【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源利用，特别是涉及一种新能源制氢动态合成绿氨的系统及其运行方法。
技术介绍
1、随着风光电等新能源装机规模的快速增长，新能源电能并网比例持续增大，这对电网造成较大的输送压力和安全性挑战，弃风弃光现象逐渐凸显。氢能作为一种优质的能源载体，利用风光电电解水制取氢气，再将氢气转化为电能或其他二次能源，可以实现风光电平滑输出和大规模应用。
2、虽然氢能有诸多优点，但储运成本较高导致氢能的大规模应用仍受到制约。而氨是一种理想的储运氢的载体，并且兼具原料和燃料的双重属性，应用领域十分广泛，为实现能源结构快速调整、加快碳中和进程提供了新的选择。以风光电等新能源电能电解水制氢、空分制氮，进而合成氨通常被称为“绿氨”，是一种零碳排放的合成工艺。
3、然而，由于新能源的波动性特征，如风电机组输出功率和风速的波动性，光伏发电系统受气温、有无云遮挡太阳等自然因素影响，这将导致电力输出功率下降，造成制氢和制氮过程受到影响，负荷降低，在没有外界能源补充的情况下，存在较大的波动性，很难连续稳定运行。一般的新能源制氢合成绿氨工艺通过增加并网电力和原料储存设施维持反应的进行，这不是真正意义上的零碳系统；另外，储存及辅助设施的增加也会带来较多的投资成本。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：当新能源制氢合成绿氨系统离网运行时，受自然条件影响氨合成系统负荷下降至10～50%时，如何使该系统仍然能够维持正常连续运行，本专利技术提供一种新能源制氢动态合成绿氨的系统及其运
2、为了解决上述问题，本专利技术采取的技术方案是：
3、本专利技术提供一种新能源制氢动态合成绿氨系统，所述动态合成绿氨系统包括可再生能源制氢装置、空分制氮装置、氨合成压缩机、开工加热炉、氨合成塔、至少两个氨合成调节塔和多个热交换器，所述可再生能源制氢装置和空分制氮装置分别通过管道与氨合成压缩机相连通，所述氨合成压缩机依次经热交换器、开工加热炉或者直接经热交换器与氨合成塔顶部进口通过管道相连通；氨合成塔底部出口通过管道与第一热交换器相连通，第一热交换器出口分为两路，一路经调节阀与第一氨合成调节塔顶部通过管道相连通，另一路通过管道与第二热交换器相连通；第二热交换器出口分为两路，一路经调节阀与第二氨合成调节塔顶部通过管道相连通，另一路通过管道与第三热交换器相连通；依次类推，最后一个热交换器与氨冷工段相连通；
4、所述第一氨合成调节塔底部出口分为两路，一路经调节阀与氨合成塔顶部通过管道相连通，另一路经调节阀与第二热交换器通过管道相连通；
5、所述第二氨合成调节塔底部出口分为两路，一路经调节阀与第一氨合成调节塔顶部通过管道相连通，另一路经调节阀与第三热交换器通过管道相连通；以此类推；
6、所述氨合成压缩机经热交换器分别通过各个调节阀与相应各个氨合成调节塔顶部通过管道相连通。
7、根据上述新能源制氢动态合成绿氨系统，所述氨合成压缩机依次经热交换器、开工加热炉与氨合成塔顶部进口通过管道相连通时，开工加热炉与氨合成塔进口之间的管道上装有调节阀；
8、所述氨合成压缩机直接经热交换器与氨合成塔顶部进口通过管道相连通时，热交换器和氨合成塔进口之间的管道上装有调节阀。
9、根据上述新能源制氢动态合成绿氨系统，系统设有两个氨合成调节塔、三个热交换器。
10、根据上述新能源制氢动态合成绿氨系统，所述氨合成塔为三床层两段换热合成塔；所述各个氨合成调节塔均为径向或轴向或轴径向单床层反应器。
11、根据上述新能源制氢动态合成绿氨系统，第一氨合成调节塔的最大负荷根据氨合成塔最大负荷的30～50%进行配置；其他氨合成调节塔的最大负荷均根据上一级氨合成调节塔最大负荷的30～50%进行配置。
12、本专利技术提供一种利用上述系统进行新能源制氢动态合成绿氨的运行方法，所述运行方法为氨合成塔负荷大于30～50%时的正常运行过程，运行方法具体为：
13、当氨合成塔负荷大于30～50%，处于正常负荷区间，将可再生能源制氢装置制备的h2和空分制氮装置制备的n2通入氨合成压缩机进行加压，获得压力后进入热交换器进行预热，预热后由热交换器进入氨合成塔进行高温高压反应，合成氨气；合成的氨气经氨合成塔底部出口管路进入第一热交换器，第一热交换器出口分为两路，一路经调节阀通过管道进入第一氨合成调节塔进一步反应并维持塔内温度，另一路通过管道与第一氨合成调节塔底部出口气体进行汇合，汇合后进入第二热交换器，第二热交换器出口分为两路，一路经调节阀通过管道进入第二氨合成调节塔进一步反应并维持塔内温度，另一路通过管道与第二氨合成调节塔底部出口气体进行汇合，汇合后进入第三热交换器，依次类推，最后进入氨冷工段合成液氨。
14、本专利技术提供一种利用上述系统进行新能源制氢动态合成绿氨的运行方法，所述运行方法为氨合成塔负荷下降至10～50%时的低负荷运行过程，运行方法具体为：
15、当新能源发生波动出力下降，导致氨合成塔负荷下降至10～50%时，氨合成过程所释放的热量无法维持相应的反应温度，这时将可再生能源制氢装置制备的h2和空分制氮装置制备的n2通入氨合成压缩机进行加压，获得压力后进入热交换器进行预热，预热后由热交换器经调节阀通过管道直接导入第一氨合成调节塔，在第一氨合成调节塔内发生氨合成反应并释放热量，第一氨合成调节塔底部出口高温气体经调节阀通过管道进入氨合成塔进一步反应，同时维持氨合成塔反应温度，当氨合成塔负荷再次回到正常负荷时，则启动氨合成塔作为主反应器，反应过程转入上述氨合成塔正常运行过程。
16、本专利技术提供一种利用上述系统进行新能源制氢动态合成绿氨的运行方法，所述运行方法为第一氨合成调节塔负荷下降至10～50%时的低负荷运行过程，运行方法具体为：
17、当第一氨合成调节塔负荷下降至10～50%时，此时氨合成塔停止运行，将可再生能源制氢装置制备的h2和空分制氮装置制备的n2通入氨合成压缩机进行加压，获得压力后进入热交换器进行预热，预热后由热交换器经调节阀通过管道直接导入第二氨合成调节塔，在第二氨合成调节塔内发生氨合成反应并释放热量，第二氨合成调节塔底部出口合成气经调节阀通过管道通入第一氨合成调节塔，继续发生反应并起到维持第一氨合成调节塔反应温度，当第一氨合成调节塔负荷再次回到正常负荷时，将原料气转入第一氨合成调节塔，运行流程转入上述氨合成塔负荷下降至10～50%时的低负荷运行过程。
18、本专利技术上述运行方法依次类推。
19、本专利技术的积极有益效果：
20、1、当新能源电力出力下降，氨合成过程负荷下降，当负荷下降至30～50%以下时，相较于通过采用并网电力和原料储存设施维持反应进行的方式，采用本专利技术系统和运行方法能够保持氨合成过程的连续可控运行，最终实现离网型新能源制氢本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新能源制氢动态合成绿氨系统，其特征在于：所述动态合成绿氨系统包括可再生能源制氢装置、空分制氮装置、氨合成压缩机、开工加热炉、氨合成塔、至少两个氨合成调节塔和多个热交换器，所述可再生能源制氢装置和空分制氮装置分别通过管道与氨合成压缩机相连通，所述氨合成压缩机依次经热交换器、开工加热炉或者直接经热交换器与氨合成塔顶部进口通过管道相连通；氨合成塔底部出口通过管道与第一热交换器相连通，第一热交换器出口分为两路，一路经调节阀与第一氨合成调节塔顶部通过管道相连通，另一路通过管道与第二热交换器相连通；第二热交换器出口分为两路，一路经调节阀与第二氨合成调节塔顶部通过管道相连通，另一路通过管道与第三热交换器相连通；依次类推，最后一个热交换器与氨冷工段相连通；
2.根据权利要求1所述新能源制氢动态合成绿氨系统，其特征在于：所述氨合成压缩机依次经热交换器、开工加热炉与氨合成塔顶部进口通过管道相连通时，开工加热炉与氨合成塔进口之间的管道上装有调节阀；
3.根据权利要求1所述的新能源制氢动态合成绿氨系统，其特征在于：系统设有两个氨合成调节塔、三个热交换器。
4.
5.根据权利要求1所述的新能源制氢动态合成绿氨系统，其特征在于：第一氨合成调节塔的最大负荷根据氨合成塔最大进气量负荷的30～50%进行配置；其他氨合成调节塔的最大负荷均根据上一级氨合成调节塔最大进气量负荷的30～50%进行配置。
6.一种利用权利要求1所述系统进行新能源制氢动态合成绿氨的运行方法，其特征在于，所述运行方法为氨合成塔最大进气量负荷大于30～50%时的正常运行过程，运行方法具体为：
7.一种利用权利要求1所述系统进行新能源制氢动态合成绿氨的运行方法，其特征在于，所述运行方法为氨合成塔最大进气量负荷下降至10～30%时的低负荷运行过程，运行方法具体为：
8.一种利用权利要求1所述系统进行新能源制氢动态合成绿氨的运行方法，其特征在于，所述运行方法为第一氨合成调节塔最大进气量负荷下降至10～50%时的低负荷运行过程，运行方法具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种新能源制氢动态合成绿氨系统，其特征在于：所述动态合成绿氨系统包括可再生能源制氢装置、空分制氮装置、氨合成压缩机、开工加热炉、氨合成塔、至少两个氨合成调节塔和多个热交换器，所述可再生能源制氢装置和空分制氮装置分别通过管道与氨合成压缩机相连通，所述氨合成压缩机依次经热交换器、开工加热炉或者直接经热交换器与氨合成塔顶部进口通过管道相连通；氨合成塔底部出口通过管道与第一热交换器相连通，第一热交换器出口分为两路，一路经调节阀与第一氨合成调节塔顶部通过管道相连通，另一路通过管道与第二热交换器相连通；第二热交换器出口分为两路，一路经调节阀与第二氨合成调节塔顶部通过管道相连通，另一路通过管道与第三热交换器相连通；依次类推，最后一个热交换器与氨冷工段相连通；
2.根据权利要求1所述新能源制氢动态合成绿氨系统，其特征在于：所述氨合成压缩机依次经热交换器、开工加热炉与氨合成塔顶部进口通过管道相连通时，开工加热炉与氨合成塔进口之间的管道上装有调节阀；
3.根据权利要求1所述的新能源制氢动态合成绿氨系统，其特征在于：系统设有两个氨合成调节塔、三个热...
【专利技术属性】
技术研发人员：李治学，于越，杨智文，王彦辉，安福新，
申请(专利权)人：华电曹妃甸重工装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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