能量储存运输方法以及能量载体系统技术方案

本发明专利技术提供了一种能量载体系统，其高效产氨，并进一步生产氢作为终产物，同时将氢作为能源使用；本发明专利技术进一步提供了一种采用所述能量载体系统的能量储存运输方法。其中，所述能量载体系统包括硝酸生产装置，氨生产装置和制氢装置；所述硝酸生产装置包括光反应器，给所述光反应器提供含有氮氧化物、水和氧气的待处理气体的气体供应单元，以及位于光反应器中的光源。所述光源辐射包括波长短于175nm的紫外线的光。所述能量储存运输方法包括由氮氧化物生产硝酸的硝酸生产步骤，通过硝酸还原生产氨的氨生产步骤，以及通过分解氨生产氢的制氢步骤。

Energy storage, transportation method, and energy carrier system

The present invention provides an energy carrier system, the efficient production of ammonia, and further hydrogen production as the end product of the use of hydrogen as a source of energy; the invention further provides a method which adopts the energy carrier system of energy storage and transportation method. Among them, the energy carrier system includes nitric acid production plant, ammonia plant and hydrogen production device; the nitric acid production device comprises a light reactor, a gas supply unit for the photocatalytic reactor to provide process gas containing nitrogen oxides, water and oxygen, and the light source is in the reactor. The light source radiation includes an ultraviolet light having a wavelength shorter than 175nm. The energy storage transportation method includes the nitric acid production step for producing nitric acid from nitrogen oxides, the production process of ammonia by reducing nitric acid, and the hydrogen production step by decomposing ammonia to produce hydrogen.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量储存运输方法以及能量载体系统
本专利技术涉及一种能量储存运输方法以及一种能量载体系统，其特征在于：由氮氧化物生产硝酸，由硝酸生产氨，并且由所获得的氨作为制氢原材料。
技术介绍
迄今为止已经做出各种尝试来更加有效地使用各种各样的能源，包括可再生能源，例如，日光和风能。主要源于自然现象的可再生能源在不同的季节和一天中不同的时隙中极为不同。由于这一事实，电力需求与电力供应的峰值不匹配是一种与这种可再生能源存在固有关联的问题。大型光伏发电厂需要广阔的陆地面积，而风力发电厂则适合建立在海洋上或者海岸带。这些发电厂均远离实际发生能耗的地方。从而，相当昂贵的电力电缆的建设成为需要解决的可再生能源的另一个问题。为了解决这些问题，已经研发并且公开了多种能量储存运输方法和能量载体系统。一种已知的能量储存运输方法包括如下步骤：使用电能或者热能来生产并且储存氢载体，诸如，氨、有机氢化物、甲醇、或者二甲基乙烷(dimethylethane)；将所生产的氢载体运输至耗能地点；以及若必要则由氢载体制氢。如此通过能量储存运输方法在最后步骤中生产的氢用于燃料电池动力车辆或者燃料电池发电系统作为其能量的来源。专利文献1描述了一种使用光伏生成能量来生产氢的方法以便实施这种能量载体系统。专利文献2描述了一种用于从氢和氮合成氨的方法。专利文献3描述了通过使用诸如Pt、Rh、Pd或者Ru等贵金属催化剂在400℃或者更高温度下由氨生产氢。专利文献1、2和3中描述的方法进行组合可以实现：将光伏生成能量转化为氢，使用氢作为其原材料来合成氨以及将氨作为液化氨储存，将液化氨运输至耗能地点，在耗能地点将液化氨转化为氢，并且将该氢供应至燃料电池动力车辆或者燃料电池发电系统。然而，据估计，通过专利文献1、2和3的组合技术方式可获得的可再生能源转化为氢的总转化效率不大于约7％。因而，存在对具有更高转化效率的能量载体系统的需求。本专利技术的专利技术人讨论和研发了用于由氢载体中的一种氢载体-氨来生产氢的技术方案，其结果在专利文献4和5中进行了描述。专利文献4中描述的制氢方法在常温下利用包括波长小于或者等于200nm的光线的紫外线来照射包含氨气的氢源气体以便生成氢气。专利文献5中描述的制氢设备配备有等离子体反应器、高压电极、以及接地电极。本设备通过在常温常压下通过高压电极与接地电极之间的放电从由氨生成等离子体来生产制氢。这些制氢技术可以提供比现有技术中更有效的制氢，并且可以与优选的任何氨生产方法进行组合以便实现能量储存运输方法和能量载体系统。现有技术文献专利文献专利文献1：JP2014-203274A专利文献2：JP2013-209685A专利文献3：JP2003-40602A专利文献4：JP2014-24751A专利文献5：JP2014-70012A
技术实现思路
为了解决这些问题，本专利技术提供了一种能量储存运输方法，其相比于现有技术可以更有效且更便宜地实施所有如下步骤，所述步骤包括：由氮氧化物(nitrogenoxide)生产硝酸；由硝酸生产氨；以及由氨作为原材料制氢。本专利技术进一步提供一种能量载体系统，其可操作地用于通过由氮氧化物生产硝酸以及由硝酸生产氨而比现有技术更有效地制氢。专利技术人设计了新的硝酸和氨生产过程，并且发现这些过程可以与多种制氢过程有效地组合。由此，他们最终完成了本专利技术。权利要求1定义了一种能量储存运输方法，包括：由氮氧化物生产硝酸的硝酸生产步骤；通过还原所述硝酸来生产氨的氨生产步骤；以及通过所述氨的分解来生产氢的制氢步骤。本专利技术提供的能量储存运输方法，其特征在于，所述硝酸生产步骤包括：利用包括波长短于175nm的紫外线的光来照射包括氮氧化物、水、以及氧气的待处理气体。权利要求2定义的所述能量储存运输方法，其特征进一步在于，所述氨生产步骤包括：供应硝酸水溶液和氢氧化钛以制备液体混合物的原材料供应步骤；以及通过还原所述氢氧化钛从所述硝酸生产氨的还原步骤。所述能量储存运输方法生产选自氨气、液氨、以及氨水中的一个或多个。权利要求3定义的所述能量储存运输方法，其特征进一步在于，选自所述硝酸生产步骤、所述氨生产步骤、以及所述制氢步骤中的至少一个，使用由可再生能源生成的电力、或者由可再生能源生成的电力和热量、或者由可再生能源生成的电力和从热过程获得的热量。所述“热过程”在本说明书中表示生成废热的可选热过程，其示例可以包括：气体燃烧过程、油燃烧过程、煤燃烧过程、废弃物燃烧过程、生物质燃烧过程、燃气发动机发电过程、柴油机发电过程、汽油机发电过程、碳化过程、以及水泥生成过程。本专利技术还提供了一种新的能量载体系统。权利要求4定义了一种能量载体系统，包括：硝酸生产装置，氨生产装置，以及制氢装置。所述硝酸生产装置包括：光反应器；气体供应单元，所述气体供应单元向所述光反应器供应包括氮氧化物、水、以及氧气的待处理气体；以及设置在所述光反应器中的光源，所述光源辐射包括波长短于175nm的紫外线的光。权利要求5定义的所述能量载体系统，其特征进一步在于，所述氨生产装置包括：反应器，硝酸供应单元，钛供应单元，以及光源；所述光源辐射小于或者等于308nm的短波长的光。权利要求6定义的所述能量载体系统，进一步包括：硝酸储存器，以及硝酸运输器，其特征在于，所述硝酸用作能量载体。权利要求7定义的所述能量载体系统，进一步包括：氨储存器，以及氨运输器，其特征在于，选自氨气、液氨、或者氨水中的至少一个用作能量载体。专利技术效果：根据本专利技术所述的能量储存运输方法和能量载体系统提供了一种新的硝酸生产技术，其中，利用波长短于175nm的光照射包括氮氧化物、水、以及氧气的待处理气体来生产硝酸。与现有技术相比，本专利技术提供的硝酸生产技术可以在更短反应时间下连续地生产硝酸，提供更有效且更便宜的硝酸生产。在根据本专利技术所述的能量储存运输方法和能量载体系统中，作为生产硝酸原料的氮氧化物可以容易且便宜地获取，例如从燃烧器的废气中获得。因此，本方法和系统可以提供比现有技术更便宜的硝酸生产。此外，根据本专利技术的硝酸生产步骤从废气中去除了有害的氮氧化物，从而被用作抵制废气的环保措施。根据本专利技术所述的能量储存运输方法和能量载体系统提供了一种氨生产技术，其中，通过氢氧化钛来还原硝酸。通过本专利技术实现的氨生产技术可以提供比现有技术更有效且更便宜的大规模氨生产。根据本专利技术的能量储存运输方法使用由可再生能源生成的电力、或者由可再生能源生成的电力和热量、或者由可再生能源生成的电力和从热过程获得的热量来制氢。根据本专利技术，将所获得的能量储存为硝酸或者氨并且将其运输至耗能地点，从而在目的地处制氢并且将其用于发电。根据本专利技术的能量储存运输方法和能量载体系统可以顺利完成对可再生能源的储存和运输，因而消除与可再生能源内在相关联的电力供应不稳定的风险。附图说明图1是根据本专利技术的能量载体系统的示意框图；图2是根据本专利技术的硝酸生产装置的结构示意图；图3是根据本专利技术的氨生产装置的结构示意图；图4是根据本专利技术的制氢装置的结构示意图；图5是根据本专利技术的制氢装置的结构示意图；图中编号：1能量载体系统，2气体供应单元，3气体供应通道，4硝酸生产装置，5硝酸供应单元，6氨生产装置，7氨供应单元，8、8a、8b制氢装置，9氢供应通道，11硝酸储存器，12硝酸运输器，13氨储存器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量储存运输方法，包括：由氮氧化物生产硝酸的硝酸生产步骤；通过还原所述硝酸来生产氨的氨生产步骤；以及，通过所述氨的分解来生产氢的制氢步骤；其特征在于，所述硝酸生产步骤包括：利用包括波长短于175nm的紫外线的光来照射包括氮氧化物、水、以及氧气的待处理气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.19 JP 2015-0305091.一种能量储存运输方法，包括：由氮氧化物生产硝酸的硝酸生产步骤；通过还原所述硝酸来生产氨的氨生产步骤；以及，通过所述氨的分解来生产氢的制氢步骤；其特征在于，所述硝酸生产步骤包括：利用包括波长短于175nm的紫外线的光来照射包括氮氧化物、水、以及氧气的待处理气体。2.根据权利要求1所述的能量储存运输方法，其特征在于，所述氨生产步骤包括：供应硝酸水溶液和氢氧化钛以制备液体混合物的原材料供应步骤；通过还原所述氢氧化钛从所述硝酸生产氨的还原步骤；以及，生产选自氨气、液氨、或氨水中的一个或多个。3.根据权利要求1或2所述的能量储存运输方法，其特征在于，选自所述硝酸生产步骤、所述氨生产步骤、以及所述制氢步骤中的至少一个，使用由可再生能源生成的电力、或者由可再生能...

【专利技术属性】
技术研发人员：神原信志，菱沼宣是，三浦友规，
申请(专利权)人：泽藤电机株式会社，国立大学法人岐阜大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP