一种消纳绿电小规模生产绿氨和尿素的方法技术

本发明专利技术提供了一种消纳绿电小规模生产绿氨和尿素的方法。该方法包括以下步骤：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；通过变压吸附或空气液化分离空气生产氮气；使生产的氢气与生产的氮气在催化剂作用下合成氨，其中，合成氨采用的氨合成塔中的催化剂床层高度与直径之比为10

【技术实现步骤摘要】
一种消纳绿电小规模生产绿氨和尿素的方法


[0001]本专利技术涉及一种消纳绿电小规模生产绿氨和尿素的方法，属于能源利用


技术介绍

[0002]传统的合成氨尿素是以煤、石油和天然气为氢源原料生产，随着CO2排放气候变暖以及光伏风电技术的快速发展，以光伏风电电解水生产氢为氢源的时代到来。但光伏风电也要占据空间，电的在线不易储存性使得绿电电解水制氨与传统的化石燃料制氨规模上有显著差别，很显然电解水制氨受光伏风电空间限制，不宜规模过大。传统化石原料合成氨规模如30万吨/年合成氨产能，以电解水制氢，每年约需30～35亿度电，仅适于大型电网的荷端消纳、储能与调峰，而对于广大农业地区，小规模合成氨如1000～30000吨/年，更符合实际及经济性，光伏风电电解水生产合成氨新场景具有小规模特征。
[0003]合成氨主要用于合成尿素化肥产品用于农业。在农村地区，以光伏风电电解水合成氨生物尿素，缺少以化石原料生产合成氨及尿素的碳源，而农村地区易获得的碳源就是沼气及生物质气化或发电的烟气中的CO2，因而以电解水合成氨生产尿素，在难获得大规模CO2碳源情况下，可行的CO2来源为沼气，次之为生物质发电烟气或生物质气化合成气。
[0004]总之，以电解水合成氨及生产尿素，与传统合成氨尿素生产相比规模小，传统生产流程的小型化是本专利技术的创新定位和起点。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种消纳绿电生产绿氨和尿素的方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供了一种消纳绿电小规模生产绿氨和尿素的方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤1：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；
[0008]步骤2：通过变压吸附或空气液化分离空气生产氮气；
[0009]步骤3：使步骤1生产的氢气与步骤2生产的氮气在催化剂作用下合成氨，其中，合成氨采用的氨合成塔中的催化剂床层高度与直径之比为10
‑
20：1；
[0010]步骤4：采用步骤3合成的氨与二氧化碳反应生成尿素。
[0011]光伏风电等绿电合成氨尿素小型化新场景要求集装箱化，合成氨压缩机电驱动，合成压力需低压化，CO2碳源可能来自农业农村，生物能源化即可再生绿色化。
[0012]本专利技术的要点就是针对合成氨压力低压化，通过催化剂床层大高径比来实现，利用沼气及生物质发电烟气CO2或生物质气化气作为合成尿素的碳源。随着合成尿素的小规模，尿素产品以液体状态存储及销售，上述几点构成本专利技术的创新性，即合成氨装置的小规模及集装箱化，合成氨低压化，大催化剂床层高径比，尿素的碳源可再生绿色化，尿素以液体储存和销售，构成本专利技术的新颖性、可使用性与创新性。
[0013]在上述方法中，优选地，所述二氧化碳来自于沼气。
[0014]在上述方法中，优选地，所述二氧化碳来自于生物质燃烧得到的烟气或者生物质气化气。其中，所述生物质优选包括秸秆、木材、农林废弃物和生物质油品中的一种或两种以上的组合。
[0015]在上述方法中，优选地，合成氨的催化剂为铁基催化剂。更优选地，合成氨的催化剂为AMOMAX
‑
10或者TA201
‑
2。
[0016]传统的化石原料大规模合成塔，催化剂床层高径比一般为5
‑
10，如大型合成氨30万吨/年合成塔中催化剂床层高径比一般为10:1，小产能床层高径比为6:1，本专利技术的催化剂床层高径比一般为10
‑
20:1，以传统的熔铁系(Fe3O4基)和新熔铁系(FeO基)催化剂，在5
‑
7Mpa下就可达到传统合成塔压力10
‑
13Mpa下出口氨净值15％的水平。降低合成压力，就可以降低制造及运行成本，而不需传统的钌基催化剂来降合成压力。合成压力降低，也易于把催化剂床层与换热器分开与分段制造，便于运输和集装箱化。
[0017]在上述方法中，优选地，合成氨采用的氨合成塔中的催化剂床层高度与直径之比为15
‑
20:1。
[0018]在上述方法中，优选地，合成氨的工艺条件为压力5
‑
7Mpa，温度350
‑
500℃，空速500
‑
10000h
‑1。其中，当采用AMOMAX
‑
10作为催化剂时，合成氨的工艺条件为压力5
‑
7Mpa，温度360
‑
460℃，空速500
‑
3000h
‑1；优选为，压力5MPa、温度400
‑
420℃，空速500h
‑1，或者，压力7MPa、温度420
‑
440℃，空速500h
‑1；
[0019]当采用TA201
‑
2作为催化剂时，合成氨的工艺条件为5
‑
7Mpa，温度380
‑
420℃，空速500h
‑1；优选为，压力5MPa、温度380
‑
400℃，空速500h
‑1，或者，压力7MPa、温度400℃，空速500h
‑1。
[0020]在上述方法中，优选地，该方法的规模为100
‑
30000吨/年合成氨，200
‑
50000吨/年尿素。
[0021]在上述方法中，优选地，该方法的规模为1000
‑
10000吨/年合成氨，1500
‑
20000吨/年尿素。
[0022]在上述方法中，优选地，所述尿素为液体。
[0023]本专利技术场景主要用于工业欠发达农业地区如农业国家的合成氨尿素生产，或大型农场如农垦建设兵团的自给自足，20MW左右的光伏风电场既可用于农业地区的日常生活用电，又可生产约1万吨/年氨及约1.7万吨/年尿素用于农业，实现绿色环保自给自足，粮食大规模增产的目标。
[0024]电解水制氢生产合成氨尿素，也可用于大型电网的荷端调峰。煤电及天然气发电为电网源端的调峰工具，而电化工如电氨尿素装置，可作为荷端对电网的调峰。电网与大农场合作，以光伏风电电氨尿素装置为农垦供化肥自给自足的同时，也可为电网荷端调峰，使得农场发挥土地优势，孵化光伏风电电氨尿素和电网调峰新兴产业，增加农垦地区的资本密度，成为农垦振兴的主导绿色工业。
具体实施方式
[0025]为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。
[0026]实施例1
[0027]以市场合成氨催化剂A(FeO基，AMOMAX
‑
10)和B(Fe3O4基，TA201
‑
2)进行合成氨对比实验，催化剂用量10ml。
[0028]1Amomax
‑
10催化剂
[0029]1.1不同高径比下催化剂活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消纳绿电小规模生产绿氨和尿素的方法，其包括以下步骤：步骤1：利用绿电进行电解水生产氢气和氧气；步骤2：通过变压吸附或空气液化分离空气生产氮气；步骤3：使步骤1生产的氢气与步骤2生产的氮气在催化剂作用下合成氨，其中，合成氨采用的氨合成塔中的催化剂床层高度与直径之比为10
‑
20：1；步骤4：采用步骤3合成的氨与二氧化碳反应生成尿素。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二氧化碳来自于沼气。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二氧化碳来自于生物质燃烧得到的烟气或者生物质气化气。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述生物质包括秸秆、木材、农林废弃物和生物质油品中的一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中，合成氨的催化剂为铁基催化剂。6.根据权利要求1所述的方法，其中，合成氨采用的氨合成塔中的催化剂床层高度与直径之比为15
‑
20:1。7.根据权利要求1所述的方法，其中，合成氨的工艺条件为压力5
‑
7Mpa，温度350
‑
500℃，空速500
‑
10000h
‑1。8.根据权利要求7所述的方法，其中，合成氨的催化剂为AMOMAX
‑
10或者TA201
‑
2；优选地，当采用AM...

【专利技术属性】
技术研发人员：周恩泽，张松林，宋红梅，
申请(专利权)人：北京碳零氢电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：