本发明专利技术公开了一种冷热电联用的可再生能源合成氨系统，系统中固体氧化物电解池的氢气出口与除氧除水装置的进气口连通，除氧除水装置的出气口和膜分离装置的氮气出口分别与混合器的进气口连通，混合器的出气口与合成氨塔的原料气进入管连通；合成氨塔的产物气出气管依次与第一水冷器、氨冷却器和氨分离器连通，氨分离器排液口与贮槽连通，其排气口与变温吸附组件进气口连通，变温吸附组件两个出气口分别与贮槽和原料气进入管连通，第二水冷器设置在变温吸附组件与贮槽之间。本发明专利技术在原料气净化工段，采用变压吸附，在吸附柱中同时装填氢气催化氧化催化剂和水吸附剂，简化了原料气净化工艺；在氨分离工段，采用变温吸附结合两次冷却，大幅降低氨分离工艺的电耗，节约能源。节约能源。节约能源。
【技术实现步骤摘要】
一种冷热电联用的可再生能源合成氨系统
[0001]本专利技术涉及清洁能源转化与存储
，具体涉及一种冷热电联用的可再生能源合成氨系统。
技术介绍
[0002]目前，我国风能、太阳能等可再生能源发电行业发展迅速，但这些可再生能源受季节和天气条件的影响而波动较大，与相对稳定的用电需求不完全匹配，为减小可再生能源波动对电网造成的负面影响，经常会产生“弃风”、“弃光”和“弃水”等“三弃”现象，导致可再生能源利用率较低。我国每年“三弃”电力规模高达1000亿千瓦时，相当于三峡电站的年发电量。因此，为难以并网使用的可再生电力能源开拓新的使用领域具有巨大的经济效益和社会效益。
[0003]采用电解水制氢，可以实现大规模、高效的可再生能源消纳，而将氢气作为能源载体，可提高能源系统韧性，并实现不同地区间能量的再分配。但由于氢气密度小、难液化，目前较为成熟的高压储氢需要35
‑
70MPa，需消耗大量压缩功，且质量储氢密度仅5％左右，导致氢气储运成本高。
[0004]氨是现代工业和农业生产最为基础的化工原料之一，具有易液化、体积能量密度高、无碳排放、不易燃、安全性高等优点，有望作为高效的氢载体应用于新能源领域，解决氢气储运的瓶颈问题。
[0005]现代工业合成氨采用哈伯
‑
博施(Haber
‑
Bosch)工艺，将氢气和氮气通入高温、高压反应器中发生催化反应制得氨。传统的工艺流程中，氢气是通过化石燃料的催化气化/重整耦合水气变换反应制得的，该过程中排放的大量CO2约占全球碳排放的1.2％。因此，针对工业化合成氨存在高能耗、高碳排放等问题，将无碳、清洁的可再生能源电力与合成氨工业有机结合，发展高效、清洁的可再生能源工业化合成氨技术路线对于中国的可持续发展之路具有重大的战略意义。
[0006]传统合成氨工业的能耗主要以电为主，具体包括压缩机功耗、冷冻机功耗和循环机功耗，其中压缩机和循环机功耗随合成氨压力升高而升高，冷冻机功耗随合成氨压力升高而降低。将可再生能源制氢技术与传统合成氨工艺相结合，解决了氢气来源的碳排放问题和能耗问题，但对合成氨工段的能耗却没有太大影响，因此如何将可再生能源技术与合成氨工艺结合，进一步降低整体系统能耗，提高可再生能源在整体能耗中的占比，是推广可再生能源合成氨需要解决的问题之一。
技术实现思路
[0007]本专利技术旨在解决可再生能源合成氨工艺中整体能耗高，能耗中可再生能源占比低的问题，提出一种冷热电联用的可再生能源合成氨系统。
[0008]本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种冷热电联用的可再生能源合成氨系统，包括合成氨塔、用于电解水供氧的固
体氧化物电解池、用于空气分离供氮的膜分离装置、除氧除水装置、混合器、第一水冷器、氨冷器、氨分离器、变温吸附组件、第二水冷器和贮槽，所述固体氧化物电解池的氢气出口与所述除氧除水装置的进气口连通，净化自所述固体氧化物电解池的氢气出口排出气体中混合的氧气，所述除氧除水装置的出气口和所述膜分离装置的氮气出口分别与所述混合器的进气口连通，所述混合器的出气口与所述合成氨塔的原料气进入管连通，原料氢气和氮气经所述混合器混合后通过所述原料气进入管进入所述合成氨塔进行氨的合成；所述合成氨塔的产物气出气管依次与所述第一水冷器、氨冷却器和氨分离器连通，所述氨分离器的出口为两个，分别为排液口和排气口，所述排液口与所述贮槽连通，所述排气口与所述变温吸附组件进气口连通，所述变温吸附组件的出气口有两个，分别与所述贮槽和所述原料气进入管连通，所述第二水冷器设置在所述变温吸附组件与所述贮槽之间的连通管路上，在所述合成氨塔内合成的氨混合气中的氨经所述第一水冷器和氨冷器冷凝液化后，连同未液化的气体一起进入所述氨分离器中，其中液氨通过所述出液口进入到所述贮槽中储存，未液化的混合气体进入所述变温吸附组件中，混合气体中的氨气被所述变温吸附组件中的吸附剂吸收并解吸后，经所述第二水冷器液化后进入到所述贮槽中储存，在所述变温吸附组件内脱除了氨气后的混合气体作为循环气体经所述原料气进入管进入所述合成氨塔。
[0010]所述合成氨塔上设有副产蒸汽排出管，所述系统还包括设置在所述副产蒸汽排出管与所述固体氧化物电解池之间通过管路连通的换热器，用于对所述副产蒸汽排出管排出的蒸汽进行换热升温，所述换热器上设有第一进气口、第一出气口、第二进气口和第二出气口，副产蒸汽排出管与所述第一进气口连通，所述固体氧化物电解池的蒸汽进口与所述第一出气口连通，所述固体氧化物电解池的高温氧气出口与所述第二进气口连通，所述第二出气口与外界氧气储存装置连通，所述第一进气口与第一出气口导通，所述第二进气口与所述第二出气口导通。
[0011]所述固体氧化物电解池的氢气出口与所述除氧除水装置的进气口之间设有第一冷却器，用于冷却自所述固体氧化物电解池产出的高温氢气；所述换热器的第二出气口与所述外界氧气储存装置之间设有第二冷却器，用于冷却经所述换热器换热后的氧气。
[0012]所述系统还包括为所述变温吸附组件提供热源的热泵，所述第一冷却器和第二冷却器中所放热量供应所述热泵的低温热源。
[0013]所述除氧除水装置包括并联设置的两个吸附柱，其中一个用于水的吸附，另一个用于水的脱附，分别为第一吸附柱和第二吸附柱，每个所述吸附柱内沿气体流动方向分别设有氢气催化氧化催化剂和水吸附剂，自所述固体氧化物电解池的氢气出口排出的含有少量氧气的氢氧混合气体进入其中一个所述吸附柱后，在所述氢气催化氧化催化剂作用下，氢氧混合气体中的少量氧气与氢气反应生成水后进入所述水吸附剂，产物水被所述水吸附剂吸附后，氢气和所述膜分离装置产出的氮气一起进入所述混合器中混合，所述吸附剂中吸附水的量达到一定程度后，进行脱附。
[0014]所述变温吸附组件包括并联设置的两个变温吸附装置，其中一个用于氨的吸附，另一个用于氨的脱附，分别为第一变温吸附装置和第二变温吸附装置，自所述氨分离器的出气口排出的未液化的混合气体进入所述变温吸附组件中的一个变温吸附装置，混合气体中的氨气被所述变温吸附装置中的吸附剂吸收，脱除了氨气后的混合气体作为循环气体经所述原料气进入管进入所述合成氨塔，吸附剂中氨气吸附量达到一定程度后，进行脱附解
吸，解吸气经所述第二水冷器液化后进入到所述贮槽中存储。
[0015]所述变温吸附组件的混合气排气口依次联通有循环机和循环油分离器后分别与所述原料气进入管、1#副线进气管和2#副线进气管连通。
[0016]所述系统还包括供电机构，所述供电机构分别与所述固体氧化物电解池、氨冷器、循环机和热泵电性连接，为其提供电能；所述供电机构为光伏、风电、水电、潮汐发电中的一种或几种。
[0017]所述供电机构还可通过一逆变器与外部电网电性连接。
[0018]所述系统还包括太阳能集热器，所述太阳能集热器分别通过管路与所述热泵、第一水冷器和氨冷器联通，为其提供热源。
[0019]所述第一水冷器、第二水冷器为压缩式制冷机或溴化锂吸附式制冷机的一种，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，包括合成氨塔(1)、用于电解水供氧的固体氧化物电解池(2)、用于空气分离供氮的膜分离装置(3)、除氧除水装置(4)、混合器(5)、第一水冷器(6)、氨冷器(7)、氨分离器(8)、变温吸附组件(9)、第二水冷器(10)和贮槽(20)，所述固体氧化物电解池(2)的氢气出口与所述除氧除水装置(4)的进气口连通，净化自所述固体氧化物电解池(2)的氢气出口排出气体中混合的氧气，所述除氧除水装置(4)的出气口和所述膜分离装置(3)的氮气出口分别与所述混合器(5)的进气口连通，所述混合器(5)的出气口与所述合成氨塔(1)的原料气进入管(11)连通，原料氢气和氮气经所述混合器(5)混合后通过所述原料气进入管(11)进入所述合成氨塔(1)进行氨的合成；所述合成氨塔(1)的产物气出气管(14)依次与所述第一水冷器(6)、氨冷却器(7)和氨分离器(8)连通，所述氨分离器(8)的出口为两个，分别为排液口(81)和排气口(82)，所述排液口(81)与所述贮槽(20)连通，所述排气口(82)与所述变温吸附组件(9)进气口连通，所述变温吸附组件(9)的出气口有两个，分别与所述贮槽(20)和所述原料气进入管(11)连通，所述第二水冷器(10)设置在所述变温吸附组件(9)与所述贮槽(20)之间的连通管路上，在所述合成氨塔(1)内合成的氨混合气中的氨经所述第一水冷器(6)和氨冷器(7)冷凝液化后，连同未液化的气体一起进入所述氨分离器(8)中，其中液氨通过所述出液口(81)进入到所述贮槽(20)中储存，未液化的混合气体进入所述变温吸附组件(9)中，混合气体中的氨气被所述变温吸附组件(9)中的吸附剂吸收并解吸后，经所述第二水冷器(10)液化后进入到所述贮槽(20)中储存，在所述变温吸附组件(9)内脱除了氨气后的混合气体作为循环气体经所述原料气进入管(11)进入所述合成氨塔(1)。2.根据权利要求1所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述合成氨塔(1)上设有副产蒸汽排出管(18)，所述系统还包括设置在所述副产蒸汽排出管(18)与所述固体氧化物电解池(2)之间通过管路连通的换热器(60)，用于对所述副产蒸汽排出管(18)排出的蒸汽进行换热升温，所述换热器(60)上设有第一进气口(601)、第一出气口(602)、第二进气口(603)和第二出气口(604)，副产蒸汽排出管(18)与所述第一进气口(601)连通，所述固体氧化物电解池(2)的蒸汽进口与所述第一出气口(602)连通，所述固体氧化物电解池(2)的高温氧气出口与所述第二进气口(603)连通，所述第二出气口(604)与外界氧气储存装置(90)连通，所述第一进气口(601)与第一出气口(602)导通，所述第二进气口(603)与所述第二出气口(604)导通。3.根据权利要求2所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池(2)的氢气出口与所述除氧除水装置(4)的进气口之间设有第一冷却器(21)，用于冷却自所述固体氧化物电解池(2)产出的高温氢气；所述换热器(60)的第二出气...
【专利技术属性】
技术研发人员：江莉龙，罗宇，陈崇启，林立，
申请(专利权)人：福州大学化肥催化剂国家工程研究中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。