一种可再生能源制氢储氢冶金系统技术方案

本发明专利技术涉及一种可再生能源制氢储氢冶金系统。本发明专利技术通过水电解制氢技术利用可再生能源清洁制氢制氧，耦合氢冶金技术，实现钢铁行业低碳排放，绿色冶金。同时结合氢液化系统及液氢

【技术实现步骤摘要】
一种可再生能源制氢储氢冶金系统


[0001]本专利技术涉及一种可再生能源制氢储氢冶金系统，属于绿色氢能、低碳冶金领域。

技术介绍

[0002]为钢铁行业不断向绿色低碳转型，钢铁行业需对传统冶金技术进行创新性变革。其中氢冶金是实现低碳近零排放的绿色冶金技术，旨在利用氢能代替煤炭等化石能源，从源头上解决碳排放问题。
[0003]耦合可再生能源发电，通过水电解制氢技术，将太阳能、风能、水能、生物质能等可再生能源转化为氢能，实现氢能的清洁生产。此外，结合液氢作为可再生能源的储能介质，通过液氢
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液氮的相互转换实现工厂用气调峰和冷量回收，克服了可再生能源不稳定、间歇性、难储存的缺点，解决了氢液化能耗高的难题，有力保障钢铁冶金向绿色低碳转型。
[0004]基于全球“零碳”工业的发展趋势，绿氢冶金是钢铁行业能源结构改革、工艺流程优化、实现低碳可持续发展的有效方法之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种可再生能源制氢储氢冶金系统。该系统通过水电解制氢技术利用可再生能源清洁制氢制氧，并辅以价格较低的谷电，耦合氢冶金技术，实现钢铁行业低碳排放、绿色冶金。同时结合氢液化系统及液氢
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液氮置换系统，液氢作为可再生能源的储能介质，通过液氢
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液氮的相互转换实现系统的调峰和冷量回收，克服了可再生能源不稳定、间歇性、难储存的缺点，解决了氢液化能耗高的难题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开了一种可再生能源制氢储氢冶金系统，利用可再生能源电解水制氢，通过氢冶金技术炼铁炼钢，包括以下步骤：通过可再生能源发电装置将可再生能源转化为电能，水电解装置利用该部分电能生产氢气及氧气，氢气及氧气经纯化系统纯化后进入冶金装置实现氢冶金，富余的氢气经液氢装置液化后贮存。配置空分装置，以提供冶金装置所需的氧气、氢液化系统所需的液氮及液氢/液氮置换系统所需的氮气。在水电解制氢装置无法制氢时，贮存的液氢可汽化以满足冶金装置需求，同时通过液氢/液氮置换系统回收液氢汽化产生的冷量。
[0007]本专利技术提供一种可再生能源制氢储氢冶金系统，该系统通过可再生能源发电装置将可再生能源转化为电能，其特征在于包括供电系统、水电解系统、储能系统及冶金系统，所述供电系统包括可再生能源发电装置及调峰控制系统；水电解系统包括水电解装置和氢/氧纯化系统；储能系统包括氢液化系统、液氢/液氮置换系统、空分装置和液氮贮槽；氢液化系统包括氢液化装置和液氢储存装置，所述冶金系统包括冶金装置。
[0008]作为优选：所述供电系统内的调峰控制系统一方面与可再生能源发电装置相连，控制可再生能源发电装置，另一方面与国家电网相连，用于富余电力上网及电力不足时供电。
[0009]作为优选：所述供电系统将电供给水电解系统，通过水电解系统内的水电解装置和氢/氧纯化系统将可再生能源发电电解水和纯化所述水电解装置制得氢气和氧气。
[0010]作为优选：所述氢/氧纯化系统的氢气出口与所述冶金系统的氢气入口相连，同时所述氢/氧纯化系统的氢气出口还与所述储能系统中的氢液化系统的氢气入口相连；所述氢/氧纯化系统的氧气出口与所述冶金系统氧气入口相连。
[0011]作为优选：所述储能系统中氢液化系统的液氢出口与所述液氢/液氮置换系统的液氢入口相连，所述氢液化系统所需液氮来自液氮贮槽；所述液氢/液氮置换系统的氮气入口与空分装置的氮气出口相连，所述液氢/液氮置换系统的液氮出口与液氮贮槽入口相连，所述液氢/液氮置换系统的氢气出口与冶金装置的氢气入口相连。所述空分装置的氧气出口与冶金装置的氧气入口相连。所述空分装置还与液氮贮槽相连，液氮贮槽可以接收空分装置产生的液氮，也可将液氮倒灌回空分装置多生产液氧或液氩等高价值产品。
[0012]作为优选：所述可再生能源发电装置可将太阳能、风能、水能、潮汐能、核能、地热能、生物质能等可再生能源中的一种或几种转化为电能作为优选：所述水电解系统可采用碱性水电解装置、质子交换膜电解装置、高温固体氧化物电解装置或固体聚合物电解装置中的任意一种或多种。
[0013]作为优选：所述氢液化系统在日间将富余的氢气液化贮存，在夜间液氢经加压后与氮气换热汽化，为冶金系统提供氢气，同时生产液氮回收冷量。
[0014]作为优选：所述冶金装置可采用富氢还原高炉或气基直接还原竖炉。
[0015]本专利技术的有益效果在于：通过上述可再生能源电解制氢储氢冶金系统，利用风、光、水能等可再生能源生产绿电，通过水电解制氢系统消纳大量绿电，可实现氢能的零碳排放生产，耦合氢冶金技术，同时利用电解氧气实现富氧炼铁，使钢铁行业大幅节能减碳成为可能。
[0016]同时结合液氢
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液氮置换系统，在日间可将富余氢气以液氢形式高效贮存，在夜间或可再生能源波动较大时，汽化液氢，为后续冶金系统供氢，可维持冶金系统稳定运行。同时利用氮气回收汽化冷量，实现副产氮气液态存储，为氢液化装置和空分装置提供液氮，实现系统能量高效利用。
附图说明
[0017]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清晰、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0018]图1为本专利技术实施例一的结构示意图；图2为本专利技术实施例二的结构示意图；图3为本专利技术实施例二日间采用光伏发电的结构示意图；图4为本专利技术实施例二采用国家电网供电的结构示意图；图5为本专利技术实施例二夜间运行的结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明，如图1所示，一种可再生能源制氢储氢冶金系统，该系统通过可再生能源发电装置将可再生能源转化为电能，包括供电系统、水电解系统、储能系统及冶金系统，所述供电系统包括可再生能源发电装置11及调峰控制系统12；水电解系统包括水电解装置21和氢/氧纯化系统22；储能系统包括氢液化系统31、液氢/液氮置换系统32、空分装置33和液氮贮槽34；氢液化系统31包括氢液化装置和液氢储存装置，所述冶金系统包括冶金装置41。
[0020]所述供电系统内的调峰控制系统12一方面与可再生能源发电装置11相连，控制可再生能源发电装置11，另一方面与国家电网13相连，用于富余电力上网及电力不足时供电。所述供电系统将电供给水电解系统，通过水电解系统内的水电解装置21和氢/氧纯化系统22将可再生能源发电电解水和纯化所述水电解装置21制得氢气和氧气。
[0021]所述氢/氧纯化系统22的氢气出口与所述冶金系统的氢气入口相连，同时所述氢/氧纯化系统22的氢气出口还与所述储能系统中的氢液化系统31的氢气入口相连；所述氢/氧纯化系统22的氧气出口与所述冶金系统氧气入口相连。
[0022]所述储能系统中氢液化系统31的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再生能源制氢储氢冶金系统，该系统通过可再生能源发电装置将可再生能源转化为电能，其特征在于：包括供电系统、水电解系统、储能系统及冶金系统，所述供电系统包括可再生能源发电装置及调峰控制系统；水电解系统包括水电解装置和氢/氧纯化系统；储能系统包括氢液化系统、液氢/液氮置换系统、空分装置和液氮贮槽；氢液化系统包括氢液化装置和液氢储存装置，所述冶金系统包括冶金装置。2.根据权利要求1所述的可再生能源制氢储氢冶金系统，其特征在于：所述供电系统内的调峰控制系统一方面与可再生能源发电装置相连，控制可再生能源发电装置，另一方面与国家电网相连，用于富余电力上网及电力不足时供电。3.根据权利要求2所述的可再生能源制氢储氢冶金系统，其特征在于：所述供电系统将电供给水电解系统，通过水电解系统内的水电解装置和氢/氧纯化系统将可再生能源发电电解水和纯化所述水电解装置制得氢气和氧气。4.根据权利要求3所述的可再生能源制氢储氢冶金系统，其特征在于：所述氢/氧纯化系统的氢气出口与所述冶金系统的氢气入口相连，同时所述氢/氧纯化系统的氢气出口还与所述储能系统中的氢液化系统的氢气入口相连；所述氢/氧纯化系统的氧气出口与所述冶金系统氧气入口相连。5.根据权利要求4所述的可再生能源制氢储氢冶金系统，其特征在于：所述储能系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩一松，沈瑾，王佳伟，徐志明，胡沛，欧阳仟，秦燕，
申请(专利权)人：杭氧集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：