气体填充方法和填充站的制作方法_2

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一可能的实施例的图1的站的细节的示意性局部视图,
[0044] -图3是本发明的一般工作原理的示意性局部视图。
【具体实施方式】 W45] 通过非限制性示例的方式示出的填充站100是设置成用于进行在高压下(例如在 300己和850己之间的压力下)填充气态氨罐8的站。
[0046] 传统地,填充站100包括数个缓冲容器1、2、3(在运个非限制性示例中为=个)。
[0047] 每个缓冲容器1、2、3是设置用于容纳被加压至给定压力的气态氨的一个或一组 罐。所述站100包括流体回路11、12、13、4、5、6,所述流体回路包括多个管道和阀。该回路 11、12、13、4、5、6被连接至缓冲容器1、2、3。该回路包括用于连接到至少一个气态氨源14、 15W便能够用来自至少一个源14、15的气体填充所述至少一个缓冲容器1、2、3的第一端 4、5。
[0048] 氨气的(多个)源14、15可常规地包含W下至少一种:处于1. 3bar油S(己,绝对 压力)至2(K)barabs之间的压力下的氨气网络14,W及用于产生氨气的部件15如电解槽, 天然气重整器("SMR"),甲醇裂化装置,自热重整("ATR")装置,部分氧化("P0X")装 置等。
[0049] 回路11、12、13、4、5、6包括配备有至少一个填充管6的第二端,该填充管旨在(经 由适当的连接器66)可拆卸地连接至待填充的罐8。
[0050] 更具体地,缓冲容器1、2、3经由各自的阀11、12、13并联连接至填充管6。
[0051] 同样,一个、两个或两个W上的气体源14、15可W经由各自的阀24、25并联连接至 填充管6。
[0052] 填充管6可在连接器66的上游包括一个或如本实例所示的两个压缩机67、7。所 述两个压缩机67、7可串联定位并各配备有相应的上游阀16、26W及配备有相应的下游阀 17、27。如图所示,也可设置用于绕过下游压缩机7 (连接器66侧)的旁通管18。旁通管 18可包括两个阀19和119,并且可W是将缓冲容器1、2、3连接至填充管6的收集管。旁通 管18也使得能够经由所述(多个)压缩机67、7填充缓冲容器1、2、3。
[0053] 此外,如由虚线所示,缓冲罐21可W任选地同时设置有填充管6W便在压缩前存 储来自所述源的气体。最终,在本身已知并示意性示出的方式,用于冷却输送到罐8的气体 的冷却系统22 (热交换器等)可W任选地设置在回路中,例如填充管6的下游部分中。
[0054] W已知的方式,运样的体系结构使得能够通过压缩由一个或多个氨气源14、15供 应的气体在给定的压力下填充缓冲罐1、2、3。缓冲容器1、2、3然后可用于通过"级联填充" 来填充罐8。在必要时,所述(多个)压缩机67、7可W完善或补充运些压力平衡阶段(可 W参考例如上面引用的文献中所述的内容)。 阳化5] 站100可包括用于控制该填充站的电子逻辑控制器20,所述电子逻辑控制器20可 W特别控制该回路的至少一个阀,例如用于进入压缩机67、7的气体的进气阀和/或压缩机 67、7的开关。电子逻辑控制器20包括例如执行存储和计算功能的微处理器,W及如有必 要,用户界面。
[0056] 根据一个有利的具体特征,所述站100使得可W确定用于填充缓冲容器1、2、3的 氨气中的至少一种杂质的当前浓度。更具体地,缓冲容器1、2、3中的杂质的浓度在填充运 些容器的过程中连续地被测量和/或被计算。此外,当该杂质浓度达到给定的阔值时(例 如,下游使用(由待填充的罐8供应的燃料电池)的最大规格耐受性),缓冲容器1、2、3的 填充被停止。W运种方式,填充站100可W保证预定的氨气纯度。
[0057] 运样,本发明使得可W从缓冲容器1、2、3允许的杂质的可稀释性获益。压缩机67、 7的停机和/或阀的关闭和/或缓冲容器的填充的停止因此仅在引入缓冲容器1、2、3的杂 质总量高于可导致罐8中的杂质水平不可接受(超出规格)的阔值时进行。
[0058] 运个解决方案使得能够吸收瞬时不纯气体的数量。实际上,通常,由源14、15供应 的氨气的杂质是上游生产装置的瞬时故障造成的。
[0059] 也就是说,氨气因此包含零星的/偶尔发生的杂质"浪"。用于生产或净化氨气的 工业过程都具有用于自动控制氨气纯度和使氨回到规格内的装置。例如,在通过PSA净化 的情况下,运是通过在等同流速下减少吸附器生产时间进行的。
[0060] 本发明使得可W吸收运些不定时的杂质而不影响供应到下游罐8的氨气的纯度 规格,同时减少或消除氨气浪费。
[0061] 确定至少一种杂质的当前浓度可通过借助于至少一个杂质浓度传感器的测量装 置9进行。例如,所述传感器包括测量气体样品中的化学品(杂质)浓度的气体分析器。如 图1所示,运个或运些传感器由参考标号9代表并且可定位在氨气源14、15中和/或填充 站100的流体回路中,压缩机67、7的上游。也可提供传感器10(例如流量计)W便确定在 缓冲容器的填充过程中实时输送到缓冲容器1、2、3内的气体量。
[0062] 因此,所供应的气体的杂质浓度和量可W在填充站100的入口处连续测量。因此, 杂质浓度可W从引入缓冲容器的气体中的杂质浓度W及引入缓冲容器的气体量计算得出。 该浓度可W被测量或由源给出。气体的质量可W通过任何常规方法(特别是流量计)进行 测量。可替代地或组合地,该浓度可W直接在缓冲容器中测量(经由适当的(多个)传感 器和(多个)分析器)。
[0063] 流量传感器10与对应的相邻阀24(分别地25)之间的回路的第一端的管4(分别 地5)的部分的尺寸设置成具有给定体积,使得气体在浓度传感器9与相邻阀24、25之间的 停留时间大于所述浓度传感器9的响应时间。
[0064] 如下面参照图2所述,可替代地或组合地,运个停留时间也可W由定位在流量传 感器9、10和位于下游的相邻阀24 (分别地25)之间的加压存储装置23获得。 W65]例如,可W根据表达式如鮮为标号为"k"的每次填充W及标号为i的每个缓冲容 器计算或测量作为时间"t"的函数的杂质浓度"q",其中k= 1,2,3...和i= 1,2,3。
[0066] 该浓度如(?)应不大于阔值Qmax-一其为例如气体规格中杂质含量的最大值(参照 图3,当该浓度达到阔值Qm。、时,"0"则填充被中断叩",否则"N"填充继续)。
[0067] 可为每次填充k和每个罐i记录浓度q。杂质浓度特别在填充步骤结束时被计算, 此时缓冲容器1中的压力P已达到其最大阔值PMAX(或者如果填充因另一原因而提前中 断)。 W側对于缓冲容器i的每个填充步骤k,杂质的量gfW(例如Wppm计)可根据下面 公式计算:
[0070] 就是说,计算的或预先已知的残留杂质量(左边的项)被添加到当前杂质量中 (根据右边的项,杂质含量和压缩流量的积分)。
[0071] 其中t表示填充步骤的时间,FT(X)是由传感器10测出的或计算出的气体的总质 量或摩尔流率,AT(X)是在时刻X的杂质质量或摩尔浓度。 阳07引质量流率FT(X)优选通过流量计10测量,如图1所示。当然,该气体流率可W在 压缩机67、7的入口侧或出口侧被测量。
[0073] 当然,运种质量流率可替代地通过测量容器1、2、3中压力的增加(通过测量缓冲 容器中或入口处的压力)按下列公式计算:
[0075] P和T是(测出或估出的)缓冲容器编号i中的压力和溫度,Z是氨气在压力P下 压缩能力的系数,R是理想气体常数,X是时间。
[0076] 在运种结构中,缓冲容器编号i(i= 1,2或3)的填充可W在压力P=PMAX时停 止,此时式4 (0 >斯,(气体超出规格),或缓冲容器i中的压力达到最大允许工作压力(缓 冲容器充满)。
[0077] 所述站100然后切换并根据相同原理填充下一个缓冲容器i+1。
[0078] 在后续填充循环k+1期间缓冲容器i的填充仅在缓冲容器i中的压力低于最大工 作压力时W及当读数AT<Qm。、时重新开始,也就是说,由源14、15供应的氨气已再次变成 好的质量W便能够"清理"缓冲容器(即降低缓冲容器中的污染物浓度)。
[00巧]因此,填充站100可W在缓冲容器1、2、3中计算和管理源14、15中的不定时杂质 的稀释。
[0080] 站100因此不再由于站100的入口处的气体纯度的标准,而是由于缓冲容器1、2、 3本身的气体纯度的标准(被测量和计算)而进行停机。
[0081] 被考虑的一种或多种杂质可包括例如W下至少一者:一氧化碳(CO),水化0),含 硫或面代化合物,C〇2,氮气,氮气,N&,控类,〇2和氣气
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