可再生能源合成氨方法和可再生能源合成氨系统与流程

本发明涉及合成氨，具体涉及一种可再生能源合成氨方法和可再生能源合成氨系统。

背景技术：

1、氨(nh3)是世界上最高产的无机化合物之一，主要用于化肥、塑料、炸药、硝酸、药物等的生产。现有的合成氨工艺主要是哈伯-博施法，原料是氮气和氢气，氮气及氢气在200个大气气压及摄氏400度，通过一个铁化合物的催化剂(fe)，发生化学作用生成氨气。上述合成氨工艺存在一下问题：合成氨原料中的氢源主要来源为不可再生的煤炭或者天然气；合成氨过程中能耗较高。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明实施例提出一种可再生能源合成氨方法，该可再生能源合成氨方法中氢的来源为水和能够再生的生物质废料，且将生物质肥料气化、重整的余热用于合成氨，降低了能耗。

3、本发明实施例还提出一种可再生能源合成氨系统。

4、本发明实施例的可再生能源合成氨方法包括以下步骤：

5、步骤一：利用可再生能源生产电能；

6、步骤二：利用所述电能对水进行电解得到氢源一；

7、步骤三：将生物质废料与碱混合后送入气化炉中，得到气化炉尾气；

8、步骤四：对所述气化炉尾气进行分离得到氢气和甲烷；

9、步骤五：将所述甲烷与水蒸气通入重整反应器进行甲烷重整反应得到氢气；

10、步骤六：将所述步骤四中得到的氢气与所述步骤五中得到的氢气混合作为氢源二；

11、步骤七：利用氮气和所述氢源一、所述氢源二进行合成氨反应。

12、本发明实施例的可再生能源合成氨方法中，氢源一的生产利用了可再生能源，实现了对可再生能源的消纳，避免了可再生能源并网造成的波动；氢源二的生产利用了生物质废料，实现了对生物质废料的处理，氢源一和氢源二的生产方式节约了一次能源的使用。由于可再生能源时空分布不均匀的缺点，氢源一的供应不稳定，将氢源一与氢源二相结合可以实现合成氨工艺中氢源的稳定供应。

13、在一些实施例中，所述步骤二中，利用所述电能并采用碱性电解水的方式生产所述氢源一，且电解过程的温度为70～90摄氏度。

14、在一些实施例中，利用所述气化炉和所述重整反应器的余热加热给水并得到蒸汽热源，利用所述蒸汽热源向所述合成氨反应供热。

15、在一些实施例中，先利用所述气化炉尾气对所述给水一次加热，然后利用所述甲烷重整反应的生成气对所述给水进行二次加热并得到所述蒸汽热源。

16、在一些实施例中，利用所述蒸汽热源为所述步骤二中的电解水过程供热。

17、在一些实施例中，所述步骤一中，生产所述电能的方式包括以下至少一种：光伏发电、风力发电、水力发电。

18、本发明实施例的可再生能源合成氨系统基于上述实施例中任意一项所述的可再生能源合成氨方法，包括：

19、发电单元，所述发电单元通过可再生能源生产电能；

20、电解制氢单元，所述电解制氢单元包括电解槽，所述电解槽利用所述电能对水进行电解生产氢源一；

21、生物质制氢单元，所述生物质制氢单元用于对生物质废料气化、重整以获得氢源二；

22、合成氨单元，所述合成氨单元利用所述氢源一和所述氢源二合成氨；

23、热管理单元，所述热管理单元用于回收所述生物质制氢单元的余热并向所述合成氨单元、所述电解制氢单元供热。

24、在一些实施例中，所述生物质制氢单元包括气化炉、分离器和重整反应器，所述气化炉用于对生物质废料进行气化得到气化炉尾气，所述分离器用于将所述气化炉尾气分离为甲烷和氢气，所述重整反应器用于对所述甲烷进行重整得到氢气。

25、在一些实施例中，所述热管理单元包括换热器一和换热器二，所述换热器一利用所述气化炉尾气对给水一次加热，所述换热器二利用所述重整反应器的生成气对所述给水二次加热并得到蒸汽热源，所述蒸汽热源用于向所述合成氨单元、所述电解制氢单元供热。

26、在一些实施例中，所述合成氨单元包括合成氨反应器，所述合成氨反应器内设置有催化剂，所述蒸汽热源用于将所述催化剂加热至设定温度。

技术特征：

1.一种可再生能源合成氨方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的可再生能源合成氨方法，其特征在于，所述步骤二中，利用所述电能并采用碱性电解水的方式生产所述氢源一，且电解过程的温度为70～90摄氏度。

3.根据权利要求2所述的可再生能源合成氨方法，其特征在于，利用所述气化炉和所述重整反应器的余热加热给水并得到蒸汽热源，利用所述蒸汽热源向所述合成氨反应供热。

4.根据权利要求3所述的可再生能源合成氨方法，其特征在于，先利用所述气化炉尾气对所述给水一次加热，然后利用所述甲烷重整反应的生成气对所述给水进行二次加热并得到所述蒸汽热源。

5.根据权利要求3所述的可再生能源合成氨方法，其特征在于，利用所述蒸汽热源为所述步骤二中的电解水过程供热。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的可再生能源合成氨方法，其特征在于，所述步骤一中，生产所述电能的方式包括以下至少一种：光伏发电、风力发电、水力发电。

7.一种基于权利要求2-5中任意一项所述的可再生能源合成氨方法的可再生能源合成氨系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述生物质制氢单元包括气化炉、分离器和重整反应器，所述气化炉用于对生物质废料进行气化得到气化炉尾气，所述分离器用于将所述气化炉尾气分离为甲烷和氢气，所述重整反应器用于对所述甲烷进行重整得到氢气。

9.根据权利要求7所述的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述热管理单元包括换热器一和换热器二，所述换热器一利用所述气化炉尾气对给水一次加热，所述换热器二利用所述重整反应器的生成气对所述给水二次加热并得到蒸汽热源，所述蒸汽热源用于向所述合成氨单元、所述电解制氢单元供热。

10.根据权利要求9所述的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述合成氨单元包括合成氨反应器，所述合成氨反应器内设置有催化剂，所述蒸汽热源用于将所述催化剂加热至设定温度。

技术总结本发明涉及合成氨技术领域，并公开了一种可再生能源合成氨方法和可再生能源合成氨系统。可再生能源合成氨方法包括以下步骤：利用可再生能源生产电能；利用电能电解水得到氢源一；将生物质废料气化得到气化炉尾气；对气化炉尾气进行分离得到氢气和甲烷；将甲烷进行重整得到氢气；并将氢气作为氢源二；利用氮气和氢源一、氢源二进行合成氨反应。氢源一的生产利用了可再生能源，实现了对可再生能源的消纳，避免了可再生能源并网造成的波动；氢源二的生产利用了生物质废料，实现了对生物质废料的处理，氢源一和氢源二的生产方式节约了一次能源的使用。技术研发人员：张克功,强威威,杨立平,王金昌,万芳,余飞,刘涛,于满源,王凡,王金意,任志博受保护的技术使用者：华能张掖能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11