一种应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统

本发明涉及电催化合成氨，尤其涉及一种应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统。

背景技术：

1、在船舶日常运营和维护过程中会产生含有各种污染物和洗涤剂的废水，船舶洗涤废水中含有硝酸根，当含有硝酸根的废水排放入海后，它可能导致海水富营养化，促使海水中的藻类大量繁殖，对海洋生态系统造成严重影响，因此需要对船舶洗涤废水进行处理，但处理后的废水仍需在船上存储，直至到达合适地点排放，会占据较多船舱空间。

2、现有技术已经能够通过电催化装置，在不同催化剂的催化条件下利用含硝酸根的废水，将硝酸根催化合成氨，实现将废水转化为可利用的能源。然而，该技术目前只停留在实验室阶段，且在现有技术的流程中存在一些缺陷或可优化的细节，例如整个催化系统的能量来源、系统的应用场景以及产物的利用方式等。举例来说，中国实用新型专利cn117239191a中提到利用氢燃料电池为催化系统供能，但氢燃料在运输中运输成本高、压缩密度大，具有很高的安全隐患。此外，在船舶上，电催化装置合成的氨需要额外的储存成本。

3、目前尚未有专门针对船舶场景下的电催化制氨装置，因此，研制一种船用的电催化制氨系统对降低船舶洗涤废水处理成本、减少环境污染具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，可以为船舶上应用电催化制氨装置提供更安全绿色的能源的同时，降低污水处理和氨气储存的成本。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，包括风光互补发电模块、电催化制氨模块和制冷模块；

4、所述风光互补发电模块，用于将风能和光能转化为电能储存起来，并向所述电催化制氨模块供给电能；

5、所述电催化制氨模块，用于在催化剂作用下，利用所述风光互补发电模块产生的电能完成对船舶洗涤废水中硝酸根的催化，得到氨；

6、所述制冷模块，用于将所述电催化制氨模块产生的氨作为循环剂，利用氨的蒸发吸热使得所述制冷模块具有制冷功能。

7、进一步的，所述电催化制氨模块包括电催化制氨反应器，所述电催化制氨反应器包括阴极和阳极；

8、其中，制氨的总反应式为：no3-+2h2o→nh3+o2+oh-；

9、所述阴极的反应式为：no3-+8e-+h+→nh3+h2o(e0=0.88v)；

10、所述阳极的反应式为：5h2o→2o2+9h++8e-+oh-。

11、进一步的，所述电催化制氨模块还包括第一收集单元、第二收集单元和氨气导管；

12、所述第一收集单元中包含水，用于收集所述电催化制氨反应器产生的氨气，得到第一浓度氨水；

13、所述氨气导管连接在所述第一收集单元和所述第二收集单元之间，通过氩气或氮气吹扫所述第一收集单元中的所述第一浓度氨水，得到的氨气通过所述氨气导管传输到所述第二收集单元；

14、所述第二收集单元中包含水，用于将所述氨气导管传输来的氨气富集起来，得到第二浓度氨水；

15、其中，所述第二浓度氨水的浓度大于所述第一浓度氨水的浓度。

16、进一步的，所述制冷模块包括溶液泵、发生器、冷凝器、减压调节阀、节流阀、蒸发器和吸收器；

17、所述溶液泵用于将所述第二收集单元中的第二浓度氨水泵入所述发生器；

18、所述发生器用于将所述第二浓度氨水加热，得到氨蒸汽和第一浓度氨水，并将所述氨蒸汽输送给所述冷凝器，将所述第一浓度氨水经所述节流阀减压后输送至所述吸收器；

19、所述冷凝器用于将所述氨蒸汽定压放热凝结成高压饱和液态氨，并输送至所述减压调节阀；

20、所述减压调节阀用于将所述高压饱和液态氨减压降温，形成湿蒸汽，并输送给所述蒸发器；

21、所述蒸发器用于对所述湿蒸汽定压吸热，形成干蒸汽，并输送给所述吸收器；

22、所述吸收器用于吸收所述蒸发器输送来的干蒸汽和所述节流阀输送来的第一浓度氨水，得到第二浓度氨水，所述第二浓度氨水被所述溶液泵再次泵入所述发生器，实现循环。

23、进一步的，所述将氨蒸汽定压放热凝结成高压饱和液态氨的过程中，放出的热量由冷却水吸收并带走。

24、进一步的，所述吸收所述蒸发器输送来的干蒸汽和所述节流阀输送来的第一浓度氨水得到第二浓度氨水的过程中，放出的热量由冷却水吸收并带走。

25、进一步的，所述发生器的热能来源为船舶发动机产生的余热。

26、进一步的，所述催化剂为cu基催化剂。

27、进一步的，所述电催化制氨模块中的催化剂表面采用纳米材料覆盖。

28、进一步的，所述风光互补发电模块包括风力发电机、光伏发电板、电力电子电路和电池；

29、所述风力发电机用于将风能转换为电能，所述光伏发电板用于将光能转换为电能；

30、所述电力电子电路用于对所述风力发电机和所述光伏发电板产生的电能进行调控和分配，将多余的电能储存到所述电池中。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、在为船舶上应用电催化制氨装置提供更安全绿色的能源的同时，降低废水处理和氨气储存的成本；将风光互补发电技术与电催化制氨技术有机结合，相对于传统高温高压氨合成过程，本发明有效地减少了温室气体的排放，使得氨气生产过程更环保，推动了氨气产业向可持续发展的方向迈进；另外，在处理船舶洗涤废水、减少对环境污染的同时，将产物作为制冷模块的制冷剂，可以提供较好的冷却效果，以绿氨作为制冷剂的制冷模块相比传统的制冷方式更具环境友好性。

技术特征：

1.一种应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，包括风光互补发电模块、电催化制氨模块和制冷模块；

2.根据权利要求1所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述电催化制氨模块包括电催化制氨反应器，所述电催化制氨反应器包括阴极和阳极；

3.根据权利要求2所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述电催化制氨模块还包括第一收集单元、第二收集单元和氨气导管；

4.根据权利要求3所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述制冷模块包括溶液泵、发生器、冷凝器、减压调节阀、节流阀、蒸发器和吸收器；

5.根据权利要求4所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述将氨蒸汽定压放热凝结成高压饱和液态氨的过程中，放出的热量由冷却水吸收并带走。

6.根据权利要求4所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述吸收所述蒸发器输送来的干蒸汽和所述节流阀输送来的第一浓度氨水得到第二浓度氨水的过程中，放出的热量由冷却水吸收并带走。

7.根据权利要求4所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述发生器的热能来源为船舶发动机产生的余热。

8.根据权利要求1所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述催化剂为cu基催化剂。

9.根据权利要求8所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述电催化制氨模块中的催化剂表面采用纳米材料覆盖。

10.根据权利要求1所述的应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，其特征在于，所述风光互补发电模块包括风力发电机、光伏发电板、电力电子电路和电池；

技术总结本发明公开了一种应用于船舶的风光互补电催化制氨和制冷系统，涉及电催化合成氨技术领域，在为船舶上应用电催化制氨装置提供更安全绿色的能源的同时，降低废水处理和氨气储存的成本；将风光互补发电技术与电催化制氨技术有机结合，相对于传统高温高压氨合成过程，本发明有效地减少了温室气体的排放，使得氨气生产过程更环保，推动了氨气产业向可持续发展的方向迈进；另外，在处理船舶洗涤废水、减少对环境污染的同时，将产物作为制冷模块的制冷剂，可以提供较好的冷却效果，以绿氨作为制冷剂的制冷模块相比传统的制冷方式更具环境友好性。技术研发人员：杨航,陈奕学,何季宁,王一杰,彭亚旗受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9