【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于控制工业气体生产综合体中的一种或多种工业气体的生产和存储的方法和系统。更具体来说，本专利技术涉及一种用于控制工业气体生产综合体中的一种或多种工业气体的生产和存储的方法，该工业气体生产综合体具有可变输入电源，如可再生电源。
技术介绍
1、工业气体设备综合体可以包括生产气体或参与气体生产的一个或多个工艺设备。在非限制性实例中，这些气体可以包括：气态形式、液化形式或压缩形式的工业气体、商业气体、医用气体、无机气体、有机气体、燃料气体和绿色燃料气体。
2、人们对利用可再生能源为工业气体设备和工业气体设备综合体供电的方法和系统非常感兴趣。然而，使用可再生能源(如风能、太阳能和潮汐能)的一个显著缺点是这些能源的自然可变性和短暂性质。
3、一般来说，恒定或基本恒定的电力供应对于工业气体设备或工业气体设备综合体是优选的。这使得工业气体设备综合体中的工艺能够以基本恒定和最优的速率运行，以用于工业设备综合体内的一个或多个工艺。
4、因此，可再生电源(例如，风能、太阳能和/或潮汐能)的可变性质和间歇性质对于工业气体设备的操作而言是成问题的。导致电力短缺的输入电力的次优管理可能导致各种工艺的低效运转率和/或停工。这些在时间、支出、气体生产和失去机会方面可能是昂贵的。因此，需要解决这些技术问题的方案，以使工业气体能够在这种装置中高效地产生。
5、这种工业气体的实例是氨。利用水电解产生的氢气和从空气中分离出的氮气来生产氨。这些气体随后被馈入哈伯-博施工艺，在哈伯-博施工艺中，氢气和氮气在
6、人们对使用可再生能源生产氨非常感兴趣。这就是所谓的绿氨。然而，氨合成可能对来自可再生能源的输入能源的变化特别敏感。
7、因此，本领域需要提供更有效的气体生产和存储管理来解决这些问题。
技术实现思路
1、下文以简化的形式介绍了一些概念，以便提供对本公开的一些方面的基本理解。下文不是本公开的广泛概述，并且不旨在标识本公开的关键或重要元件或描绘本公开的范围。下文仅概述了本公开其中的一些概念，作为此后提供的更详细说明的序言。
2、根据第一方面，提供一种控制从工业气体设施向下游工艺供应原料气体的方法，所述工业气体设施包括：工业气体生产设备，所述工业气体生产设备可操作以按照可变生产速率生产原料气体，以供应到所述下游工艺；以及气体存储资源，所述气体存储资源可操作以存储所生产的原料气体，所述方法包括：a)确定通向所述下游工艺的供应进料管线中的原料气体的压力；b)响应于所确定的压力而使用控制系统选择性地控制原料气体从所述供应进料管线流动到所述气体存储资源或从所述气体存储资源流动到所述供应进料管线，以便将通向所述下游工艺的所述供应进料管线中的所述原料气体的压力调节到预定设定点压力；以及c)根据所述气体存储资源的至少一个操作参数而使用控制系统选择性地控制通向所述下游工艺的所述供应进料管线中的原料气体的流动速率。
3、在一个实施例中，第一阀位于从所述供应进料管线到所述气体存储资源的输入进料管线中并且第二阀位于从所述气体存储资源到所述供应进料管线的输出进料管线中，并且其中步骤b)还包括使用所述控制系统来控制所述第一阀和所述第二阀以控制气体流入和流出所述气体存储资源。
4、在一个实施例中，所述控制系统包括压力控制器，并且步骤b)还包括响应于所确定的压力和通向所述下游工艺的所述供应进料管线中的所述原料气体的所述预定设定点压力之间的差而利用所述压力控制器来控制所述第一阀和所述第二阀。
5、在一个实施例中，所述压力控制器包括分程控制器，并且步骤b)包括响应于所述分程控制器的输出值而利用所述分程控制器控制所述第一阀和/或所述第二阀。
6、在一个实施例中，所述方法还包括将增益调度应用于所述分程控制器，使得所述分程控制器的控制响应的增益对于所述第一阀和所述第二阀中的每一个是不同的。
7、在一个实施例中，所述气体存储资源的所述操作参数包括以下中的一个或多个：气体压力；所述存储资源中的平均气体压力；所述存储资源中的气体质量；所述存储资源中的气体压力变化率；和/或所述存储资源中的气体质量变化率。
8、在一个实施例中，步骤c)还包括：d)确定所述气体存储资源的所述操作参数的值；e)根据所确定的值选择通向所述下游工艺的所述原料气体的设定点进料流动速率；以及f)响应于所选择的设定点进料流动速率而控制所述供应进料管线中的一个或多个阀。
9、在一个实施例中，步骤e)还包括响应于所述气体存储资源的所述操作参数的所确定的值而从存储器或查找表选择所述设定点进料流动速率。
10、在一个实施例中，在步骤e)之后，所述方法还包括：g)迭代地重复步骤d)至步骤f)，并且如果新选择的设定点进料流动速率的值不同于在前一迭代中选择的设定点进料流动速率的先前值，则所述方法还包括：h)使所述设定点进料流动速率在预定的时间段内在所述先前值和所述新值之间变化。
11、在一个实施例中，所选择的设定点压力是恒定压力。
12、在一个实施例中，所述工业气体生产设备至少部分地由包括一个或多个可再生电源的电力供应网络供电，其中所述电力供应网络具有随时间可变的可用电力水平，并且其中所述工业气体生产设备的所述原料气体生产速率至少部分地响应于所述电力供应网络的所述可用电力水平而可变。
13、在一个实施例中，压缩区段位于所述工业气体生产设备的下游，以对所生产的原料气体进行压缩。在一实施例中，所述压缩区段位于所述工业气体生产设备和通向所述下游工艺的供应出口之间的所述供应进料管线中，所述压缩区段位于所述输入存储进料管线的上游和所述输出存储进料管线的下游。
14、在一个实施例中，所述工业气体生产设备包括氢气生产设备，并且所述下游工艺包括氨生产工艺。
15、在一实施例中，提供一种控制从工业气体设施向下游工艺供应原料气体的方法，所述工业气体设施包括由电力网络供电的工业气体生产设备，所述电力网络包括一个或多个可再生电源并且包括具有通向所述下游工艺的供应出口的供应进料管线和可操作以存储原料气体的气体存储资源，所述气体存储资源具有输入存储进料管线以及输出存储进料管线，所述输入存储进料线和所述输出存储进料管线各自与所述供应进料管线流体连通以在它们之间形成存储进料回路，所述工业气体生产设备可操作以按照可变生产速率生产原料气体以供应到所述下游工艺，并且从所述工业气体生产设备供应到所述下游工艺的气体的压力至少部分取决于所述可变生产速率，所述方法包括：a)确定通向所述下游工艺的供应进料管线中的原料气体的压力；b)响应于所确定的压力而使用控制系统选择性地控制原料气体从所述供应进料管线流动到所述气体存储资源或从所述气体存储资源流动到所述供应进料管线，以便将通向所述下游工艺的所述供应进料管线中的所述原料气体的压力调节到预定设定点压力；以及c)根据所述气体存储资源的至少一个操作参数而使用控制系统选择性地控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种控制从工业气体设施向下游工艺供应原料气体的方法，所述工业气体设施包括：工业气体生产设备，所述工业气体生产设备可操作成以可变生产速率生产原料气体来用于供应到所述下游工艺；以及气体存储资源，所述气体存储资源可操作成存储所生产的原料气体，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一阀位于从所述供应进料管线到所述气体存储资源的输入进料管线中并且第二阀位于从所述气体存储资源到所述供应进料管线的输出进料管线中，并且其中步骤b)还包括使用所述控制系统来控制所述第一阀和所述第二阀以控制气体流入和流出所述气体存储资源。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述控制系统包括压力控制器，并且步骤b)还包括响应于所确定的压力和通向所述下游工艺的所述供应进料管线中的所述原料气体的所述预定设定点压力之间的差来利用所述压力控制器控制所述第一阀和所述第二阀。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述压力控制器包括分程控制器，并且步骤b)包括响应于所述分程控制器的输出值来用所述分程控制器控制所述第一阀和/或所述第二阀。
5.根据权利要求4所述的方法，所
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体存储资源的所述操作参数包括以下中的一个或多个：气体压力；所述存储资源中的平均气体压力；所述存储资源中的气体质量；所述存储资源中的气体压力变化率；和/或所述存储资源中的气体质量变化率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤e)还包括响应于所述气体存储资源的所述操作参数的所确定的值来从存储器或查找表选择所述设定点进料流动速率。
9.根据权利要求7所述的方法，在步骤e)之后，所述方法还包括：
10.根据权利要求1所述的方法，其中所选择的设定点压力是恒定压力。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述工业气体生产设备至少部分地由包括一个或多个可再生电源的电力供应网络供电，其中所述电力供应网络具有随时间可变的可用电力水平，并且其中所述工业气体生产设备的所述原料气体生产速率可至少部分地响应于所述电力供应网络的所述可用电力水平来变。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述工业气体生产设备包括氢生产设备，并且所述下游工艺包括氨生产工艺。
13.一种用于控制从工业气体设施向下游工艺供应原料气体的系统，所述工业气体设施包括：工业气体生产设备，所述工业气体生产设备可操作成以可变生产速率生产原料气体来用于供应到所述下游工艺；以及气体存储资源，所述气体存储资源可操作成存储所生产的原料气体，所述系统包括：
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述压力控制器包括比例-积分控制器。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述压力控制器包括分程控制器，所述分程控制器配置成产生分程输出值，并且配置成响应于所述分程输出值来控制多个阀。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述分程控制器包括增益调度，使得所述分程控制器的控制响应的增益对于所述阀中的每个是不同的。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述气体存储资源的所述操作参数包括以下中的一个或多个：气体压力；所述存储资源中的平均气体压力；所述存储资源中的气体质量；所述存储资源中的气体压力变化率；和/或所述存储资源中的气体质量变化率。
18.根据权利要求13所述的系统，所述系统还配置成：
19.根据权利要求13所述的系统，其中压缩区段位于所述工业气体生产设备的下游，以对所生产的原料气体进行压缩。
20.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储指令的程序，其可由机器执行来实行控制从工业气体设施向下游工艺供应原料气体的方法，所述工业气体设施包括：工业气体生产设备，所述工业气体生产设备可操作成以可变生产速率生产原料气体来用于供应到所述下游工艺；以及气体存储资源，所述气体存储资源可操作成存储所生产的原料气体，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种控制从工业气体设施向下游工艺供应原料气体的方法，所述工业气体设施包括：工业气体生产设备，所述工业气体生产设备可操作成以可变生产速率生产原料气体来用于供应到所述下游工艺；以及气体存储资源，所述气体存储资源可操作成存储所生产的原料气体，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一阀位于从所述供应进料管线到所述气体存储资源的输入进料管线中并且第二阀位于从所述气体存储资源到所述供应进料管线的输出进料管线中，并且其中步骤b)还包括使用所述控制系统来控制所述第一阀和所述第二阀以控制气体流入和流出所述气体存储资源。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述控制系统包括压力控制器，并且步骤b)还包括响应于所确定的压力和通向所述下游工艺的所述供应进料管线中的所述原料气体的所述预定设定点压力之间的差来利用所述压力控制器控制所述第一阀和所述第二阀。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述压力控制器包括分程控制器，并且步骤b)包括响应于所述分程控制器的输出值来用所述分程控制器控制所述第一阀和/或所述第二阀。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括将增益调度应用于所述分程控制器，使得所述分程控制器的控制响应的增益对于所述第一阀和所述第二阀中的每个是不同的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体存储资源的所述操作参数包括以下中的一个或多个：气体压力；所述存储资源中的平均气体压力；所述存储资源中的气体质量；所述存储资源中的气体压力变化率；和/或所述存储资源中的气体质量变化率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤e)还包括响应于所述气体存储资源的所述操作参数的所确定的值来从存储器或查找表选择所述设定点进料流动速率。
9.根据权利要求7所述的方法，在步骤e)之后，所述方法还包括：
10.根据权利要求1所述的方法，其中所选择的设定点压力是恒定压力。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述工业...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱忠祥，D·M·埃斯皮，G·R·威尔逊，
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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