一种可再生能源电解水制氢直接合成绿氨系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种可再生能源电解水制氢直接合成绿氨系统，属于能源技术领域。本实用新型专利技术提供了一种可再生能源电解水制氢直接合成绿氨系统，包括电解水制氢装置、合成氨装置和氮气输送装置，电解水制氢装置和合成氨装置之间设有压缩装置，压缩装置包括第一压缩机和氢气高压储罐，第一压缩机的进气端与电解水制氢装置相连通，出气端与氢气高压储罐的进气端相连通，氢气高压储罐的出气端与合成氨装置相连通，氮气输送装置的出气端与合成氨装置相连通。所述系统通过压缩装置将电解水制氢装置和合成氨装置结合，使得电解水制氢装置生成的氢气可作为原料直接在合成氨装置合成绿氨，不仅可以实现新能源的本地化有效消纳，也是化工绿色转型的重要途径。绿色转型的重要途径。绿色转型的重要途径。

【技术实现步骤摘要】
一种可再生能源电解水制氢直接合成绿氨系统


[0001]本技术涉及一种可再生能源电解水制氢直接合成绿氨系统，属于能源


技术介绍

[0002]氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效且应用场景丰富的二次能源，可以解决可再生电力能源消纳和储存的问题。由于氢具有密度小、扩散能力强、易燃易爆(在空气中爆炸极限为4～75％)、氢脆和储存难等特殊的物理性质，因此，安全高效的储运及应用技术是氢能产业大规模发展的关键所在，也是制约氢能产业经济性发展的瓶颈。而解决氢能储运问题是氢能安全高效使用的必要前提，也是氢能全产业链降低成本的关键一环。
[0003]电解水制氢是指在直流电的作用下，通过电化学过程将水分子分解为氢气和氧气，分别在阴、阳极析出。目前，氢能主要通过电解水制氢生产。若能使用可再生能源电解水制取绿氢作为原料直接合成绿氨不仅可以实现新能源的本地化有效消纳，也是化工绿色转型的重要途径，可显著降低化工行业的碳排放，规模化应用潜力巨大。

技术实现思路

[0004]为解决上述缺陷，本技术提供了一种可再生能源电解水制氢直接合成绿氨系统，所述电解水制氢直接合成绿氨系统包括电解水制氢装置、合成氨装置以及氮气输送装置；所述电解水制氢装置和合成氨装置之间设有压缩装置；所述压缩装置包括第一压缩机和氢气高压储罐；所述第一压缩机的进气端与电解水制氢装置相连通，出气端与氢气高压储罐的进气端相连通，使得电解水制氢装置产生的氢气能够在高压的状态下进入氢气高压储罐；所述氢气高压储罐的出气端与合成氨装置相连通，所述氮气输送装置的出气端与合成氨装置相连通，使得氢气高压储罐中的高压氢气以及氮气能够进入合成氨装置中，在合成氨催化剂(电解水制氢产生的氢气中不可避免地掺杂少量的氧气，此处采用抗氧性合成氨催化剂可无需使用纯化装置对掺杂少量的氧气的氢气进行脱氧处理，直接将其作为原料直接合成绿氨，此处抗氧性合成氨催化剂为负载型的抗氧性合成氨催化剂，活性组分采用CoMoNi非贵金属或钌基贵金属，载体采用碳纳米材料、氧化铝或分子筛，活性助剂采用Ca、Mg等金属氧化物)的作用下进行反应，生成液氨。
[0005]在本技术的一种实施方式中，所述电解水制氢装置包括电解池、氧气纯化装置以及氢气纯化装置；所述氧气纯化装置的进气端与电解池的阳极槽相连通，出气端与大气或氧气储罐相连通，用于收集并纯化电解池产生的氧气；所述氢气纯化装置的进气端与电解池的阴极槽相连通，出气端与第一压缩机的进气端相连通，用于收集并纯化电解池产生的氢气，并将纯化后的氢气输送至第一压缩机。
[0006]在本技术的一种实施方式中，所述氢气纯化装置包括依次相连的氢气侧换热器、氢气气液分离器以及氢气洗涤塔；所述氢气侧换热器的进气端与电解池的阴极槽相连通，所述氢气洗涤塔的出气端与第一压缩机的进气端相连通，使得电解池产生的氢气能够
先经氢气侧换热器降温，再经氢气气液分离器和氢气洗涤塔纯化，然后经第一压缩机压缩后，在高压的状态下进入氢气高压储罐。
[0007]在本技术的一种实施方式中，所述氧气纯化装置包括依次相连的氧气侧换热器、氧气气液分离器以及氧气洗涤塔；所述氧气侧换热器的进气端与电解池的阳极槽相连通，所述氧气洗涤塔的出气端与大气或氧气储罐相连通，使得电解池产生的氧气能够先经氧气侧换热器降温，再经氧气气液分离器和氧气洗涤塔纯化后，排放至大气或进入氧气储罐。
[0008]在本技术的一种实施方式中，所述电解池为碱性(AWE)电解池或质子交换膜(PEM)电解池。
[0009]在本技术的一种实施方式中，所述电解水制氢装置还包括水供应组件；所述水供应组件包括氧气侧水供应管道以及氢气侧水供应管道；所述氧气水供应管道依次连接氧气侧换热器和氧气洗涤塔，给氧气侧换热器和氧气洗涤塔供应水；所述氢气侧水供应管道依次连接氢气侧换热器和氢气洗涤塔，给氢气侧换热器和氢气洗涤塔供应水。
[0010]在本技术的一种实施方式中，所述氧气侧水供应管道以及氢气侧水供应管道之间串联或并联。
[0011]在本技术的一种实施方式中，所述电解水制氢装置还包括电解液循环组件；所述电解液循环组件包括氧气侧电解液循环管道以及氢气侧电解液循环管道；所述氧气侧电解液循环管道依次连接电解池、氧气气液分离器和氧气洗涤塔，使得氧气气液分离器和氧气洗涤塔中的电解液回流至电解池；所述氢气侧电解液循环管道依次连接电解池、氢气气液分离器和氢气洗涤塔，使得氢气气液分离器和氢气洗涤塔中的电解液回流至电解池。
[0012]在本技术的一种实施方式中，所述氧气侧电解液循环管道以及氢气侧电解液循环管道之间串联或并联。
[0013]在本技术的一种实施方式中，所述电解水制氢装置还包括液体平衡组件；所述液体平衡组件包括液体平衡管道；所述液体平衡管道的一端与氧气气液分离器相连通，另一端与氢气气液分离器相连通，以平衡氧气气液分离器和氢气气液分离器内的溶液高度。
[0014]在本技术的一种实施方式中，所述合成氨装置包括依次相连的压力调节器、合成氨反应器、换热组件、闪蒸组件以及冷剂输送装置；所述压力调节器的进气端与氢气高压储罐相连通，所述氮气输送装置的出气端与合成氨反应器相连通，使得氢气高压储罐中的高压氢气能够先经压力调节器调节至合成氨反应器所需的压力，再与氮气共同进入合成氨反应器中，在其装填的合成氨催化剂的作用下进行反应，生成氨气；所述冷剂输送装置包括冷剂输入管道和冷剂输出管道；所述冷剂输入管道的输出端与换热组件相连通，所述冷剂输出管道的输入端与换热组件相连通，所述闪蒸组件的出气端与液氨储罐相连通，使得合成氨反应器中生成的氨气能够先经生成液氨换热组件换热和冷凝液化，再经闪蒸组件提纯，生成液氨并进入液氨储罐。
[0015]在本技术的一种实施方式中，所述合成氨装置还包括合成气循环组件；所述合成气循环组件包括合成气循环管道；所述合成气循环管道依次连接闪蒸组件、换热组件和压力调节器，使得闪蒸组件排出的循环合成气能够与氢气高压储罐中的高压氢气混合后，先经压力调节器调节至合成氨反应器所需的压力，再与氮气共同进入合成氨反应器中，
在合成氨催化剂的作用下进行反应，生成氨气。
[0016]在本技术的一种实施方式中，所述换热组件包括依次相连的一级换热器和二级换热器；所述冷剂输入管道的输出端与二级换热器相连通，所述冷剂输出管道的输入端与二级换热器相连通。
[0017]在本技术的一种实施方式中，所述闪蒸组件包括依次相连的一级闪蒸罐和二级闪蒸罐；所述合成气循环管道依次连接一级闪蒸罐、二级换热器、一级换热器和压力调节器。
[0018]在本技术的一种实施方式中，所述合成氨装置还包括驰放气输出组件；所述驰放气输出组件包括驰放气输出管道；所述驰放气输出管道的一端与二级闪蒸罐相连通，另一端与火炬系统相连通，使得二级闪蒸罐产生的驰放气能够在火炬系统进行燃烧。
[0019]在本技术的一种实施方式中，所述压力调节器为减压阀和/或第二压缩机。
[0020]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再生能源电解水制氢直接合成绿氨系统，其特征在于，所述电解水制氢直接合成绿氨系统包括电解水制氢装置、合成氨装置以及氮气输送装置；所述电解水制氢装置和合成氨装置之间设有压缩装置；所述压缩装置包括第一压缩机和氢气高压储罐；所述第一压缩机的进气端与电解水制氢装置相连通，出气端与氢气高压储罐的进气端相连通；所述氢气高压储罐的出气端与合成氨装置相连通，所述氮气输送装置的出气端与合成氨装置相连通。2.根据权利要求1所述的电解水制氢直接合成绿氨系统，其特征在于，所述电解水制氢装置包括电解池、氧气纯化装置以及氢气纯化装置；所述氧气纯化装置的进气端与电解池的阳极槽相连通，出气端与大气或氧气储罐相连通；所述氢气纯化装置的进气端与电解池的阴极槽相连通，出气端与第一压缩机的进气端相连通。3.根据权利要求2所述的电解水制氢直接合成绿氨系统，其特征在于，所述氢气纯化装置包括依次相连的氢气侧换热器、氢气气液分离器以及氢气洗涤塔；所述氢气侧换热器的进气端与电解池的阴极槽相连通，所述氢气洗涤塔的出气端与第一压缩机的进气端相连通。4.根据权利要求3所述的电解水制氢直接合成绿氨系统，其特征在于，所述氧气纯化装置包括依次相连的氧气侧换热器、氧气气液分离器以及氧气洗涤塔；所述氧气侧换热器的进气端与电解池的阳极槽相连通，所述氧气洗涤塔的出气端与大气或氧气储罐相连通。5.根据权利要求4所述的电解水制氢直接合成绿氨系统，其特征在于，所述电解水制氢装置还包括水供应组件；所述水供应组件包括氧气侧水供应管道以及氢气侧水供应管道；所述氧气水供应管道依次连接氧气侧换热器和氧气洗涤塔；所述氢气侧水供应管道依...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小夫，沈明忠，王昕，白建明，侯朋飞，于子龙，刘起琦，
申请(专利权)人：华电重工股份有限公司，
类型：新型
国别省市：