【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及能源利用，具體涉及一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統。
技術介紹
1、傳統的合成氨工藝主要以化石能源制氫和空分制氮的方式獲取原料，在合成塔中催化劑的作用下合成氨。但以煤、天然氣等化石能源為原料的化工裝置在制氫過程中會排放大量的二氧化碳，加劇溫室效應。為了減少二氧化碳的排放，緩解全球變暖及其他負面影響，可以利用風能、太陽能、水能和地熱能等可再生的新能源發電為電解水制氫及合成氨提供能源供應，以減少化石能源的使用。
2、將可再生能源電解水制取的氫氣與低溫空氣分離所得的氮氣作為原料合成氨，不僅可實現新能源的本地化有效消納，也是化工綠色轉型的重要途徑，可顯著降低化工行業的碳排放，規模化潛力巨大。同時，氨具有作為可運輸可再生能源的潛力，能夠在未來的大部分領域取代化石燃料，成為可再生能源技術的重要組成部分。
3、與傳統合成氨相比，綠氨工藝受可再生能源不穩定特性的影響很大。當將風電、光伏電耦合引入到合成氨系統的能源供給中，由于風電或光伏等提供的電力存在波動性，為了保證生產過程的穩定進行，需要進行柔性調節。因此，亟需設計一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統。
技術實現思路
1、本專利技術主要目的在于提供一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，以克服現有技術中存在的問題。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采取了如下技術方案：
3、一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，包括可再生能源電源、電解水制氫單元、合成氨單元、能量回收轉移單元、信息預測單元以
4、所述電解水制氫單元包括堿性電解槽，所述堿性電解槽與所述可再生能源電源連接，以利用可再生能源電源電解制得氫氣和氧氣；所述合成氨單元包括氨合成器，所述氨合成器的進氣端連接有氮源供給裝置和氫源供給裝置，所述氫源供給裝置與所述堿性電解槽的出氫端連接；所述能量回收轉移單元包括第一換熱器，所述第一換熱器的一端與所述氨合成器連接，另一端與所述堿性電解槽連接，所述第一換熱器用于回收所述氨合成器中合成氨氣反應所釋放的熱量，并將回收所得熱量轉移至所述堿性電解槽中進行再利用；
5、所述信息預測單元用于獲取可再生能源的供電預測信息和氨負荷需求預測信息，所述控制單元用于對所述電解水制氫單元和合成氨單元進行調度控制。
6、進一步的，所述堿性電解槽遠離所述可再生能源電源的一端分別連接有第一氧氣氣液分離器和氫氣氣液分離器，所述第一氧氣氣液分離器的出氣端通過氧氣壓縮機連接有氧氣儲罐，所述氫氣氣液分離器的出氣端通過氫氣壓縮機連接有氫氣儲罐。
7、進一步的，所述氫氣儲罐的出氣端連接有氫氣純化塔，所述氫氣純化塔的出氣端通過增壓泵與所述氫源供給裝置連接。
8、進一步的，所述氨合成器的出口端通過管線依次連接有氨分離器和液氨儲罐，所述液氨儲罐與所述氨分離器之間的管線上設有冷卻器。
9、進一步的，還包括制氮單元，所述制氮單元包括依次通過管線連通的空氣壓縮機、氧氮分離器、氣液分離器以及液體儲罐，所述氣液分離器包括第二氧氣氣液分離器和氮氣氣液分離器，所述液體儲罐包括液氧儲罐和液氮儲罐，所述第二氧氣氣液分離器的出液口與所述液氧儲罐連接，所述氮氣氣液分離器的出液口與所述液氮儲罐連接。
10、進一步的，所述空氣壓縮機與所述氧氮分離器之間的管線上設有干燥塔，所述干燥塔與所述氧氮分離器之間的管線上設有節流器。
11、進一步的，所述第二氧氣氣液分離器和氮氣氣液分離器的出氣口均通過增壓泵連接于所述氧氮分離器和節流器之間的管線上，用于對所述氧氮分離器補充冷量。
12、進一步的，所述液氮儲罐的出口端依次連接有增壓泵和預熱器，所述預熱器的出口端與所述氮源供給裝置連接。
13、進一步的，所述能量回收轉移單元還包括第二換熱器，所述第二換熱器的一端與所述干燥塔連接，另一端分別與所述預熱器和所述氨合成器進口端的管線連接，所述第二換熱器用于回收空氣壓縮熱，并利用回收的熱量將經過預熱器的液氮加熱為常溫氮氣，將氮源供給裝置和氫源供給裝置出口端的氮氣和氫氣加熱為高溫氮氣和高溫氫氣。
14、進一步的，所述信息預測單元通過獲取未來時間段的天氣信息，并根據以往的風力發電和光伏發電與各種天氣對應的發電信息，從而獲得未來某一時間段的發電量預測信息；所述信息預測單元通過獲取電解水制氫單元和合成氨單元的歷史運行數據以及產品產出參數信息來獲取氨負荷需求預測信息；所述控制單元根據發電量預測信息與氨負荷需求預測信息來調節堿性電解槽氨和氨合成器的開啟數量以及運行功率。
15、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
16、通過設置能量回收轉移單元，回收氨合成器中合成氨氣反應所釋放的熱量，并將回收所得熱量轉移至堿性電解槽中進行再利用，對堿性電解槽進行預熱或加熱，減少了堿性電解槽啟動前的堿液升溫過程，大大縮短了啟動時間，從而實現了堿性電解槽快速啟動，還減少了能耗，也就可以更好的適應可再生能源電源的波動性；并且設置信息預測單元以及控制單元，獲取可再生能源的供電預測信息和氨負荷需求預測信息，并對電解水制氫單元和合成氨單元進行調度控制，實現系統最優動態調節，從而提升系統消納可再生能源波動性的能力，最終保證了生產過程的穩定進行。
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1.一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，包括可再生能源電源、電解水制氫單元、合成氨單元、能量回收轉移單元、信息預測單元以及控制單元；
2.如權利要求1所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述堿性電解槽遠離所述可再生能源電源的一端分別連接有第一氧氣氣液分離器和氫氣氣液分離器，所述第一氧氣氣液分離器的出氣端通過氧氣壓縮機連接有氧氣儲罐，所述氫氣氣液分離器的出氣端通過氫氣壓縮機連接有氫氣儲罐。
3.如權利要求2所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述氫氣儲罐的出氣端連接有氫氣純化塔，所述氫氣純化塔的出氣端通過增壓泵與所述氫源供給裝置連接。
4.如權利要求1所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述氨合成器的出口端通過管線依次連接有氨分離器和液氨儲罐，所述液氨儲罐與所述氨分離器之間的管線上設有冷卻器。
5.如權利要求1所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，還包括制氮單元，所述制氮單元包括依次通過管線連通的空氣壓縮機、氧氮分離器、氣液分離器以及液體儲罐，所述氣液分
6.如權利要求5所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述空氣壓縮機與所述氧氮分離器之間的管線上設有干燥塔，所述干燥塔與所述氧氮分離器之間的管線上設有節流器。
7.如權利要求6所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述第二氧氣氣液分離器和氮氣氣液分離器的出氣口均通過增壓泵連接于所述氧氮分離器和節流器之間的管線上，用于對所述氧氮分離器補充冷量。
8.如權利要求6所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述液氮儲罐的出口端依次連接有增壓泵和預熱器，所述預熱器的出口端與所述氮源供給裝置連接。
9.如權利要求8所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述能量回收轉移單元還包括第二換熱器，所述第二換熱器的一端與所述干燥塔連接，另一端分別與所述預熱器和所述氨合成器進口端的管線連接，所述第二換熱器用于回收空氣壓縮熱，并利用回收的熱量將經過預熱器的液氮加熱為常溫氮氣，將氮源供給裝置和氫源供給裝置出口端的氮氣和氫氣加熱為高溫氮氣和高溫氫氣。
10.如權利要求1所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述信息預測單元通過獲取未來時間段的天氣信息，并根據以往的風力發電和光伏發電與各種天氣對應的發電信息，從而獲得未來某一時間段的發電量預測信息；所述信息預測單元通過獲取電解水制氫單元和合成氨單元的歷史運行數據以及產品產出參數信息來獲取氨負荷需求預測信息；所述控制單元根據發電量預測信息與氨負荷需求預測信息來調節堿性電解槽氨和氨合成器的開啟數量以及運行功率。
...【技術特征摘要】
1.一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，包括可再生能源電源、電解水制氫單元、合成氨單元、能量回收轉移單元、信息預測單元以及控制單元；
2.如權利要求1所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述堿性電解槽遠離所述可再生能源電源的一端分別連接有第一氧氣氣液分離器和氫氣氣液分離器，所述第一氧氣氣液分離器的出氣端通過氧氣壓縮機連接有氧氣儲罐，所述氫氣氣液分離器的出氣端通過氫氣壓縮機連接有氫氣儲罐。
3.如權利要求2所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述氫氣儲罐的出氣端連接有氫氣純化塔，所述氫氣純化塔的出氣端通過增壓泵與所述氫源供給裝置連接。
4.如權利要求1所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述氨合成器的出口端通過管線依次連接有氨分離器和液氨儲罐，所述液氨儲罐與所述氨分離器之間的管線上設有冷卻器。
5.如權利要求1所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，還包括制氮單元，所述制氮單元包括依次通過管線連通的空氣壓縮機、氧氮分離器、氣液分離器以及液體儲罐，所述氣液分離器包括第二氧氣氣液分離器和氮氣氣液分離器，所述液體儲罐包括液氧儲罐和液氮儲罐，所述第二氧氣氣液分離器的出液口與所述液氧儲罐連接，所述氮氣氣液分離器的出液口與所述液氮儲罐連接。
6.如權利要求5所述的一種電解水制氫柔性合成氨耦合的系統，其特征在于，所述空氣壓縮機與所述氧氮...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊哲林，王升，李昌倫，孫翔，李京光，劉成良，鄧紅武，
申請(專利權)人：能建綠色氫氨新能源松原有限公司，
類型：發明
國別省市：
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