一种分布式固氮系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种分布式固氮系统，属于固氮技术领域，所述固氮系统包括依次连接的空气供应装置(1)、第一合成反应器(2)、第一合成反应器产物处理装置(3)、第二合成反应器(4)和第二合成反应器产物处理装置(5)；第二合成反应器(4)包括流动电化学反应器，第二合成反应器产物处理装置(5)包括合成液肥的浓缩/稀释装置(51)、合成固肥的结晶装置(52)以及合成燃料的分离装置(53)。固氮系统创新地以空气为原料，先在等离子体和催化剂协同作用下合成氧化氮，再利用电催化及通过电解液调控直接合成所需的氮肥，或者对含氨的电解液做进一步处理后获得燃料氨，或者直接利用氧化氮制备硝酸，具有同时产出多种产品的特点。具有同时产出多种产品的特点。具有同时产出多种产品的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式固氮系统


[0001]本技术涉及固氮
，尤其涉及一种分布式固氮系统。

技术介绍

[0002]固氮，在传统意义上是指将大气中普遍存在的氮气转化为可进一步深加工的氨的过程。氨是各种氮肥的基本原料，也是各种化学工业制品的前驱体，全球每年对氨的需求数以亿吨计。此外，氨也是潜在的绿色燃料。当下，几乎100％的工业用氨均由哈伯法工艺及其改进工艺生产。哈伯法的主要特征是，以天然气或煤制氢气和空分氮气为原料，在催化剂存在的高温(300
‑
500℃)高压(20
‑
25MPa)反应器内直接合成氨，利用气体分离装置对合成尾气进行分离提纯，并对氨气进行压缩或冷冻液化，然后获得易储存运输的液态氨产品。哈伯法工厂氨年产能基本都在十几万吨至几十万吨之间，投资在几十亿水平，是典型的资金密集的大型化工厂。虽然哈伯法生产能耗较低 (0.52
‑
0.81MJ/mol
‑
NH3)，生产效率高(10
‑
15％)，但是天然气制氢或煤制氢过程产生大量温室气体二氧化碳，在全球碳减排和碳中和政策下，这是哈伯法工艺最突出的问题。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于克服传统固氮工艺存在的问题，提供了一种固氮系统。
[0004]本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]主要提供一种分布式固氮系统，所述固氮系统包括依次连接的空气供应装置、用于合成氧化氮的第一合成反应器、第一合成反应器产物处理装置、用于合成氨的第二合成反应器和第二合成反应器产物处理装置；所述第二合成反应器包括流动电化学反应器，所述第二合成反应器产物处理装置包括合成液肥的浓缩/稀释装置、合成固肥的结晶装置以及合成燃料的分离装置。
[0006]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述第二合成反应器包括依次连接的第一腔室、第二腔室、第三腔室和用于提供电解液的补液罐，所述补液罐分别与所述第二腔室、第三腔室连接，所述第二腔室中设有第一电极，所述第三腔室中设有第二电极。
[0007]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述固氮系统还包括光伏电站，所述第一电极、第二电极均与所述光伏电站连接。
[0008]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述第一腔室和第二腔室之间设有隔绝水溶液但允许气体通过的第一隔膜，第二腔室和第三腔室之间设有第二隔膜。
[0009]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述第一隔膜和所述第一电极集成为一体结构，所述第二隔膜为阴离子交换膜或阳离子交换膜。
[0010]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述第二腔室中设有氨浓度检测装置。
[0011]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述第二合成反应器还包括粗产品储罐，所述粗产品储罐的前端与所述第三腔室连接，所述粗产品储罐的后端与所述第二合成反应器产物处理装置连接。
[0012]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述空气供应装置包括用于分离氮气和氧气的空分装置、氧气储罐、氮气储罐以及用于储存一定比例氮气和氧气的气体混合罐，所述氧气储罐、氮气储罐分别连接在所述空分装置和气体混合罐之间。
[0013]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述第一合成反应器为气相反应器。
[0014]作为一选项，一种分布式固氮系统，所述第一合成反应器产物处理装置包括尾气分离装置和NOX储罐，所述尾气分离装置分别与所述NOX储罐、气体混合罐连接。
[0015]需要进一步说明的是，上述系统各选项对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
[0016]与现有技术相比，本技术有益效果是：
[0017](1)本技术固氮系统创新地以空气为原料，先在等离子体和催化剂协同作用下合成氧化氮，再利用电催化及通过电解液调控，最后经过第二合成反应器产物处理装置的浓缩/稀释装置、合成固肥的结晶装置以及合成燃料的分离装置合成不同的产品，具有同时产出多种产品的特点，相比传统工艺，最终产品的制备流程大幅缩减，投资成本小，同时，使用空气为原料避免碳排放。
[0018](2)固氮系统年产能设计在几百吨氨水平，可随开随停，因此能够很好地与中小型光伏电站进行配合，运行规律可与光伏电站完全一致，对光伏电站剩余电能进行充分利用，并将其转化为用途广泛的含氮制品，同时解决光伏剩余电能高价值利用和接近零运行成本及零碳排放固氮的难题。
[0019](3)所述固氮系统在接近室温和常压的条件下运行，因此装置的安全系统较高，操作难度系数小，满足装置分布、普及应用要求。
[0020](4)第二腔室中设有氨浓度检测装置，当氨浓度达到需求值后，将反应电解液导入至粗产品罐中，并向第二腔室自所述补液罐补充新鲜电解液，方便对工艺的监控。
[0021](5)在氮肥应用中，可以根据植物的需求进行氮肥的精准生产，不仅可以避免过度施肥导致的土壤富氮和氮肥浪费问题，还可以最大化保障农作物的长势健康。
附图说明
[0022]图1为本技术一种分布式固氮系统的简示图；
[0023]图2为本技术第二合成反应器的结构示意图；
[0024]图3为本技术光伏电站与第二合成反应器连接的示意图；
[0025]图4为本技术第二合成反应器带隔离膜的结构示意图；
[0026]图5为为本技术第二合成反应器带氨浓度检测装置的结构示意图；
[0027]图6为为本技术第二合成反应器带粗产品储罐的结构示意图；
[0028]图7为为本技术一种分布式固氮系统的具体结构图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0030]在本技术的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0031]在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0032]此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式固氮系统，其特征在于，所述固氮系统包括依次连接的空气供应装置(1)、用于合成氧化氮的第一合成反应器(2)、第一合成反应器产物处理装置(3)、用于合成氨的第二合成反应器(4)和第二合成反应器产物处理装置(5)；所述第二合成反应器(4)包括流动电化学反应器，所述第二合成反应器产物处理装置(5)包括合成液肥的浓缩/稀释装置(51)、合成固肥的结晶装置(52)以及合成燃料的分离装置(53)。2.根据权利要求1所述的一种分布式固氮系统，其特征在于，所述第二合成反应器(4)包括依次连接的第一腔室(41)、第二腔室(42)、第三腔室(43)和用于提供电解液的补液罐(44)，所述补液罐(44)分别与所述第二腔室(42)、第三腔室(43)连接，所述第二腔室(42)中设有第一电极(421)，所述第三腔室(43)中设有第二电极(431)。3.根据权利要求2所述的一种分布式固氮系统，其特征在于，所述固氮系统还包括光伏电站(6)，所述第一电极(421)、第二电极(431)均与所述光伏电站(6)连接。4.根据权利要求2所述的一种分布式固氮系统，其特征在于，所述第一腔室(41)和第二腔室(42)之间设有隔绝水溶液但允许气体通过的第一隔膜(422)，第二腔室(42)和第三腔室(43)之间设有第二隔膜(432)。5.根据权利要求4所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：于一夫，张宝顺，张兵，
申请(专利权)人：于一夫，
类型：新型
国别省市：