CN216191111U - 一种氨智能合成系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了氨智能合成系统，包括空分装置、电解水装置、氮气储罐、氢气储罐、原料混合罐、原料压缩装置、合成氨反应器、冷凝器、尾气分离装置、液氨储罐、液氨分配装置；所述空分装置的输入端接入空气，空分装置的输出端与氮气储罐连接，电解水装置的输出端与氢气储罐连接；氮气储罐的输出端和氢气储罐输出端与原料混合罐连接，原料混合罐的输出端顺次与原料压缩装置、合成氨反应器、冷凝器连接；冷凝器的气相口与原料混合罐连接，冷凝器的液相口与液氨储罐连接，液氨储罐的输出端与液氨分配装置连接。本实用新型能够解决可再生能源的存储问题，将有效促进可再生能源的普及应用，并且可以集成为撬装形式，从而实现小型化和集约化。
Description
技术领域
本实用新型涉及储能领域，尤其涉及一种氨智能合成系统。
背景技术
近年来，以光伏可再生能源为主的新能源在全球能源结构中的比重持续增大。绝大部分可再生能源强烈依赖环境，其发电量随环境条件的变化而变化，例如光伏发电的发电量随着太阳光照射到电池表面的光密度而变化，当太阳光照射消失时便不能再发电，无法像火力发电一样持续输出稳定的电能或者根据下游用电需求去灵活调整发电量。为了解决可再生能源发电量客观波动的问题，储能方案应运而生。
储能是指将利用某种技术将电能转变为可储存的能量形式的过程，其中化学储能最具发展潜力，因为化学储能具有能量密度大、易于储存、易于运输、可长时间储存、能量转变成本低等诸多优势。氨(NH3)作为一种新兴的化学储能载体，它的原料是在地球上广泛存在的氮气和水，具有天然的低原料成本优势；它易于液化，在常温下10个大气压条件或者大气压下零下30摄氏度条件即可使氨气转变为液氨；它易于储存和运输，在常温常压下液氨的物化性质比较稳定，可利用管道和储罐进行稳定的运输和储存；它能直接用作燃料，也可用于然燃料电池，还能用于裂解制氢，拥有多种能量转换输出方式；它的工业生产工艺成熟，经过一百多年的发展，已经具有十分可靠的技术基础。因此，氨是理想的可再生能源的存储载体。
然而，从工业合成氨技术发明至今，其规模和运行模式均按照大规模稳定连续能源供应条件进行设计的，所以当下的合成氨工艺以大型氨合成工厂的形式呈现，工厂年产能在十几万吨至几十万吨之间，投资在几十亿水平，原料为空分氮气和煤制氢气或天然气制氢气。
由此可见，与中小规模的可再生能源装置适配的氨合成技术处于空白状态，尤其小型化、集约化的氨合成装置的研发是急需解决的课题，以促进新型能源结构的形成，尽快改善全球环境问题。因此，针对上述问题，提供一种氨智能合成系统，是本领域亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氨智能合成系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
本实用新型的第一方面，提供氨智能合成系统，包括空分装置、电解水装置、氮气储罐、氢气储罐、原料混合罐、原料压缩装置、合成氨反应器、冷凝器、尾气分离装置、液氨储罐、液氨分配装置；所述空分装置的输入端接入空气，空分装置的输出端与氮气储罐连接，电解水装置的输出端与氢气储罐连接；氮气储罐的输出端和氢气储罐输出端与原料混合罐连接，原料混合罐的输出端顺次与原料压缩装置、合成氨反应器、冷凝器连接；冷凝器的气相口与原料混合罐连接，冷凝器的液相口与液氨储罐连接，液氨储罐的输出端与液氨分配装置连接。
进一步地，所述空分装置和氮气储罐之间还设置有氮气净化装置；所述电解水装置的和氢气储罐之间还设置有氢气净化装置。
进一步地，所述合成氨反应器为圆柱状容器，内部设置有电加热器和氨合成催化剂。
进一步地，所述电加热器的加热温度为100℃-500℃。
进一步地，所述氨合成催化剂为铁基催化剂、钌催化剂、镧催化剂。
进一步地，所述冷凝器中的冷媒的冷却温度为-50℃至-10℃。
进一步地，所述空分装置的氧气输出端和电解水装置的氧气输出端还与氧气储罐连接。
进一步地，所述尾气分离装置包括分配管道或分配储罐。
本实用新型的有益效果是：
(1)在本实用新型的其中一示例性实施例中的氨智能合成系统，能够解决可再生能源的存储问题，将有效促进可再生能源的普及应用。另外，上述氨智能合成系统可以集成为撬装形式，从而实现小型化和集约化。
(2)在本实用新型的又一示例性实施例中，由于空分装置在分离氮气的过程中、电解水装置在分离氢气的过程中，均会同时分离出氧气，虽然在氨合成的过程中不会用到，但是可以作为其他制备的原料，因此采用氧气储罐将其进行存储。
(3)在本实用新型的又一示例性实施例中，公开了电加热器的加热温度和氨合成催化剂的具体实现方式。
附图说明
图1为本实用新型一示例性实施例提供氨智能合成系统的结构示意图；
图2为本实用新型又一示例性实施例提供氨智能合成系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参见图1，图1示出了本实用新型的一示例性实施例提供氨智能合成系统的结构示意图，包括空分装置、电解水装置、氮气储罐、氢气储罐、原料混合罐、原料压缩装置、合成氨反应器、冷凝器、尾气分离装置、液氨储罐、液氨分配装置；所述空分装置的输入端接入空气，空分装置的输出端与氮气储罐连接，电解水装置的输出端与氢气储罐连接；氮气储罐的输出端和氢气储罐输出端与原料混合罐连接，原料混合罐的输出端顺次与原料压缩装置、合成氨反应器、冷凝器连接；冷凝器的气相口与原料混合罐连接，冷凝器的液相口与液氨储罐连接，液氨储罐的输出端与液氨分配装置连接。
具体地，在该示例性实施例中，所述氨智能合成系统的按照上述连接关系，具有以下制备过程：
(1)空分装置具有从空气中分离出氮气的功能，其将分离出的氮气输出至氮气储罐进行存储；电解水装置具有利用电化学分解水制氢气的功能，其将分离出的氢气输出至氢气储罐进行存储。
(2)原料混合罐用以按一定比例混合氮气储罐中的氮气和氢气储罐中的氢气。
(3)原料压缩装置具有对来自所述原料混合罐的混合气进行压缩得到高压混合器的功能 (在其中一示例性实施例中，通过所述原料压缩装置的压缩，将原料混合罐的低压混合气转变为压力为3-30MPa的高压混合气)，即提前将压力调节至后面的合成氨反应器的工作压力下。
(4)高压混合气通入所述合成氨反应器，在合成氨反应器中，所述氮气和氢气混合气反应生成氨，含有氨气、氮气和氢气的合成尾气从合成氨反应器出口导出。
(5)冷凝器用以对所述合成氨反应器合成尾气进行分离，对所述合成尾气进行冷却，在此过程中，易液化的氨气转变为液氨从冷凝器液相口输出，而难液化的氮气和氢气继续保持气态从冷凝器气相口输出。分离出的氮气和氢气混合气导入至所述原料混合罐，以循环使用。
(6)液氨储罐用以对所述冷凝器输出的液氨进行存储。所述液氨分配装置用以对位于所述液氨储罐的液氨进行分配，或分配至管道进行输送，或分配至储罐进行运输，或直接分配至直接应用端例如氨燃料气体进行使用。
因此，采用本示例性实施例中的氨智能合成系统，能够解决可再生能源的存储问题，将有效促进可再生能源的普及应用。另外，上述氨智能合成系统可以集成为撬装形式，从而实现小型化和集约化。
其中，需要说明的是，原料混合罐的作用其一为调配氢气和氮气的比例。而将混合气体送入原料混合罐，混合气的成分也将纳入配比操作之中。
更优地，在又一示例性实施例中，所述空分装置和氮气储罐之间还设置有氮气净化装置 (图中未示出)，该氮气净化装置可以对氮气进行进一步干燥和纯化，以获得所述合成氨反应器所需的氮气；所述电解水装置的和氢气储罐之间还设置有氢气净化装置(图中未示出)，可以对氢气进行进一步干燥和纯化，以获得所述合成氨反应器所需的氢气。
更优地，在又一示例性实施例中，如图2所示，所述空分装置的氧气输出端和电解水装置的氧气输出端还与氧气储罐连接。
由于空分装置在分离氮气的过程中、电解水装置在分离氢气的过程中，均会同时分离出氧气，虽然在氨合成的过程中不会用到，但是可以作为其他制备的原料，因此采用氧气储罐将其进行存储。
更优地，在又一示例性实施例中，所述合成氨反应器为圆柱状容器，内部设置有电加热器和氨合成催化剂。
其中，电加热器用以对所述高压混合气进行加热；更为优选地，所述电加热器的加热温度(高压混合气的温度)为100℃-500℃。而氨合成催化剂用以促进所述混合气反应生成氨，更为优选地，所述氨合成催化剂为铁基催化剂、钌催化剂、镧催化剂。
更优地，在又一示例性实施例中，所述冷凝器中的冷媒的冷却温度为-50℃至-10℃。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.氨智能合成系统，其特征在于：包括空分装置、电解水装置、氮气储罐、氢气储罐、原料混合罐、原料压缩装置、合成氨反应器、冷凝器、尾气分离装置、液氨储罐、液氨分配装置；所述空分装置的输入端接入空气，空分装置的输出端与氮气储罐连接，电解水装置的输出端与氢气储罐连接；氮气储罐的输出端和氢气储罐输出端与原料混合罐连接，原料混合罐的输出端顺次与原料压缩装置、合成氨反应器、冷凝器连接；冷凝器的气相口与原料混合罐连接，冷凝器的液相口与液氨储罐连接，液氨储罐的输出端与液氨分配装置连接。
2.根据权利要求1所述的氨智能合成系统，其特征在于：所述空分装置和氮气储罐之间还设置有氮气净化装置；所述电解水装置的和氢气储罐之间还设置有氢气净化装置。
3.根据权利要求1所述的氨智能合成系统，其特征在于：所述合成氨反应器为圆柱状容器，内部设置有电加热器和氨合成催化剂。
4.根据权利要求3所述的氨智能合成系统，其特征在于：所述电加热器的加热温度为100℃-500℃。
5.根据权利要求3所述的氨智能合成系统，其特征在于：所述氨合成催化剂为铁基催化剂、钌催化剂、镧催化剂。
6.根据权利要求1所述的氨智能合成系统，其特征在于：所述冷凝器中的冷媒的冷却温度为-50℃至-10℃。
7.根据权利要求1所述的氨智能合成系统，其特征在于：所述空分装置的氧气输出端和电解水装置的氧气输出端还与氧气储罐连接。
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