一种用于产生压缩氢气的工艺，工艺包含：电解水以产生氢气，以及在多级压缩系统中压缩氢气，所述多级压缩系统包含：离心压缩级和用于将一部分氢气从离心压缩级的产品端再循环到进料端的再循环系统，其中氢气进料在预定的进料温度和压力以及水的摩尔分数下被进料到进料端，其中一部分氢气从产品端去除，在再循环系统中减压至预定的进料压力，然后再循环以形成至少一部分进入离心压缩级的氢气进料；并且进一步包含冷却包括减压氢气的氢气，使得氢气进料中的水摩尔分数为预定的水摩尔分数。气进料中的水摩尔分数为预定的水摩尔分数。气进料中的水摩尔分数为预定的水摩尔分数。
【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在当氢气被再循环时的时段期间维持被进料到多级压缩系统的离心压缩级的氢气中的水的摩尔分数的方法。
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]所述多级压缩系统包括：
[0014]具有进料端和产品端的离心压缩级，和
[0015]再循环系统，用于将一部分所述氢气从所述离心压缩级的所述产品端再循环到所述进料端，
[0016]其中氢气进料在预定的进料温度和压力并具有预定的水的摩尔分数下被进料到所述离心压缩级的所述进料端；
[0017]其中根据需要从所述产品端去除一部分所述氢气，在任何冷却步骤之前在所述再循环系统中减压至所述预定的进料压力，以提供减压氢气，然后将所述减压氢气再循环以形成至少一部分进入所述离心压缩级的氢气进料；和
[0018]其中所述工艺包括冷却包括所述减压氢气的氢气，使得所述氢气进料中的水的摩尔分数处于所述预定的水的摩尔分数。
[0019]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：
[0020]并联布置的多个电解槽，用于电解水以提供氢气；
[0021]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；
[0022]多级压缩系统，用于压缩氢气以提供压缩氢气，所述多级压缩系统包括：
[0023]入口端、出口端和离心压缩级，所述离心压缩级具有进料端和产品端，所述入口端经由进料集管与所述多个电解槽流体流动连通；和
[0024]再循环系统，与所述离心压缩级的所述产品端和所述进料端流体流动连通，所述再循环系统包括：阀，用于在任何冷却步骤之前将再循环的氢气的压力降低至预定的进料压力以提供减压氢气；
[0025]冷却器，用于冷却所述再循环系统中和/或所述离心压缩级的进料集管中的包括所述减压氢气的氢气。
附图说明
[0026]现在将仅通过实例并参考附图来描述本专利技术，其中：
[0027]图1是本专利技术的第一实例的简化流程图；
[0028]图2是本专利技术的第二实例的简化流程图；
[0029]图3是本专利技术的第三实例的简化流程图。
具体实施方式
[0030]本专利技术涉及维持被进料到离心压缩级的氢气中的水的摩尔分数。
[0031]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)。该术语是指水蒸汽(即气相中的水)的摩尔分数，并且不包括液态水，除非另有明确说明。
[0032]术语“绝对湿度”在本文中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。
[0033]根据氢气的绝对湿度可以确定水的摩尔分数。氢气中水的摩尔分数与其温度或压力无关，除非氢气的温度降低到低于露点温度(在这种情况下，凝结开始以从气相中去除水)。
[0034]当关于压缩级的进料温度和压力使用时，术语“预定的”旨在指由用户为被进料到该特定压缩级的氢气进料选择的条件，通常针对该特定级的最佳操作条件。这些条件将根据该级是压缩的初始、中间还是最后级而变化。
[0035]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，并且在每个级处的预定的进料温度可以为40℃。
[0036]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。
[0037]由于所选择的预定的进料条件可以根据所涉及的压缩级而变化，因此应当理解，本专利技术可以在各种多级压缩系统中实施，而与每一级的特定的预定的进料温度和压力无关。
[0038]作为背景，气体混合物中水的摩尔分数可以使用以下方程来描述：
[0039][0040]其中是水的摩尔分数，是气体混合物中水的摩尔量，并且n
总
是气体混合物中所有组分的总摩尔量。
[0041]在给定的温度下可以处于气体中的水的最大摩尔分数取决于水的饱和蒸汽压。饱和蒸汽压强烈地依赖于温度，并且描述了在给定的温度下可能存在的水蒸汽的最大压力，其通常以Pa为单位表示。通常，温度越高，水的饱和蒸汽压就越高，并且反之亦然。
[0042]如果气体被逐渐冷却，同时维持恒定的压力和水的摩尔分数，存在对于该温度气体将完全被水饱和的点本文档来自技高网...
【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；所述多级压缩系统包括：具有进料端和产品端的离心压缩级，和再循环系统，用于将一部分所述氢气从所述离心压缩级的所述产品端再循环到所述进料端，其中氢气进料在预定的进料温度和压力并具有预定的水的摩尔分数下被进料到所述离心压缩级的所述进料端；其中根据需要从所述产品端去除一部分所述氢气，在任何冷却步骤之前在所述再循环系统中减压至所述预定的进料压力，以提供减压氢气，然后将所述减压氢气再循环以形成至少一部分进入所述离心压缩级的氢气进料；和其中所述工艺包括冷却包括所述减压氢气的氢气，使得所述氢气进料中的水的摩尔分数处于所述预定的水的摩尔分数。2.根据权利要求1所述的工艺，其中将包括所述减压氢气的氢气冷却至所述预定的进料温度的约
±
2℃以内的温度。3.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℃。4.根据权利要求1所述的工艺，其中所述离心压缩级的氢气进料具有在约2.2至约3.5的范围内的表观分子量。5.根据权利要求1所述的工艺，其中冷却后包括减压氢气的氢气的表观分子量等于所述氢气进料的表观分子量。6.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的初始级。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第一区段和在所述第一区段下游的至少一个另外的区段。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，并且其中在由电解产生的氢气比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；和其中在下游工艺需要的氢气比由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，并且在适当的减压之后，将所述氢气从存储器进料到所述多级压缩系统的级。9.根据权利要求8所述的工艺，其中，通过将来自储存器的所述氢气进料到所述多级压缩系统的级上游的中间冷却器，将所述氢气进料到所述级。10.根据权利要求1所述的工艺，其中包括减压氢气的氢气在所述再循环系统中被冷却。11.根据权利要求1所述...
【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：
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