一种利用可再生能源进行氨合成的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用可再生能源进行氨合成的系统及方法，系统包括氨合成塔、废热回收器、热交换器、冷却设备和氨分离器；氨合成塔上连接有进气管路和出气管路，热交换器与氨分离器之间的出气管路上设有热循环气管路，热循环气管路经循环气压缩机连接至热交换器上的进气管路，热循环气管路与进气管路的连接处设有二级回流管路连接循环回流管路的进气端；本发明专利技术针对风、光等可再生能源供能的不稳定性，当输入至本系统的氢气和氮气的总流量与满负荷的氢气和氮气的总流量产生差值时，通过热循环气管路控制氨回流量，通过二级回流管路控制氨合成塔的总气流量，最终保证氨合成塔在不同供能情况下，整体系统的稳定性。整体系统的稳定性。整体系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用可再生能源进行氨合成的系统及方法


[0001]本专利技术涉及可再生能源的风光储一体化的
，尤其涉及一种利用可再生能源进行氨合成的绿色氨合成系统及方法，以此将风、光等可再生能源以绿氨产品的方式进行存储。

技术介绍

[0002]可再生清洁能源包括太阳能、风能、水能、海洋能，地热能，生物能等。它们在自然界可以循环再生，是取之不尽，用之不竭的能源，环境友好的能源。
[0003]可再生清洁能源的广泛利用是未来发展的方向，特别是在我国的西北部地区，其具有丰富的风能和光能，但是风能和光能经过转化的电能却无法进行大规模的应用，主要因素是由于受到自然环境的影响，风光发电存在间歇性、波动性、不稳定性的特点。光伏发电的原理是半导体的“光生伏特效应”，其发电量与光照强度有关；风力发电的原理是，通过风车将风的动能转化为机械动能，再把机械能转化为电能，因此风力发电电量与风力大小有关。风光发电效率受到阳光、风力等因素的影响，存在波动性大、稳定性弱的缺陷，易导致发电侧与电网侧的不匹配，风光可再生能源的大规模并网（一般不超过电网总容量的20%）也会给电网带来较大的冲击，威胁着电力系统的安全稳定。为此，迫切需要找到一种安全可靠的就地转化风光可再生能源的方法。
[0004]通过风光可再生清洁能源制氢是一种常用的方法，得到的氢产品是绿氢，绿色环保，但是氢产品的体积能量密度仅有9.89MJ/m3，能量密度非常低，导致储存、运输成本高，不是就地转化风光可再生能源的有效方法。液氨的体积能量密度854MJ/m3，且不含碳，储存、运输方便，合成的原料仅为氢气和氮气，通过风光可再生清洁能源能够抽取氢气和氮气，然后通过氨合成反应得到绿氨产品，从而将风光可再生清洁能源转化成氨能，实现了能量的有效转化。
[0005]对于传统的氨合成工业化装置，“安、稳、长、满、优”是追求的目标，也是装置效益的关键。但是对于风光可再生清洁能源，波动性大、稳定性弱的特点，必然决定了匹配的零碳绿氨合成装置不可能达到“稳、长、满、优”的全面目标，因此须在保证安全的基础上，合成装置要与风光可再生清洁能源联动，实现随风光而动的零碳绿氨合成装置，从而实现10
‑
110%负荷风光可再生能源的能量的安全、有效、经济转化。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的问题，本专利技术目的在于提供一种适用于清洁能源供能的氨合成工艺，避免了因清洁能源供能不足影响氨合成反应，甚至造成设备进入疲劳工况的问题。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种利用可再生能源进行氨合成的系统，所述的系统包括氨合成塔、废热回收器、热交换器、冷却设备和氨分离器；氨合成塔上连接有进气管路和出气管路，氨合成塔经出气管路依次连接废热回收器、热交换器、冷却设备和氨分离器；进气管路和出气管路之间通过热交换器进行换热，所述的热交换器与
氨分离器之间的出气管路上设有热循环气管路，热循环气管路经循环气压缩机连接至热交换器上的进气管路，热循环气管路与进气管路的连接处设有二级回流管路连接循环回流管路的进气端。
[0008]本专利技术的系统内设有辅助控制的进塔氨含量控制系统和进塔流量控制系统；热交换器连接的进气管路和出气管路上均设有检测仪表，通过检测仪表连接进塔氨含量控制系统和进塔流量控制系统；本专利技术的进塔氨含量控制系统在热循环管路与出气管路的连接位置上分别设有热循环气回流调节阀和热循环气出口调节阀；进塔流量控制系统在二级回流管路上设有流量调节阀。
[0009]本专利技术的检测仪表包括新鲜气流量表，进塔氨含量分析表和进塔气流量表；为了维持氨合成塔内部的反应的稳定运行，需要系统控制进塔的气的总量和进塔气中的氨含量，经过系统回流的含氨热循环气与新鲜气混合，最终输入氨合成塔中，控制氨合成塔中反应的稳定进行。
[0010]本专利技术的进气管路上设有新鲜气压缩机连接热交换器的输入端；新鲜气需要经过压缩后才能输入氨合成塔，其与热循环气管路上的循环气压缩机形成对应，统一压缩混合后，输入氨合成塔。
[0011]本专利技术的氨合成塔与热交换器之间的进气管路上设有分支的加热管路，所述的加热管路经加热器连接至氨合成塔；进一步优选的加热器为熔盐加热器；通过熔盐加热器辅助加热通入合成塔中的混合气，在系统供电不足时，通过熔盐加热器进行辅助加热，在系统供电充足时，通过熔盐加热器储存部分能量，保证整体系统加热部分的稳定运行。
[0012]本专利技术的氨分离器的顶部设有循环气管路，经冷却设备与出气管路换热后连接至的循环回流管路。
[0013]一种利用可再生能源进行氨合成的系统的控制方法，控制方法根据新鲜气的输入量进行切换，新鲜气为氢和氮的混合气，新鲜气的输入量由可再生能源的发电量所决定；具体包括如下工况：常规工况和回流调节工况；1）常规工况：风、光等可再生能源供能充足，经新鲜气流量表检测后，输入进气管路的新鲜气达到氨合成塔设定的负荷量，新鲜气全部输入氨合成塔合成高含氨混合气，高含氨混合气经出气管路全部输入氨分离器，分离收集后得到氨成品；2）回流调节工况：风、光等可再生能源供能下降，输入进气管路的新鲜气的量逐渐下降，经新鲜气流量表检测后，进行如下操作：
①
打开热循环气管路上的热循环气回流调节阀，通过热循环气出口调节阀和热循环气回流调节阀的组合，氨合成塔产出的高含氨混合气部分经过热循环气管路回流，部分经出气管路输入氨分离器；
②
打开二级回流管路上的流量回流阀，热循环气管路中的高含氨混合气部分直接在热循环气管路中回流，部分与进气管路中的新鲜气混合后输入氨合成塔。
[0014]本专利技术所述的常规工况与回流调节工况根据新鲜气的输入量与进行切换，新鲜气输入量的负荷率x=（F
新
/F
满
）
·
100%，其中F
新
为实际新鲜气流量，F
满
为装置设定的满负荷工作的新鲜气流量；1）当新鲜气输入量的负荷率x≥80%时，关闭热循环气回流调节阀；系统常规工况
进行工作；2）当新鲜气输入量的负荷率0≤x＜80%时，打开流量调节阀，通过进塔流量控制系统进行调控进气管路内进塔气体的流量；打开热循环气回流调节阀，通过进塔氨含量控制系统调控进气管路内的进塔气体中的氨含量；系统进行回流调节工况工作。
[0015]回流调节工况是通过进塔流量控制系统输入氨合成塔的混合气流量，通过进塔氨含量控制系统控制输入氨合成塔中混合气中的氨含量，最终保持氨合成系统在工作过程中操作压力的稳定，使得氨合成系统的操作压力
△
P在如下操作范围之内：
△
P=0.2
·
(1
‑
x)
·
P
设计
其中P
设计
为氨合成系统的设定压力，由实际设计的氨合成系统的规模所决定。
[0016]本专利技术的优点在于：本专利技术是针对特殊供能环境下的氨合成的控制工艺，实现了在一整套氨合成系统在清洁能源的供能下，无论本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用可再生能源进行氨合成的系统，所述的系统包括氨合成塔、废热回收器、热交换器、冷却设备和氨分离器；氨合成塔上连接有进气管路和出气管路，氨合成塔经出气管路依次连接废热回收器、热交换器、冷却设备和氨分离器；其特征在于，进气管路和出气管路之间通过热交换器进行换热，所述的热交换器与氨分离器之间的出气管路上设有热循环气管路，热循环气管路经循环气压缩机连接至热交换器上的进气管路，热循环气管路与进气管路的连接处设有二级回流管路连接循环回流管路的进气端。2.如权利要求1所述的氨合成的系统，其特征在于，所述的系统内设有辅助控制的进塔氨含量控制系统和进塔流量控制系统；热交换器连接的进气管路和出气管路上均设有检测仪表，通过检测仪表连接进塔氨含量控制系统和进塔流量控制系统；进塔氨含量控制系统在热循环管路与出气管路的连接位置上分别设有热循环气回流调节阀和热循环气出口调节阀；进塔流量控制系统在二级回流管路上设有流量调节阀。3.如权利要求2所述的氨合成的系统，其特征在于，所述的检测仪表包括新鲜气流量表，进塔氨含量分析表和进塔气流量表。4.如权利要求1所述的氨合成的系统，其特征在于，所述的进气管路上设有新鲜气压缩机连接热交换器的输入端。5.如权利要求1所述的氨合成的系统，其特征在于，所述的氨合成塔与热交换器之间的进气管路上设有分支的加热管路，所述的加热管路经加热器连接至氨合成塔。6.如权利要求5所述的氨合成的系统，其特征在于，所述的加热器为熔盐加热器。7.如权利要求1所述的氨合成的系统，其特征在于，所述的氨分离器的顶部设有循环气管路，经冷却设备与出气管路换热后连接至的循环回流管路。8.一种如权利要求2所述的利用可再生能源进行氨合成的系统的控制方法，其特征在于，所述的控制方法根据新鲜气的输入量进行切换，新鲜气为氢和氮的混合气，新鲜气的输入量由可再生能源的发电量所决定；具体包括如下工况：常规工况和回流调节工况；1）常规工况：可再生能源供能充足，经新鲜气流量表检测后，输入进气管路的新鲜气达到氨合成塔设定的负荷量，新鲜气全部输入氨合成塔合成高含氨混合气，高含氨混...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕仲明，张结喜，张健，章华勇，刘小平，王山东，
申请(专利权)人：南京国昌化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：