为氨和/或氢生产提供冷却水的装置和方法与流程

本发明涉及提供冷却水用作用于不同元件(例如，热交换器等)的冷却介质，这些不同元件用于为制氨和/或制氢提供冷却。一些实施例可以与绿色氢和/或绿色氨生产结合使用，其可以为氢和氨的生产利用可再生能源。

背景技术：

1、可以提供绿色制氨，以便通过使用来自可再生能源(例如，太阳能、风能、水力发电等)的电力来制备氨。可以由可再生能源提供的氨生产的示例也可以从例如欧洲专利申请公开号ep 3 957 772 a1和国际公开号wo 2021/089276和wo 2022/089820中了解。氢生产可以通过使用一个或多个电解槽来提供。用于氢的生产的系统的示例可以从美国专利申请公开号2022/0290309中了解。

技术实现思路

1、设备通常使用冷却水回路，该回路可以提供单一温度水平的冷却水系统以提供供设备使用的冷却水。然而，已经确定，使用冷却水回路输出处于单一温度的冷却水可能会给大规模操作带来制造和组装问题，因为可能需要大型冷却回路来提供流量足够大的冷却水供设施使用。

2、进一步地，已经确定，这种类型的单一温度冷却水方法可能导致在不必要的低温下产生过多的冷却水。例如，在一些大型设施中，整个冷却水回路可能设计为在所需的最低工作温度下生产水，即使其中很大一部分水可以在较高温度下用于冷却。

3、还认识到，大规模操作可能需要大量的冷却水。冷却回路中用于提供这种水的导管和其它元件的尺寸可能非常大，并且可能需要定制制造来制造并组装设备建设所需的导管和其它元件。例如，在这种设施中可能需要直径超过3米的导管。这种类型的确定尺寸问题可能会带来严重的组装和制造问题，并使与组装和施工相关联的成本非常高。此外，其它元件(例如，罐等)的确定尺寸可能需要非常大，这可能会造成类似的组装和制造问题(例如，需要定制设计、由于尺寸大和客户确定尺寸大而使施工复杂、产生大量的制造和组装资本成本等)。

4、已经开发了一种装置的实施例和一种方法的实施例，该装置和该方法可适用于提供用于氨生产和/或氢生产的冷却水，并且可适用于为安装和操作提供改进的操作灵活性以及较低的资本成本和改进的安全和维护特征。进一步地，一些实施例可以降低与冷却水使用相关联的操作成本，并且还可以提供与操作相关联的增强的生态影响。认为，实施例对于绿色氨和绿色氢生产设施或绿色氨生产设施特别有益，这些设施可以包括制氨，该制氨由氢设备提供的氢(h2或h2)和空气分离单元(asu)提供的氮(n2或n2)形成氨(nh3或nh3)。在一些实施例中，asu可以是独立的单元，或可以是包括在氢设备中的单元，以促进氢生产和氮生产以向氨生产设备供给氢和氮。

5、实施例还可以为能够生产氢、绿色氢或提供液氢生产的设备(例如，为氢管道供应生产氢等)进行构造和安置。

6、例如，用于为制氨和制氢提供冷却水的装置可以包括能够提供处于第一温度的冷却水的第一冷却塔和能够提供处于高于第一温度的第二温度的冷却水的第二冷却塔。被供给到这些冷却塔的冷却水可以包括海水(例如，经预处理的海水、经由反渗透和/或纳滤处理的海水等)。第一冷却塔可以向一个或多个热交换器提供处于第一温度的第一冷却水流作为冷却介质以冷却制氨设备的一股或多股流以及还用于氢生产设备的一股或多股流。第一流可以被分流，使得第一冷却水流的第一部分被供给到第一热交换器以对制氨提供冷却，并且第一冷却水流的第二部分被供给到第二热交换器以对氢生产提供冷却。第二冷却塔可以输出处于第二温度的第二冷却水流以供给到第三热交换器以为从氢生产设备的气体冷却器和/或电解质冷却器接收的一股或多股流提供冷却。从第二冷却塔输出的冷却水的第二温度可以比第一温度高至多10℃，或可以是比从第一冷却塔输出的冷却水的第一温度高的另一合适温度。在一些实施方式中，第二温度可以比第一温度高0.5℃以上且比第一温度高小于或等于10℃，可以比第一温度高0.5℃至7℃，可以比第一温度高1℃至10℃，或是比从第一冷却塔输出的冷却水的第一温度高的另一合适温度。在一些实施方式中，可以设想，第二温度也可以比第一温度高10℃以上(例如，高2℃至20℃、高5℃至15℃、高1℃以上且高小于或等于25℃等)。

7、氢设备(也可以称为氢生产设备)可以是绿色氢设备，其可以包括空气分离单元(asu)和用于从水生产氢的电解槽。氢设备也可以包括变压器冷却器和整流器冷却器、气体冷却器和电解质冷却器。制氨可以包括用于由氢设备生产的氢和asu输出的氮形成氨的加工装备。制氨可以完全或至少部分由至少一种可再生能源(例如，太阳能、风能、水力发电能、波浪动力源等)供电。氢生产设备也可以完全或至少部分由可再生能源供电。第一冷却塔可以被布置并被构造成提供冷却水供这些设备元件中的一些设备元件(例如，asu、压缩系统元件、脱氧单元等)使用。第二冷却塔可以被布置并被构造成向可以利用较高温度的冷却水流的其它设备元件(例如，电解槽电解质冷却器、产物冷却器)提供冷却水

8、在第一方面，提供了一种用于为氨和/或氢生产提供冷却水的装置。该装置可以包括第一冷却回路和第二冷却回路，该第一冷却回路包括被构造成输出处于第一预选温度的第一冷却水流的第一水冷却塔，第二冷却回路包括被构造成输出处于第二预选温度的第二冷却水流的第二水冷却塔。第一水冷却塔可以被安置并被构造成向以下中的至少一者供给第一冷却水流：(i)至少一个第一热交换器，以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体；(ii)氨设备，以向氨设备提供冷却介质；(iii)至少一个第二热交换器，以冷却从空气分离单元(asu)和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体；和(iv)氢设备的制氢和/或asu，以向氢设备和/或asu提供冷却介质。第二水冷却塔可以被安置并被构造成向至少一个第三热交换器供给第二冷却水流以冷却从氢设备的一个或多个气体冷却器和/或氢设备的至少一个或多个电解质冷却器输出的至少一种流体。

9、在第一冷却水流被供给到至少一个第二热交换器并且没有第一冷却水流的一部分被供给到该至少一个第一热交换器的实施例中，至少一个第二热交换器可以被认为是至少一个第一热交换器，并且至少一个第三热交换器可以被认为是至少一个第二热交换器。

10、在第一冷却水流被供给到(ii)氨设备以向氨设备提供冷却介质和/或(iv)氢设备的制氢和/或asu以向氢设备和/或asu提供冷却介质的实施例中，可以不使用第一热交换器和第二热交换器，并且至少一个第三热交换器可以被认为是至少一个第一热交换器。

11、在一些实施例中，第一水冷却塔可以被安置并被构造成向以下中的仅一者供给第一冷却水流：(i)至少一个第一热交换器，以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体；(ii)氨设备，以向氨设备提供冷却介质；(iii)至少一个第二热交换器，以冷却从空气分离单元(asu)和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体；和(iv)氢设备的制氢和/或asu，以向氢设备和/或asu提供冷却介质。

12、在其它实施例中，第一水冷却塔可以被安置并被构造成向以下中的仅两者供给第一冷却水流：(i)至少一个第一热交换器，以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体；(ii)氨设备，以向氨设备提供冷却介质；(iii)至少一个第二热交换器，以冷却从空气分离单元(asu)和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体；和(iv)氢设备的制氢和/或asu，以向氢设备和/或asu提供冷却介质。

13、例如，实施例可以被构造成使得第一水冷却塔可以被安置并被构造成向以下供给第一冷却水流：(i)至少一个第一热交换器，以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体；和/或(iii)至少一个第二热交换器，以冷却从空气分离单元(asu)和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体。作为另一示例，实施例可以被构造成使得第一水冷却塔可以被安置并被构造成向以下供给第一冷却水流：(ii)氨设备，以向氨设备提供冷却介质，和/或(iv)氢设备的制氢和/或asu，以向氢设备和/或asu提供冷却介质。

14、在第二方面，第二预选温度可以高于第一预选温度。第一预选温度也可以低于第二预选温度。例如，在一些构造中，第二预选温度可以比第一预选温度高1℃至40℃。作为另一示例，第二预选温度可以高于第一预选温度并且介于10℃和60℃之间、介于30℃和50℃之间、介于30℃和40℃之间或大于30℃，并且第一预选温度可以低于第二预选温度并且是大于0℃且小于或等于40℃、介于15℃和40℃之间、介于20℃和30℃之间或介于25℃和30℃之间的温度。

15、在第三方面，第一冷却回路可以是闭环回路，并且第二冷却回路可以是闭环回路。

16、在第四方面，该装置可以被构造成在氢设备中使用和/或用于制氢并且不利用氨设备。氢设备的制氢可以包括一个或多个电解槽。在一些构造中，氢设备可以被构造用于绿色氢生产，可以向至少一条供应管线或管道供应氢，或可以用于液态氢的生产。

17、在第五方面，该装置可以包括氨设备和氢设备。氢设备可以连接到氨设备以向氨设备供给来自制氢的氢和来自asu的氮。在此类实施例中，第一水冷却塔可以被安置并被构造成向至少一个第一热交换器供给第一冷却水流的第一部分以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体，并且还向至少一个第二热交换器供给第一冷却水流的第二部分以冷却从氢设备的asu和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体。在一些构造中，氨设备可以是绿色氨设备，并且氢设备可以是绿色氢生产设备。氢设备的制氢可以包括一个或多个电解槽。

18、在第六方面，该装置可以包括可连接在至少一个第一热交换器至少一个第一热交换器和氨设备之间的第一膨胀鼓、可连接在至少一个第二热交换器和asu和/或氢设备的制氢之间的第二膨胀鼓和/或可连接在至少一个第三热交换器和氢设备的一个或多个气体冷却器和/或氢设备的一个或多个电解质冷却器之间的第三膨胀鼓。

19、一些实施例可以使用第一膨胀鼓、第二膨胀鼓和第三膨胀鼓。其它实施例可以仅使用第二膨胀鼓和第三膨胀鼓。在此类实施例中，第二膨胀鼓可以被认为是第一膨胀鼓，并且第三膨胀鼓可以被认为是第二膨胀鼓轮。

20、在又其它实施例中，可以仅使用第二膨胀鼓或仅使用第三膨胀鼓。在此类实施例中，所使用的膨胀鼓可以被认为是第一膨胀鼓。

21、在又其它实施例中，可以使用第一膨胀鼓和第三膨胀鼓。在此类实施例中，第三膨胀鼓可以被认为是第二膨胀鼓。

22、在第七方面，从氨设备输出的至少一种流体可以包括水，从氢设备的asu和/或氢设备的制氢输出的至少一种流体可以包括水，并且从氢设备的一个或多个气体冷却器和/或氢设备的至少一个或多个电解质冷却器输出的至少一种流体可以包括水。

23、在第八方面，水源可以连接到第一冷却塔和第二冷却塔以向第一冷却水供给水以形成第一冷却水流，并且向第二冷却水供给水以形成第二冷却水流。水源的水可以是经预处理的海水，可以包括淡水，或可以是经预处理的淡水。

24、在第九方面，第一冷却塔还可连接到蒸汽轮机冷凝器以向蒸汽轮机冷凝器供给第一冷却水流的第三部分以冷凝被供给到蒸汽轮机冷凝器的蒸汽。在第一冷却水流的第一部分被供给到至少一个第二热交换器并且没有第一冷却水流的任何部分被供给到至少一个第一热交换器的实施例中，这个第三部分可以被认为是第一冷却水流的第二部分。

25、在第十方面，第一方面可以与第二至第九方面中的任何一者或第二至第九方面的任何组合相结合。因此，应当了解，上述示例性第二方面至第九方面(例如，第二方面、第三方面、第四方面、第五方面、第六方面、第七方面、第八方面和第九方面)可以并入到该装置的其它实施例中。实施例还可以利用本文所讨论的其它元件。

26、在第十一方面，提供了一种用于为氨和/或氢生产提供冷却水的方法。该装置的实施例可以被构造成使用这种方法的实施例。该方法的实施例可以包括向以下中的至少一者供给从具有第一预选温度的第一冷却塔输出的第一冷却水流：(i)第一热交换器，以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体；(ii)氨设备，以向氨设备提供冷却介质；(iii)第二热交换器，以冷却从空气分离单元(asu)和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体；和(iv)氢设备的制氢和/或asu，以向氢设备和/或asu提供冷却介质。该方法还可以包括向至少一个第三热交换器供给从第二冷却塔输出的第二冷却水流以冷却从氢设备的一个或多个气体冷却器和/或氢设备的一个或多个电解质冷却器输出的至少一种流体，从第二冷却塔输出的第二冷却水流具有比第一预选温度高的第二预选温度。

27、如上所述，在第一冷却水流被供给到至少一个第二热交换器并且没有第一冷却水流的一部分被供给到该至少一个第一热交换器的实施例中，至少一个第二热交换器可以被认为是至少一个第一热交换器，并且至少一个三次热交换器可以被认为是至少一个第二热交换器。

28、此外(如上所述)，从具有第一预选温度的第一冷却塔输出的第一冷却水流的供给可以包括以下中的一者或两者：(i)向至少一个第一热交换器供给第一冷却水流的一部分以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体；(ii)向氨设备供给第一冷却水流的一部分以向氨设备提供冷却介质；(iii)向至少一个第二热交换器供给第一冷却水流的一部分，以冷却从asu和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体；和(iv)向氢设备的制氢和/或asu供给第一冷却水流的一部分以向氢设备和/或asu提供冷却介质。

29、例如，从具有第一预选温度的第一冷却塔输出的第一冷却水流的供给可以包括以下中的一者：向氨设备供给第一冷却水流的第一部分以向氨设备提供冷却介质或向氢设备的制氢和/或asu供给第一冷却水流的第一部分以向氢设备和/或asu提供冷却介质。

30、作为另一示例，从具有第一预选温度的第一冷却塔输出的第一冷却水流的供给可以包括向氨设备供给第一冷却水流的第一部分以向氨设备提供冷却介质以及还向氢设备的制氢的和/或asu供给第一冷却水流的第二部分以向氢设备和/或asu提供冷却介质。

31、作为又一示例，从具有第一预选温度的第一冷却塔输出的第一冷却水流的供给可以包括向至少一个第一热交换器供给第一冷却水流的第一部分以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体及/或向至少一个第二热交换器供给第一冷却水流的第二部分以冷却从asu和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体。

32、作为又一示例，从具有第一预选温度的第一冷却塔输出的第一冷却水流的供给可以包括以下中的一者：(a)向至少一个第一热交换器供给第一冷却水流的第一部分以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体；或(b)向至少一个第二热交换器供给第一冷却水流的第一部分以冷却从asu和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体(其中至少一个第二热交换器可以被认为是本文所讨论的至少一个第一热交换器)。

33、在第十二方面，从第一冷却塔输出的第一冷却水流的供给可以包括向至少一个第一热交换器供给从第一冷却塔输出的第一冷却水流的第一部分以冷却从被构造成输出氨的氨设备输出的至少一种流体以及向至少一个第二热交换器供给第一冷却水流的第二部分以冷却从氢设备的asu和/或被构造成形成氢的氢设备的制氢输出的至少一种流体。

34、在第十三方面，对于一些实施方式，第二预选温度可以可以比第一预选温度高1℃至40℃。例如，第二预选温度可以在10℃和60℃之间、30℃和50℃之间、30℃和40℃之间或大于30℃，并且第一预选温度可以大于0℃且小于或等于40℃，在15℃和40℃之间、20℃和30℃之间或25℃和30℃之间，同时也低于第二预选温度。

35、在第十四方面，第一水冷却塔可以包括在是闭环回路的第一冷却回路中，并且第二水冷却塔包括在是闭路回路的第二冷却回路中。

36、在第十五方面，该方法还可以包括向氨设备供给从氢设备的制氢输出的氢以及向氨设备供给从氢设备的asu输出的氮。氨也可以由从asu接收的氮和从制氢接收的氢形成。在一些构造中，氨设备可以是绿色氨设备，并且氢设备可以是绿色氢生产设备。氢设备的制氢也可以包括一个或多个电解槽。

37、在第十六方面，该方法可用于没有冷却水被供给到至少一个第一热交换器的氢生产。在此类实施例中，氢生产可以被构造成生产用于氢管道、氢供应管线或液氢生产的氢。在其它实施例中，可以生产氢用于其它最终用途。氢生产可以利用此类构造中的一个或多个电解槽。

38、在第十七方面，该方法也可以包括向蒸汽轮机冷凝器供给从第一冷却塔输出的第一冷却水流的第三部分以冷却被供给到蒸汽轮机冷凝器的蒸汽。如上所述，在第一冷却水流的第一部分被供给到至少一个第二热交换器并且没有第一冷却水流的任何部分被供给到至少一个第一热交换器的实施例中，第一冷却水流的这个第三部分可以被认为是第一冷却水流的第二部分。

39、在第十八方面，该方法可以被实施为使得从氨设备输出的至少一种流体包括水，从氢设备的asu和/或氢设备的制氢输出的至少一种流体包括水，并且从氢设备的一个或多个气体冷却器和/或氢设备的一个或多个电解质冷却器输出的至少一种流体包括水。

40、在第十九方面，该方法可以包括向第一冷却塔和第二冷却塔供给水以形成第一冷却水流第二冷却水流，被供给到第一冷却塔和第二冷却塔的水可以包括经预处理的海水或经预处理的淡水。

41、在第二十方面，该方法的实施例可以用于本文所讨论的装置的实施例或系统的实施例中。在一些实施例中，该装置可以被构造用于氢的生产和/或氨的生产。

42、在第二十一方面，第十一方面可以与以上讨论其它方面中的一者或多者相结合。因此应当了解，上述示例性第一方面至第十方面和第十二方面至第二十方面可以以各种不同的方式并入到第十一方面的方法的其它实施例中。实施例还可以利用本文所讨论的其它元件。

43、用于为氨和氢生产提供冷却水的方法、用于为氨和氢生产提供冷却水的装置、用于为氨或氢生产提供冷却水的系统以及其制造和使用的方法的其它细节、目的和优点将随着对其某些示例性实施例的以下描述的进行而变得显而易见。