一种可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统及方法。本发明专利技术的系统包括碱性尿素电解系统、电化学还原系统、可再生能源发电系统和哈伯制氨工艺系统，可再生能源发电系统为碱性尿素电解系统和电化学还原系统提供电能；碱性尿素电解系统产生的N2和H2以及电化学还原系统产生的H2作为哈伯制氨工艺系统的原料。本发明专利技术将可再生能源发电系统、碱性尿素电解系统、电化学还原系统和哈伯制氨工艺系统联合使用，既有效处理了尿素废水，又制备得到了高价值的化工产品，同时又不消耗不可再生能源，降低了整体能耗，避免了尿素造成的污染。本发明专利技术利用可再生能源进行发电供碱性尿素电解系统和电化学还原系统使用，拓宽了可再生能源的应用。生能源的应用。生能源的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统及方法


[0001]本专利技术涉及新能源和水处理
，尤其涉及一种可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统及方法。

技术介绍

[0002]发展可再生能源是我国推进能源转型和应对气候变化的重要途径。受电源波动性的限制，清洁能源发展不平衡的矛盾日益凸显，特别是清洁能源消纳问题突出，已严重制约电力行业健康可持续发展，在当前的形势下，迫切需要开发可再生能源大规模消纳技术。
[0003]氢气作为一种清洁能源，由于其零碳排放和较高的能量密度，有望成为传统化石燃料的理想替代品。由于目前的工业制氢技术，如水蒸气重整和煤气化，需要大量消耗化石燃料和释放包括二氧化碳在内的有害气体，电化学电解水被认为是一种更环保、更可持续的制氢方法。常规电解水制氢技术较为成熟，但发生分解反应所需电动势较高(1.23V)，必须用较高的电压才能促使反应发生。尿素可通过电化学方式氧化，在阳极获得氮气，在阴极得到氢气，标准电动势为0.37V，远低于电解水的反应电动势。
[0004]此外，在工业尿素制备过程中，废水中含有大量尿素，若不进行处理直接将废水排放会污染地下水，造成实质污染。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术提出了一种可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统及方法。
[0007]本专利技术提出了一种可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统，包括：
[0008]碱性尿素电解系统，所述碱性尿素电解系统的阳极产生CO2和N2，所述碱性尿素电解系统的阴极产生H2；
[0009]电化学还原系统，所述电化学还原系统对所述CO2进行电化学还原过程以制备化工产品；
[0010]可再生能源发电系统，所述可再生能源发电系统为所述碱性尿素电解系统和所述电化学还原系统提供电能，所述可再生能源发电系统与所述碱性尿素电解系统之间以及所述可再生能源发电系统与所述电化学还原系统之间均设置电能调节模块；
[0011]哈伯制氨工艺系统。
[0012]在一些实施例中，所述碱性尿素电解系统产生的N2和H2以及所述电化学还原系统产生的H2作为所述哈伯制氨工艺系统的原料。
[0013]在一些实施例中，所述碱性尿素电解系统包括分离系统，所述分离系统用于分离所述碱性尿素电解系统的阳极产生的CO2和N2。
[0014]在一些实施例中，通过向尿素废水中加入碱性溶液使得所述碱性尿素电解系统在碱性条件下电解尿素，所述碱性溶液的溶质为碱金属的氢氧化物、碱土金属的氢氧化物、碱金属的碳酸盐、碱土金属的碳酸盐、碱金属的碳酸氢盐或碱土金属的碳酸氢盐中的一种或
多种。
[0015]在一些实施例中，所述碱性尿素电解系统的电极为贵金属基催化剂或非贵金属基催化剂。
[0016]在一些实施例中，所述电化学还原系统的电极为铋基材料催化剂或铜基材料催化剂。
[0017]在一些实施例中，所述哈伯制氨工艺系统以铁作为催化剂在20～50MPa、500
‑
600℃下合成氨。
[0018]在一些实施例中，所述可再生能源发电系统为风能发电系统、太阳能发电系统、水能发电系统或地热能发电系统中的一种。
[0019]本专利技术还提出了一种可再生能源电解尿素废水合成化工产品的方法，包括以下步骤：
[0020](1)向尿素废水中加入碱性溶液使得尿素废水呈碱性；
[0021](2)将碱性尿素废水加入碱性尿素电解系统进行电解；
[0022](3)所述碱性尿素电解系统产生的CO2通入电化学还原系统以制备化工产品；
[0023](4)所述碱性尿素电解系统产生的N2和H2以及所述电化学还原系统产生的H2作为原料通入哈伯制氨工艺系统合成氨；
[0024](5)可再生能源系统产生的电能经电能调节模块调节后供所述碱性尿素电解系统和所述电化学还原系统使用。
[0025]在一些实施例中，所述电化学还原系统采用H型电解池。
[0026]相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0027]本专利技术将可再生能源发电系统、碱性尿素电解系统、电化学还原系统和哈伯制氨工艺系统联合使用，既有效处理了尿素废水，又制备得到了高价值的化工产品，同时又不消耗不可再生能源，降低了整体能耗，避免了尿素造成的污染。
[0028]本专利技术的利用可再生能源进行发电供碱性尿素电解系统和电化学还原系统使用，拓宽了可再生能源的应用。
附图说明
[0029]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0030]图1为本专利技术各系统联合作用示意图；
[0031]图2为本专利技术可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统示意图。
具体实施方式
[0032]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统及方法。
[0034]如图1
‑
2所示，本专利技术的可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统，包括碱性
尿素电解系统、电化学还原系统、可再生能源发电系统和哈伯制氨工艺系统。
[0035]尿素可以自发水解成氨，污染水和空气；此外，由该污染还可引发氮氧化物空气污染、氮氧化物导致的酸雨土壤污染，以及亚硝酸盐/硝酸盐导致的饮用水污染。碱性尿素电解系统通过电解尿素的碱性溶液实现尿素废水的处理和氢气的制备，是一种处理尿素废水的有效途径，同时也是一种低成本制氢的方式，能够实现废物资源化利用，进而实现清洁能源获取的同时净化环境。
[0036]碱性尿素电解系统将HER和UOR反应进行耦合以电解尿素碱性水溶液，其中，阳极的电极反应为：CO(NH2)2+6OH
‑
‑
6e
_
→
N2+CO2+5H2O；阴极的电极反应为：4H2O+4e
_
→
2H2+4OH
‑
。由阴极电极反应和阳极电极反应可知，碱性尿素电解系统的阳极产生CO2和N2，碱性尿素电解系统的阴极产生H2。碱性尿素电解系统产生的CO2用于电化学还原系统以制备化工产品，碱性尿素电解系统产生的N2和H2用于哈伯制氨工艺系统以合成氨。
[0037]CO2和N2均在碱性尿素电解系统的阳极产生，即CO2和N2是混合在一起的，在利用CO2和N2制备化工产品之前需要将CO2和N2进行分离。碱性尿素电解系统的分离系统用来分离碱性尿素电解系统的阳极产生CO2和N2。可以理解的是，分离系统可以采用物理方法或化学方法分离碱性尿素电解系统的阳极产生CO2和N2。
[0038]碱性尿素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再生能源电解尿素废水合成化工产品的系统，其特征在于，包括：碱性尿素电解系统，所述碱性尿素电解系统的阳极产生CO2和N2，所述碱性尿素电解系统的阴极产生H2；电化学还原系统，所述电化学还原系统对所述CO2进行电化学还原过程以制备化工产品；可再生能源发电系统，所述可再生能源发电系统为所述碱性尿素电解系统和所述电化学还原系统提供电能，所述可再生能源发电系统与所述碱性尿素电解系统之间以及所述可再生能源发电系统与所述电化学还原系统之间均设置电能调节模块；哈伯制氨工艺系统。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述碱性尿素电解系统产生的N2和H2以及所述电化学还原系统产生的H2作为所述哈伯制氨工艺系统的原料。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述碱性尿素电解系统包括分离系统，所述分离系统用于分离所述碱性尿素电解系统的阳极产生的CO2和N2。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过向尿素废水中加入碱性溶液使得所述碱性尿素电解系统在碱性条件下电解尿素，所述碱性溶液的溶质为碱金属的氢氧化物、碱土金属的氢氧化物、碱金属的碳酸盐、碱土金属的碳酸盐、碱金属的碳酸氢盐或碱土金属的碳酸氢盐中的一种或多种。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凡，王金意，余智勇，吴展，刘丽萍，郭海礁，王韬，王鹏杰，巩玉栋，
申请(专利权)人：四川华能氢能科技有限公司华能集团技术创新中心有限公司四川华能太平驿水电有限责任公司四川华能宝兴河水电有限责任公司四川华能嘉陵江水电有限责任公司四川华能东西关水电股份有限公司四川华能康定水电有限责任公司四川华能涪江水电有限责任公司华能明台电力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：