[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

本發明公開了一種冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統，系統中固體氧化物電解池的氫氣出口與除氧除水裝置的進氣口連通，除氧除水裝置的出氣口和膜分離裝置的氮氣出口分別與混合器的進氣口連通，混合器的出氣口與合成氨塔的原料氣進入管連通；合成氨塔的產物氣出氣管依次與第一水冷器、氨冷器和氨分離器連通，氨分離器出液口與貯槽連通，其出氣口與變溫吸附組件進氣口連通，變溫吸附組件兩個出氣口分別與貯槽和原料氣進入管連通，第二水冷器設置在變溫吸附組件與貯槽之間。本發明在原料氣凈化工段，采用變壓吸附，在吸附柱中同時裝填氫氣催化氧化催化劑和水吸附劑，簡化了原料氣凈化工藝；在氨分離工段，采用變溫吸附結合兩次冷卻，大幅降低氨分離工藝的電耗，節約能源。

技術領域

本發明涉及清潔能源轉化與存儲技術領域，具體涉及一種冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統。

背景技術

目前，我國風能、太陽能等可再生能源發電行業發展迅速，但這些可再生能源受季節和天氣條件的影響而波動較大，與相對穩定的用電需求不完全匹配，為減小可再生能源波動對電網造成的負面影響，經常會產生“棄風”、“棄光”和“棄水”等“三棄”現象，導致可再生能源利用率較低。我國每年“三棄”電力規模高達1000億千瓦時，相當于三峽電站的年發電量。因此，為難以并網使用的可再生電力能源開拓新的使用領域具有巨大的經濟效益和社會效益。

采用電解水制氫，可以實現大規模、高效的可再生能源消納，而將氫氣作為能源載體，可提高能源系統韌性，并實現不同地區間能量的再分配。但由于氫氣密度小、難液化，目前較為成熟的高壓儲氫需要35-70MPa，需消耗大量壓縮功，且質量儲氫密度僅5％左右，導致氫氣儲運成本高。

氨是現代工業和農業生產最為基礎的化工原料之一，具有易液化、體積能量密度高、無碳排放、不易燃、安全性高等優點，有望作為高效的氫載體應用于新能源領域，解決氫氣儲運的瓶頸問題。

現代工業合成氨采用哈伯-博施(Haber-Bosch)工藝，將氫氣和氮氣通入高溫、高壓反應器中發生催化反應制得氨。傳統的工藝流程中，氫氣是通過化石燃料的催化氣化/重整耦合水氣變換反應制得的，該過程中排放的大量CO₂約占全球碳排放的1.2％。因此，針對工業化合成氨存在高能耗、高碳排放等問題，將無碳、清潔的可再生能源電力與合成氨工業有機結合，發展高效、清潔的可再生能源工業化合成氨技術路線對于中國的可持續發展之路具有重大的戰略意義。

傳統合成氨工業的能耗主要以電為主，具體包括壓縮機功耗、冷凍機功耗和循環機功耗，其中壓縮機和循環機功耗隨合成氨壓力升高而升高，冷凍機功耗隨合成氨壓力升高而降低。將可再生能源制氫技術與傳統合成氨工藝相結合，解決了氫氣來源的碳排放問題和能耗問題，但對合成氨工段的能耗卻沒有太大影響，因此如何將可再生能源技術與合成氨工藝結合，進一步降低整體系統能耗，提高可再生能源在整體能耗中的占比，是推廣可再生能源合成氨需要解決的問題之一。

發明內容

本發明旨在解決可再生能源合成氨工藝中整體能耗高，能耗中可再生能源占比低的問題，提出一種冷熱電聯用的可再生能源合成氨系統。

本發明采用如下技術方案：