压缩氢气的工艺，所述工艺包括电解水以生产氢气，以及在多级压缩系统中压缩所述氢气以产生压缩氢气。多级压缩系统包括至少一个离心压缩级，并且氢气在预定的进料温度和压力并具有预定的相对湿度下被进料到离心压缩级。工艺进一步包括根据需要向离心压缩级上游的氢气中添加水和热量，以将氢气加湿至预定的相对湿度。预定的相对湿度。预定的相对湿度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于在离心式压缩机中压缩氢气的工艺和装置


[0001]本专利技术涉及使用离心式压缩机压缩氢气。本专利技术特别涉及提高被进料到多级压缩系统的离心压缩级的氢气中的水蒸汽水平的方法。

技术介绍

[0002]正排量压缩机(诸如往复式压缩机)通常用于工业过程中以压缩氢气。这种类型的压缩机通过将连续体积的气体限制在封闭的空间内来工作，诸如通过使用由曲轴驱动的活塞来输送处于高压的气体。
[0003]对于非常低分子量和高分子量的气体介质，正排量压缩机(诸如往复式压缩机)的性能通常是均匀的。因此，这种类型的压缩机适合于一系列气体，并且特别是适合于氢气的压缩。然而，这些类型的压缩机对于处理大量气体不是优选的。为了做到这一点，由于这些类型压缩机的结构，必须并行使用大量压缩机。这导致相当大的资本支出和操作成本。
[0004]相比之下，离心式压缩机是一种动态压缩机，在这种压缩机中，气体通过旋转叶片或叶轮的机械作用被压缩，这些旋转叶片或叶轮赋予气体速度。气体通常在叶轮的中心处进入，并在旋转运动下被推出至径向边缘，从而以高的速度输送气体，其撞击外壳。气体的速度被转化为静态压力，以输送高压气体。这些类型的压缩机通常更适合以较低的成本处理大量气体。
[0005]然而，这些压缩机通常不适合用于压缩低分子量气体诸如氢气。这是因为由于较低的气体密度，更难建立足够的离心力，从而使高压压缩更加困难。
[0006]因此，对于离心压缩，压力比(对于特定的压缩级，排放压力除以入口压力)对被压缩的气体的分子量高度敏感，并且取决于该分子量。也就是说，具有低分子量的气体的离心压缩可能导致出口处的排放压力低于规定的压力，除非使用额外的叶轮。
[0007]通常，为了在离心压缩系统中压缩低分子量气体，这种系统必须被设计有更多串联的叶轮，以适应降低的气体密度。这种设计显著地增加了压缩系统的成本，并且由于这种系统固有的机械约束而是不期望的。
[0008]因此，在本领域中期望提供一种解决方案，当与低分子量气体一起使用时，该解决方案将允许离心压缩系统以高效的方式维持压力比，而不会显著增加成本。
[0009]目前，专利技术人不知道在离心式压缩机中压缩湿氢气的背景下有解决该问题的任何现有技术。

技术实现思路

[0010]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于产生压缩氢气的工艺，所述工艺包括：
[0011]电解水以产生氢气；和
[0012]在多级压缩系统中压缩所述氢气以产生压缩氢气，
[0013]其中所述多级压缩系统包括至少一个离心压缩级，并且所述氢气在预定的进料温度和压力并且具有预定的相对湿度下被进料到所述离心压缩级，并且
[0014]其中所述工艺包括根据需要向所述离心压缩级上游的所述氢气中添加水和热量，以将所述氢气加湿至所述预定的相对湿度。
[0015]根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于产生压缩氢气的装置，所述装置包括：
[0016]并联布置的多个电解槽，用于电解水以提供氢气；
[0017]电力生成系统，用于生成电力以给所述多个电解槽供电，所述电力生成系统与所述多个电解槽导电连通；
[0018]多级压缩系统，用于压缩所述氢气以提供压缩氢气，所述多级压缩系统包括进料端、出口端和至少一个离心压缩级，所述离心压缩级具有预定的进料温度和压力以及预定的相对湿度，所述进料端经由进料集管与所述多个电解槽流体流动连通；
[0019]饱和器，用于根据需要向所述离心压缩级上游的氢气中添加水和热量，以用于在所述预定的进料温度和压力下将所述氢气加湿至所述预定的相对湿度；和
[0020]分离器，用于从所述离心压缩级上游的所述氢气中去除过量的液态水。
附图说明
[0021]现在将仅通过实例并参考附图来描述本专利技术，其中：
[0022]图1是涉及液态水注入的本专利技术的实施例的简化的流程图；
[0023]图2是涉及去过热蒸汽的注入的本专利技术的另外的实施例的简化的流程图；
[0024]图3是涉及使用饱和塔的本专利技术的又一实施例的简化的流程图；
[0025]图4是涉及使用直接接触式冷却器的本专利技术的另外的实施例的简化的流程图；和
[0026]图5是水的饱和蒸汽压随温度变化的图。
具体实施方式
[0027]术语“氢气”在本文中可以用来指在已经向其中添加水和热量之前和/或之后(即在加湿之前或之后)的氢气。
[0028]本专利技术的工艺包含根据需要添加热量和水，以将氢气加湿至预定的相对湿度(在预定的进料温度和压力下)。相对湿度可以由氢气的绝对湿度(即水蒸汽的质量浓度)确定。氢气的绝对湿度与其温度或压力无关。然而，氢气的相对湿度将取决于其温度和压力。术语“预定的”当关于压缩级的进料温度和压力使用时旨在是指当氢气被进料到特定的压缩级时，为氢气选择的进料条件。例如，这些条件将根据该级是压缩的初始、中间还是最终级而变化。举例来说，具有四个级的多级压缩系统在每个级的入口处可以具有分别为1.1巴、2.5巴、6巴和13.6巴的预定的进料压力，并且在每个级的入口处的预定的进料温度可以为40℃。
[0029]可以针对多级压缩系统的特定设计、进入系统的气体的压力和/或多级压缩系统的出口的所需的排放压力来选择每一级的预定的进料条件，例如其中下游工艺需要规定压力的气体。
[0030]因此，对于本文中对用于压缩级的氢气的“预定的相对湿度”、“预定的进料温度”和“预定的进料压力”的任何提及，应当理解，这些是指所述氢气在其被进料到离心压缩级的点(即，不在该点之前)处的条件。
[0031]这是因为在氢气被进料到压缩级之前，在系统中的不同点处，所述氢气的条件可
能还没有达到预定的条件(温度、压力和相对湿度)。如本文所述的本专利技术的工艺用于在这些预定的进料条件下提供氢气，因此，特别是当讨论相对湿度时，总是将其描述为(除非另有明确说明)好像是在进料温度和压力下测量的，所述进料温度和压力是针对压缩的该级预先确定的。术语“预定的进料条件”或简称“进料条件”或“入口条件”在本文中可以用来指预定的进料温度和预定的进料压力。
[0032]由于预定的进料条件根据所涉及的压缩级而变化，应当理解，本专利技术可以在各种多级压缩系统中实施，而与每个级的预定的进料温度和压力无关。
[0033]术语“绝对湿度”用于指在单位体积的气体中存在的水蒸汽的质量，通常以每立方米气体的水克数(g m
‑3)为单位测量。绝对湿度的值与温度和压力无关，并且对应于氢气的体积中水蒸汽的质量浓度。
[0034]在本专利技术的上下文中，术语“水的摩尔分数”或“水摩尔分数”用于指存在于氢气中的水蒸汽的摩尔量除以氢气中所有组分的总摩尔量，其被表示为无量纲量(mol/mol)。
[0035]术语“相对湿度”在本文中用于指在给定的温度和压力下氢气与水蒸汽的相对饱和水平，并且表示相对于完全水饱和的氢气，在气相中存在的水的浓度。
[0036]可以确定氢气的相对湿度的一种方法是通过测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种用于产生压缩氢气的工艺，所述工艺包括：电解水以产生氢气；和在多级压缩系统中压缩所述氢气以产生压缩氢气，其中所述多级压缩系统包括至少一个离心压缩级，并且所述氢气在预定的进料温度和压力并且具有预定的相对湿度下被进料到所述离心压缩级，并且其中所述工艺包括根据需要向所述离心压缩级上游的所述氢气中添加水和热量，以将所述氢气加湿至所述预定的相对湿度。2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述预定的相对湿度为约70%至100%。3.根据权利要求1所述的工艺，其中水以过量被添加以加湿所述氢气，并且所述预定的相对湿度为约100%。4. 根据权利要求1所述的工艺，其中所述氢气通过以下加湿：确定所述离心压缩级上游的所述氢气中水的摩尔分数；和以一定的流动速率和温度将水注入到所述氢气中，其中根据需要基于水的所述摩尔分数控制所述被注入的水的所述流动速率和温度。5.根据权利要求1所述的工艺，其中所述预定的进料温度为约20℃至约60℃。6.根据权利要求1所述的工艺，其中被进料到所述离心压缩级的所述氢气具有约2.2至约3.5的表观分子量。7. 根据权利要求1所述的工艺，其中所述离心压缩级是所述多级压缩系统中的第一或初始级。8.根据权利要求1所述的工艺，其中所述压缩氢气在至少一个下游工艺中被消耗，并且其中在当由电解产生的氢气比所述下游工艺所需的氢气多时的时段期间，所述工艺包括任选地在另外的压缩之后将过量的压缩氢气进料到存储器中；和其中在当所述下游工艺需要的氢气比由所述电解产生的氢气多时的时段期间，所述工艺包括从存储器中取出压缩氢气，并在适当的减压后，将减压的氢气进料到所述多级压缩系统的级。9.根据权利要求1所述的工艺，其中所述离心压缩级包括出口端和进料端，并且被进料到所述进料端的所述氢气含有在适当的减压后从所述出口端获取的再循环氢气。10.根据权利要求1所述的工艺，其中通过控制被添加的水的温度和/或流动速率，在所述预定的进料温度下将所述氢气进料到所述离心压缩级。11.根据权利要求1所述的工艺，其中所述多级压缩系统包括第一区段和在所述第一区段的下游的至少一个另外的区段。12.根据权利要求1所述的工艺，其中所述多级压缩系统的所有级都是离心压缩级。13.根据权利要求1所述的工艺，其中所述水和热量作为蒸汽被添加以形成组合的蒸汽/氢气流。14.根据权利要求13所述的工艺，其中所述蒸汽是去过热蒸汽。15.根据权利要求14所述的工艺，其中将液态水添加到去过热蒸汽中以提供所述去过热蒸汽。16.根据权利要求13所述的工艺，其中所述组合的蒸汽/氢气流穿过相分离器以从所述氢气中去除液态水，然后将所述氢气进料到所述离心压缩级。
17.根据权利要求1所述的工艺，其中水和热量作为液态水被添加以产生两相组合流。18.根据权利要求17所述的工艺，其中所述两相组合流在被进料到相分离器之前穿过静态混合器，以从所述氢气中去除过量的液态水，然后将所述氢气进料到所述离心压缩级。19.根据权利要求18所述的工艺，包括：从所述相分离器泵送所述液态水以产生泵送的液态水；通过在冷却器中与所述泵送的液态水的间接热交换来冷却压缩氢气，以产生冷却的压缩氢气和加热的液态水；降低所述加热的液态水的压力以产生减压的再循环水；和使用所述减压的再循环水作为被添加到所述氢气中以形成两相组合流的所述液态水的至少一部分。20.根据权利要求19所述的工艺，包括根据需要向所述减压的再循环水中添加补充水。21.根据权利要求1所述的工艺，其中所述水是液态水的形式，所述工艺包括：在饱和塔中用所述液态水加湿所述氢气，所述饱和塔具有顶部、底部和位于它们之间的至少一个传热和/或传质区；从所述饱和塔的所述顶部去除加湿的氢气，并将所述加湿的氢气进料到所述离心压缩级；和从所述饱和塔的所述底部去除过量的液态水。22.根据权利要求21所述的工艺，包括：从所述饱和塔泵送所述液态水以产生泵送的液态水；通过在冷却器中与所述泵送的液态水的间接热交换来冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：