[發明專利]一種冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統

有效

• 申請號: 202110729287.1
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113479906B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 江莉龍;羅宇;陳崇啟;林立
• 申請（專利權）人: 福州大學化肥催化劑國家工程研究中心
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04;C25B1/04
• 代理公司: 北京東方芊悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11591
• 代理人: 彭秀麗

1.一種冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統，其特征在于，包括合成氨塔(1)、用于電解水供氧的固體氧化物電解池(2)、用于空氣分離供氮的膜分離裝置(3)、除氧除水裝置(4)、混合器(5)、第一水冷器(6)、氨冷器(7)、氨分離器(8)、變溫吸附組件(9)、第二水冷器(10)和貯槽(20)，所述固體氧化物電解池(2)的氫氣出口與所述除氧除水裝置(4)的進氣口連通，凈化自所述固體氧化物電解池(2)的氫氣出口排出氣體中混合的氧氣，所述除氧除水裝置(4)的出氣口和所述膜分離裝置(3)的氮氣出口分別與所述混合器(5)的進氣口連通，所述混合器(5)的出氣口與所述合成氨塔(1)的原料氣進入管(11)連通，原料氫氣和氮氣經所述混合器(5)混合后通過所述原料氣進入管(11)進入所述合成氨塔(1)進行氨的合成；所述合成氨塔(1)的產物氣出氣管(14)依次與所述第一水冷器(6)、氨冷器(7)和氨分離器(8)連通，所述氨分離器(8)的出口為兩個，分別為出液口(81)和出氣口(82)，所述出液口(81)與所述貯槽(20)連通，所述出氣口(82)與所述變溫吸附組件(9)進氣口連通，所述變溫吸附組件(9)的出氣口有兩個，分別與所述貯槽(20)和所述原料氣進入管(11)連通，所述第二水冷器(10)設置在所述變溫吸附組件(9)與所述貯槽(20)之間的連通管路上，在所述合成氨塔(1)內合成的氨混合氣中的氨經所述第一水冷器(6)和氨冷器(7)冷凝液化后，連同未液化的氣體一起進入所述氨分離器(8)中，其中液氨通過所述出液口(81)進入到所述貯槽(20)中儲存，未液化的混合氣體進入所述變溫吸附組件(9)中，混合氣體中的氨氣被所述變溫吸附組件(9)中的吸附劑吸收并解吸后，經所述第二水冷器(10)液化后進入到所述貯槽(20)中儲存，在所述變溫吸附組件(9)內脫除了氨氣后的混合氣體作為循環氣體經所述原料氣進入管(11)進入所述合成氨塔(1)。

2.根據權利要求1所述的冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統，其特征在于，所述合成氨塔(1)上設有副產蒸汽排出管(18)，所述系統還包括設置在所述副產蒸汽排出管(18)與所述固體氧化物電解池(2)之間通過管路連通的換熱器(60)，用于對所述副產蒸汽排出管(18)排出的蒸汽進行換熱升溫，所述換熱器(60)上設有第一進氣口(601)、第一出氣口(602)、第二進氣口(603)和第二出氣口(604)，副產蒸汽排出管(18)與所述第一進氣口(601)連通，所述固體氧化物電解池(2)的蒸汽進口與所述第一出氣口(602)連通，所述固體氧化物電解池(2)的高溫氧氣出口與所述第二進氣口(603)連通，所述第二出氣口(604)與外界氧氣儲存裝置(90)連通，所述第一進氣口(601)與第一出氣口(602)導通，所述第二進氣口(603)與所述第二出氣口(604)導通。

3.根據權利要求2所述的冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統，其特征在于，所述固體氧化物電解池(2)的氫氣出口與所述除氧除水裝置(4)的進氣口之間設有第一冷卻器(21)，用于冷卻自所述固體氧化物電解池(2)產出的高溫氫氣；所述換熱器(60)的第二出氣口(604)與所述外界氧氣儲存裝置(90)之間設有第二冷卻器(22)，用于冷卻經所述換熱器(60)換熱后的氧氣。

4.根據權利要求3所述的冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統，其特征在于，所述系統還包括為所述變溫吸附組件(9)提供熱源的熱泵(70)，所述第一冷卻器(21)和第二冷卻器(22)中所放熱量供應所述熱泵(70)的低溫熱源(701)。

5.根據權利要求4所述的冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統，其特征在于，所述除氧除水裝置(4)包括并聯設置的兩個吸附柱，其中一個用于水的吸附，另一個用于水的脫附，分別為第一吸附柱(41)和第二吸附柱(42)，每個所述吸附柱內沿氣體流動方向分別設有氫氣催化氧化催化劑(a)和水吸附劑(b)，自所述固體氧化物電解池(2)的氫氣出口排出的含有少量氧氣的氫氧混合氣體進入其中一個所述吸附柱后，在所述氫氣催化氧化催化劑(a)作用下，氫氧混合氣體中的少量氧氣與氫氣反應生成水后進入所述水吸附劑(b)，產物水被所述水吸附劑(b)吸附后，氫氣和所述膜分離裝置(3)產出的氮氣一起進入所述混合器(5)中混合，所述吸附劑(b)中吸附水的量達到一定程度后，進行脫附。