1. Aplicación de estaciones de reabastecimiento de hidrógeno
Requisitos de presión: Las estaciones de reabastecimiento de hidrógeno deben comprimir el hidrógeno a presiones muy altas para satisfacer las necesidades de reabastecimiento de los tanques de almacenamiento de hidrógeno para vehículos de celdas de combustible. Por lo general, el hidrógeno debe comprimirse a 3570 MPa o incluso más, lo que requiere que el compresor de hidrógeno tenga alta presión. Capacidad de compresión de relación, que puede aumentar de forma estable la presión del hidrógeno en la compresión de múltiples etapas.
Requisitos de caudal: El caudal del compresor de hidrógeno en una estación de reabastecimiento de hidrógeno debe determinarse de acuerdo con la escala de la estación de reabastecimiento de hidrógeno y el número de vehículos de servicio. El caudal del compresor de hidrógeno en una estación de reabastecimiento de hidrógeno pequeña puede ser alrededor de 1050 kg/h; una gran estación de servicio de hidrógeno puede requerir un caudal de 200 o 500 kg/h o incluso mayor, por lo que el rango de ajuste del caudal del compresor debe ser más amplio para adaptarse a las diferentes necesidades de hidrogenación.
Requisitos de pureza: Dado que las celdas de combustible tienen requisitos extremadamente altos de pureza del hidrógeno (generalmente requieren que la pureza del hidrógeno sea superior al 99,97 %), el compresor de hidrógeno debe garantizar que no se introduzcan impurezas durante el proceso de compresión, lo que requiere que el compresor tenga un buen rendimiento de sellado. Evitar que impurezas como aceite lubricante y aire entren en el hidrógeno. Por ejemplo, el compresor de hidrógeno de diafragma tiene ventajas en este sentido: aísla el hidrógeno de otros componentes a través de una membrana, lo que garantiza de manera eficaz la pureza del hidrógeno.
Requisitos de seguridad: Las estaciones de servicio de hidrógeno almacenan y manipulan grandes cantidades de hidrógeno a alta presión, por lo que la seguridad es de suma importancia. Los compresores de hidrógeno deben contar con dispositivos de protección de seguridad completos, como protección contra sobrepresión, protección contra temperatura y detección de fugas. Cuando la presión o la temperatura superan el valor establecido, el compresor puede apagarse automáticamente; una vez que se detecta una fuga de hidrógeno, se puede activar una alarma. Se emite a tiempo y se pueden tomar medidas de seguridad adecuadas.
2. Aplicación en la industria química
Requisitos de presión y flujo: En procesos de producción química como el hidrocraqueo y la síntesis de amoníaco, la presión y el flujo del compresor de hidrógeno deben determinarse de acuerdo con los requisitos específicos de la reacción química. Por ejemplo, en una unidad de hidrocraqueo, el compresor de hidrógeno puede necesitar comprimir el hidrógeno a alrededor de 1020 MPa, y el caudal puede variar desde varios cientos de metros cúbicos por hora hasta decenas de miles de metros cúbicos por hora dependiendo de la escala de producción de la unidad. Además, la demanda de hidrógeno en el proceso de producción química suele ser continua y estable, por lo que el compresor debe poder funcionar de forma estable durante mucho tiempo a una determinada presión y caudal.
Requisitos de resistencia a la corrosión: En la producción química, el hidrógeno puede contener algunas impurezas corrosivas, como sulfuro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, etc. Por lo tanto, el material del compresor de hidrógeno debe tener una buena resistencia a la corrosión, o los componentes clave dentro del compresor (como el Los cilindros, pistones, válvulas, etc. están tratados con anticorrosión. Por ejemplo, los componentes clave del compresor están hechos de materiales resistentes a la corrosión, como acero inoxidable, para evitar daños por corrosión y prolongar la vida útil del compresor.
Requisitos de fiabilidad: Los equipos de producción química suelen funcionar de forma continua. Si falla el compresor de hidrógeno, puede interrumpirse todo el proceso de producción, lo que provoca enormes pérdidas económicas. Por lo tanto, los compresores de hidrógeno deben ser altamente confiables, su diseño y fabricación deben cumplir estrictos estándares de calidad y deben tener un sistema completo de soporte de mantenimiento y reparación que pueda reparar fallas rápidamente y reducir el tiempo de inactividad.
3. Aplicaciones del almacenamiento de energía del hidrógeno
Requisitos de presión: Los sistemas de almacenamiento de energía de hidrógeno generalmente necesitan comprimir el hidrógeno a una presión más alta para su almacenamiento a fin de aumentar la densidad energética del hidrógeno. Por lo general, el hidrógeno debe comprimirse a 1030 MPa o incluso más. La precisión del control de presión del compresor también es muy importante. La presión de almacenamiento de hidrógeno debe controlarse con precisión durante el proceso de almacenamiento de energía para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente del sistema de almacenamiento de energía.
Requisitos de eficiencia: Durante el proceso de carga y descarga del almacenamiento de energía de hidrógeno, la eficiencia del compresor afecta directamente la eficiencia de conversión de energía del sistema de almacenamiento de energía. Debido a la gran escala potencial del sistema de almacenamiento de energía y al alto consumo de energía del compresor, se requiere que el compresor de hidrógeno mantenga una alta eficiencia de compresión en un amplio rango de presión y a diferentes caudales. Por ejemplo, se utilizan tecnología de compresión avanzada y una estructura de compresor optimizada, como compresores centrífugos que funcionan de manera eficiente a altos caudales o compresores alternativos que mejoran la eficiencia a través de la compresión de múltiples etapas para reducir el consumo de energía.
Requisitos de ciclo de vida: los sistemas de almacenamiento de energía de hidrógeno necesitan comprimir y liberar hidrógeno con frecuencia, lo que requiere que el compresor de hidrógeno pueda soportar arranques y paradas frecuentes y cambios de presión. Los componentes clave del compresor, como pistones y válvulas, deben tener suficiente resistencia a la fatiga y al desgaste para garantizar que puedan seguir funcionando normalmente después de múltiples ciclos y extender la vida útil del ciclo del compresor.
4. Aplicaciones de laboratorio y a pequeña escala
Requisitos de flexibilidad: En los escenarios de aplicación de hidrógeno en laboratorio y a pequeña escala, los requisitos de cantidad y presión del hidrógeno pueden cambiar con frecuencia. Por ejemplo, en equipos experimentales de laboratorio, es posible que sea necesario comprimir el hidrógeno a diferentes presiones (desde unos pocos MPa hasta decenas de MPa), y el caudal de hidrógeno también es relativamente pequeño, por lo que el compresor de hidrógeno debe tener funciones flexibles de regulación de presión y flujo y ser fácil de operar.
Requisito de compacidad: Debido al espacio limitado en el laboratorio, los escenarios de aplicación a pequeña escala suelen tener ciertos requisitos en cuanto al tamaño del equipo. Por lo tanto, el compresor de hidrógeno debe ser lo más compacto posible, ocupar poco espacio y ser fácil de instalar y mover. Por ejemplo, Algunos pequeños compresores alternativos de hidrógeno o El compresor de hidrógeno de adsorción tiene una estructura relativamente simple y compacta y es adecuado para su uso en laboratorios y ubicaciones de pequeña escala.
Bajo nivel de ruido y requisitos de mantenimiento reducidos: en laboratorios y otros entornos, existen requisitos estrictos sobre el ruido de los equipos. El compresor de hidrógeno debe minimizar el ruido y la vibración durante el funcionamiento. Además, dado que estos escenarios de aplicación pueden no contar con personal de mantenimiento profesional, el mantenimiento del compresor debe ser simple y fácil, como el reemplazo fácil de piezas y el diagnóstico fácil de fallas.
Tipos de compresores de hidrógeno para diferentes aplicaciones
1. Aplicación de estaciones de reabastecimiento de hidrógeno
Compresor de hidrógeno de diafragma:
Dado que los vehículos de pila de combustible tienen requisitos extremadamente altos en cuanto a la pureza del hidrógeno (normalmente superior al 99,97%), los compresores de diafragma aíslan completamente el hidrógeno de otras sustancias, como el aceite lubricante, a través de un diafragma, lo que garantiza de forma eficaz la pureza del hidrógeno y evita que las impurezas dañen la pila de combustible.
Puede lograr una alta relación de compresión, elevando el hidrógeno desde una presión más baja a 3570 MPa o incluso más, satisfaciendo los requisitos de llenado de los tanques de almacenamiento de hidrógeno a bordo. Además, su proceso de compresión es relativamente suave y el rango de ajuste del flujo puede adaptarse a las diferentes necesidades de hidrogenación de las estaciones de hidrogenación.
Compresor de líquido iónico:
Los compresores de líquido iónico también funcionan bien para garantizar la pureza del hidrógeno. Los líquidos iónicos son prácticamente incompresibles y no disolverán ni contaminarán el hidrógeno, proporcionando hidrógeno a alta presión y libre de contaminación.
Este tipo de compresor tiene una alta frecuencia de funcionamiento y ocupa un área pequeña. Es adecuado para lugares como estaciones de servicio de hidrógeno que tienen ciertos requisitos de distribución espacial. Puede mejorar eficazmente la eficiencia de compresión y reducir el consumo de energía durante el reabastecimiento de hidrógeno a alta presión.
2. Aplicación en la industria química
Compresor alternativo de hidrógeno:
En la producción química, procesos como el hidrocraqueo y la síntesis de amoníaco requieren una presión y un flujo de hidrógeno relativamente estables. Los compresores alternativos comprimen a través del movimiento alternativo del pistón en el cilindro y logran alta presión a través de la compresión de múltiples etapas, que puede cumplir con los requisitos de presión de aproximadamente 1020 MPa en la producción química.
La adaptabilidad al flujo es amplia y el caudal de hidrógeno se puede ajustar de forma flexible según la escala de producción de la planta química, desde varios cientos de metros cúbicos por hora hasta decenas de miles de metros cúbicos por hora. Además, en vista de las impurezas corrosivas que puede contener el hidrógeno en la producción química, la resistencia a la corrosión de los compresores alternativos se puede mejorar seleccionando materiales adecuados para fabricar componentes clave como cilindros, pistones y válvulas.
Compresor centrífugo de hidrógeno:
Para la producción química a gran escala, cuando la demanda de flujo de hidrógeno es enorme (como las grandes plantas de amoníaco sintético), los compresores centrífugos son una buena opción. Tiene un gran caudal y puede procesar de forma continua y eficiente grandes cantidades de hidrógeno, lo que hace que el suministro de hidrógeno en el proceso de producción química sea más estable.
Cuando un compresor centrífugo maneja hidrógeno que contiene ciertas impurezas, puede funcionar normalmente siempre que se instale un dispositivo de filtrado adecuado en la entrada. Al mismo tiempo, puede funcionar de manera eficiente en condiciones de gran flujo y puede reducir eficazmente el consumo de energía, lo que lo hace adecuado para aplicaciones sensibles a los costos en la industria química.
3. Aplicaciones del almacenamiento de energía del hidrógeno
Compresores de hidruro metálico:
Los sistemas de almacenamiento de energía de hidrógeno requieren una compresión y liberación frecuente de hidrógeno. Los compresores de hidruro metálico se basan en la reacción reversible entre metales o aleaciones e hidrógeno. No tienen piezas mecánicas móviles complejas y pueden soportar arranques y paradas frecuentes y cambios de presión.
Puede utilizar energía como el calor residual para funcionar, reduciendo el consumo de energía hasta cierto punto. Y a través de reacciones de múltiples etapas, se pueden alcanzar presiones más altas para satisfacer los requisitos de presión del sistema de almacenamiento de energía de hidrógeno de 1030 MPa o incluso más.
Compresor de adsorción:
El compresor de adsorción tiene una estructura simple y tiene ventajas de ahorro de energía en condiciones de baja presión y bajo caudal en el sistema de almacenamiento de energía de hidrógeno. Utiliza las características de adsorción y desorción del adsorbente para lograr la compresión y puede adaptarse a la presión y al caudal. tasa durante el ciclo de carga y descarga de hidrógeno. cambio.
Tiene bajos costos de operación y es insensible a las impurezas del hidrógeno, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos donde pueden existir impurezas, como los sistemas de almacenamiento de energía de hidrógeno. No se requiere ningún sistema de lubricación para evitar la contaminación del hidrógeno por aceite lubricante.
4.Laboratorio y pequeñas aplicaciones
Pequeño compresor alternativo de hidrógeno:
Los requisitos de cantidad y presión del hidrógeno en laboratorios y escenarios de aplicación a pequeña escala cambian a menudo. Los compresores alternativos pequeños son flexibles de operar. Al ajustar la carrera del pistón, la velocidad o el número de cilindros de trabajo, la presión se puede ajustar desde unos pocos MPa hasta decenas de MPa. de MPa a bajo caudal. Satisface las diversas necesidades de los dispositivos experimentales.
Este tipo de compresor tiene una estructura relativamente simple, un precio relativamente bajo y es fácil de instalar y mantener. Es adecuado para su uso en lugares con espacio limitado y ciertos requisitos de costo, como laboratorios.
Compresor de hidrógeno por adsorción:
Los compresores de adsorción tienen ventajas únicas en laboratorios y pequeñas aplicaciones. Son pequeños y compactos, ocupan poco espacio, no tienen piezas de fricción mecánica durante el funcionamiento y son silenciosos, lo que cumple con los requisitos del laboratorio en cuanto a funcionamiento silencioso de los equipos.
Puede funcionar a menor presión y es adecuado para los requisitos de bajo caudal y baja presión del hidrógeno en pequeñas aplicaciones de hidrógeno. En algunos escenarios experimentales donde los requisitos de pureza no son extremadamente altos, también puede desempeñar un buen papel porque es insensible a las impurezas de hidrógeno.
