【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢氨合成，具体涉及一种soec制氢合成绿氨的低能耗系统及运行方法。
技术介绍
1、氢气在众多清洁能源中，因燃烧热值高，燃烧产物无污染，被认为是最理想的清洁能源之一。虽然氢能源拥有诸多优点、但受制于技术条件的不成熟，难以储运和消纳。氨由于具有能量密度高、燃烧过程无碳排放、产业基础成熟等特点，被认为是一种重要的储运和消纳氢能源的载体。利用风电、光伏等可再生能源电力资源电解制得氢气后再合成绿氨，可实现生产-储运-利用全链条的零碳排放。
2、固体氧化物电解池(soec)是一种高效能量转化装置，是反向运行的固体氧化物燃料电池。其通过在高温下(通常500℃～1100℃)的电化学反应过程，可将如h2o、co2等原料转化为可以直接利用的化石能源。soec电解技术转换效率高，在利用h2o转化制氢领域，其转换效率远高于碱性电解槽、pem电解槽，理论转换效率可达100％。
3、绿氨合成反应是一种放热反应，在反应过程中需要消耗大量h2，传统的电解制氢设备(如碱性电解槽、pem电解槽等)转换效率低，为保证h2稳定供应，往往需要配置多台设备，增加投资成本。若采用soec，其虽然能满足转换效率，但其转化过程需要维持较高的反应温度，气体循环一般需要经过两级加热，需要较高的外界能量消耗，在绿氢制取过程中，如果这部分能耗全部由可再生能源提供，将会增加较大的投资成本。
4、现有soec制氢合成氨相类似的专利创新点，所解决的问题是soec过程热能的利用，未涉及氨合成过程中所产生的热量与soec所需热量的综合利用，将造成
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于解决soec过程热能的利用问题，从而提供能够解决上述问题，进而减少能耗、降低成本的一种soec制氢合成绿氨的低能耗系统及运行方法。
2、一种soec制氢合成绿氨的低能耗系统，包括：
3、固体氧化物电解池，包括soec燃料电池，设置在soec燃料电池上的阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口，设置在阳极入口上的第一加热器，设置在阴极入口上的第二加热器；
4、第一热交换器，用于将soec阴极出口的气体与通入第二加热器的水蒸气换热后分离成h2和h2o；
5、合成气压缩机，用于将第一热交换器分离的h2与n2、nh3循环气按比例混合并提升至反应压力获得合成气；
6、氨合成塔，用于将换热后的合成气合成nh3，并通过nh3管路输出；
7、热量利用系统，包括沿着nh3输送方向依次设置在nh3管路上的多级换热器，以及连接在多级换热器上的第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路；界外来水通过nh3管路上最后一级换热器与nh3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路分别通过第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路输出；第一水蒸气输送管路的输出口与第一热交换器上的水蒸气入口连通；第二水蒸气输送管路将水蒸汽依次与剩余的nh3管路上的换热器换热后与第一热交换器中换热后的水蒸气混合输入到第二加热器中。
8、所述多级换热器为三级，沿着nh3输送方向依次为一级换热器、二级换热器和三级换热器；所述三级换热器上连通有为其提供水的混合水箱；所述三级换热器出口连通的第二水蒸气输送管路依次与二级换热器和一级换热器连通后与第二加热器的入口连通。
9、本专利技术还包括设置在合成气压缩机和氨合成塔之间的第二热交换器，所述第二热交换器用于将阳极出口的气体与合成气进行换热；
10、所述阳极出口的气体通过第一混合气管路输送到第二热交换器与合成气换热后，再通过第二混合气管路输送到o2分离工序；
11、和/或，所述合成气压缩机的合成气通过入塔管路输送到第二热交换器中进行换热；换热后的合成气分别通过催化剂预热管路、调节气管路和主进气管路输入到氨合成塔中。
12、所述催化剂预热管路上设置有加热装置，优选的，所述加热装置为开工炉；
13、和/或，所述调节气管路为三路。
14、通入阳极入口的空气先通过空气输送管路输入到第二热交换器中与阳极出口的气体进行换热后再进入第一加热器中加热。
15、所述合成气压缩机中输入的n2经过空分制n2装置获得；
16、和/或，所述合成气压缩机中的nh3循环气通过nh3循环管路输入，所述nh3循环管路的入口与nh3管路的尾端连通；
17、和/或，所述第一加热器和第二加热器所用的能源为可再生能源。
18、一种soec制氢合成绿氨的低能耗运行方法，包括：
19、氨合成：将绿氨的合成原料h2和n2按照合成比例输入到合成气压缩机中获得合成气，合成气进入氨合成塔进行合成并通过nh3管路输出；合成原料h2来源于固体氧化物电解池的阴极出口排出的经过第一热交换器分离得到的h2；
20、热量利用：氨合成塔合成的氨气通过沿着nh3输送方向依次设置的多级换热器与水换热后形成水蒸汽和液态氨；多级换热器的换热过程为：水通过最后一级换热器与nh3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路，一路依次与其余换热器换热后进入到固体氧化物电解池的第二加热器中进行加热，然后通过固体氧化物电解池的阴极入口进入到soec燃料电池中反应；另一路则通过第一热交换器与固体氧化物电解池的阴极出口的气体进行换热后与一路换热后的蒸汽一同进入到第二加热器中进行加热。
21、所述合成气压缩机中获得的合成气先通过第二热交换器与固体氧化物电解池的阳极出口排出的气体换热后，再输入到氨合成塔中进行反应；
22、和/或，通过第一加热器加热后输入阳极入口的空气，其在进行第一加热器加热之前还与阳极出口排出的气体通过第二热交换器进行换热；
23、和/或，nh3管路中经过多级换热器换热的nh3经过氨冷器冷却后分离得到液态氨和nh3循环气，所述nh3循环气通过nh3循环管路输入到合成气压缩机中。
24、合成气进入氨合成塔进行合成的过程为：首先将合成气加热后进入氨合成塔中将氨合成塔的催化剂预热至起活温度360℃～400℃，然后再在氨合成塔中通入反应温度的合成气进行反应。
25、本专利技术技术方案，具有如下优点：
26、1、本专利技术提供的一种soec制氢合成绿氨的低能耗系统，将soec所需的界外来水与氨合成出塔气进行多级换热，获得较高温度的过热蒸汽同时，也达到了氨冷的目的。本专利技术通过soec与氨合成过程产生了较佳的能量耦合，大大降低了能源消耗，同时减少了制氢所投入装置的数量，显著降低绿氨的合成成本。
27、2、本专利技术提供的一种soec制氢合成绿氨的低能耗系统，进一步将soec燃料电池的阳极出口的混合气与进入氨合成塔前的合成气换热，使合成气获得一定预热温度，混合气温度进一步降低可用于输送到o2分离工序分离出o2。
28、3、本专利技术提供的一种soec制氢合成绿氨的低能耗系统，电解水制氢合成绿氨过程所需能量，包括电堆电解耗能、进口水蒸气预热、压缩机等能量全部由电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低能耗系统，其特征在于，所述多级换热器为三级，沿着NH3输送方向依次为一级换热器(9)、二级换热器(10)和三级换热器(11)；所述三级换热器(11)上连通有为其提供水的混合水箱(13)；所述三级换热器(11)出口连通的第二水蒸气输送管路依次与二级换热器(10)和一级换热器(9)连通后与第二加热器(2)的入口连通。
3.根据权利要求1或2所述的低能耗系统，其特征在于，还包括设置在合成气压缩机(15)和氨合成塔(7)之间的第二热交换器(4)，所述第二热交换器(4)用于将阳极出口的气体与合成气进行换热。
4.根据权利要求3所述的低能耗系统，其特征在于，所述阳极出口的气体通过第一混合气管路(20)输送到第二热交换器(4)与合成气换热后，再通过第二混合气管路(21)输送到O2分离工序；
5.根据权利要求4所述的低能耗系统，其特征在于，所述催化剂预热管路上设置有加热装置，优选的，所述加热装置为开工炉(5)；
6.根据权利要求3-5任一项所述的低能
7.根据权利要求1-6任一项所述的低能耗系统，其特征在于，所述合成气压缩机(15)中输入的N2经过空分制N2装置获得；
8.一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗运行方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的低能耗运行方法，其特征在于，所述合成气压缩机(15)中获得的合成气先通过第二热交换器(4)与固体氧化物电解池的阳极出口排出的气体换热后，再输入到氨合成塔(7)中进行反应；
10.根据权利要求8或9所述的低能耗运行方法，其特征在于，合成气进入氨合成塔(7)进行合成的过程为：首先将合成气加热后进入氨合成塔(7)中将氨合成塔(7)的催化剂预热至起活温度360℃～400℃，然后再在氨合成塔(7)中通入反应温度的合成气进行反应。
...【技术特征摘要】
1.一种soec制氢合成绿氨的低能耗系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低能耗系统，其特征在于，所述多级换热器为三级，沿着nh3输送方向依次为一级换热器(9)、二级换热器(10)和三级换热器(11)；所述三级换热器(11)上连通有为其提供水的混合水箱(13)；所述三级换热器(11)出口连通的第二水蒸气输送管路依次与二级换热器(10)和一级换热器(9)连通后与第二加热器(2)的入口连通。
3.根据权利要求1或2所述的低能耗系统，其特征在于，还包括设置在合成气压缩机(15)和氨合成塔(7)之间的第二热交换器(4)，所述第二热交换器(4)用于将阳极出口的气体与合成气进行换热。
4.根据权利要求3所述的低能耗系统，其特征在于，所述阳极出口的气体通过第一混合气管路(20)输送到第二热交换器(4)与合成气换热后，再通过第二混合气管路(21)输送到o2分离工序；
5.根据权利要求4所述的低...
【专利技术属性】
技术研发人员：白建明，于越，李治学，殷明松，胡小夫，刘起琦，王一川，
申请(专利权)人：华电重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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