[发明专利]一种可再生能源合成氨的装置和方法

说明书

本发明提供了一种利用可再生能源合成氨的装置和方法，涉及合成氨技术领域。本发明提供的装置包括能源微网1、电解水制氢装置2、空分装置3、第一缓冲罐4、第一压缩机5、第二缓冲罐6、第三缓冲罐18、换热器7、反应塔8、第一吸附柱17、第二吸附柱11、第三吸附柱20、第一闪蒸塔10、第二闪蒸塔14、第三闪蒸塔15、液氨泵16、第二压缩机12和阀门。本发明利用能源微网为电解水制氢和空分制氮提供可再生能量来源，制得的氢气与氮气混合后进行合成反应，生成的高温出口气在闪蒸冷凝分离后，再进行一次吸附分离，得到氨。本发明可实现无碳氨的生产，吸附分离与冷凝分离结合的方法能够提高合成氨反应中的氮氢转化率及氨合成的速率。

技术领域

本发明涉及合成氨技术领域，特别涉及一种可再生能源合成氨的装置和方法。

背景技术

氨是世界上最重要的化学品之一，可用于化肥化纤的生产、制冷等领域，或作为一种清洁的燃料。

传统的合成氨方法都是利用煤、天然气等化学能源，我国的合成氨主要是以煤为原料，碳排高、污染重，寻找一条清洁合成氨的道路具有重要意义。同时，我国新能源发展迅速，但由于可再生能源发电站多建于偏远地区，用电较少，电网建设速度滞后于电源建设速度，导致发电能力过剩；加上其发电呈随机性、波动性及不可控等特点，使得太阳能弃光量、风电弃风量、核能弃核量居高不下。

目前的工业合成氨一般采用冷凝法分离氨，受合成氨可逆反应和合成气各组分气-液平衡限制，冷凝法无法完全分离氨，要在足够低的温度下(需要控制在-5℃以下)进行分离才能保证回流气中的氨含量在3％以下。氨吸附分离法不受反应合成气气-液平衡限制，吸附剂可采用变温吸附或变压吸附的方式从循环气中吸收分离氨，而且吸附温度一般在常温以上，这无疑可以取消氨冷，采用水冷换热，节省大量功。但单独采用吸附法来分离氨需要频繁切换吸附柱，并且吸附剂随着吸脱附循环次数的增加，吸附性能降低，导致回流气中氨含量增加，严重影响氮氢转化率以及氨合成的速率。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种可再生能源合成氨的装置和方法。本发明提供的合成氨的装置和方法利用可再生能源生产合成氨反应所需原料氢气与氮气，合成氨生产过程零碳排、无污染；采用吸附分离与冷凝分离结合的方法加强氨与氮氢的分离，降低回流气中的氨含量，从而提高氮氢转化率以及氨合成的速率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种可再生能源合成氨的装置，包括：

电解水制氢装置2；空分装置3；所述电解水制氢装置2和空分装置3配备有能源微网1；

入口与所述电解水制氢装置2的氢气出口和空分装置3的氮气出口连接的第一缓冲罐4；

入口与所述第一缓冲罐4的出口连接的第一压缩机5；

入口与所述第一压缩机5的出口连接的第二缓冲罐6；

冷流入口与所述第二缓冲罐6的出口连接的换热器7；

入口与所述换热器7的冷流出口连接的反应塔8；所述反应塔8内设置有催化剂；所述反应塔8的出口与所述换热器7的热流入口连接；

入口与所述换热器7的热流出口连接的第一闪蒸塔10，所述第一闪蒸塔10设置有液体出口和气体出口；

入口与第一闪蒸塔10的气体出口连接的第三缓冲罐18；

入口分别与第三缓冲罐18的出口连接的第一吸附柱17、第二吸附柱11和第三吸附柱20；所述第一吸附柱17、第二吸附柱11和第三吸附柱20外分别包裹有第一电加热套13、第二电加热套9和第三电加热套19；所述第一吸附柱17设置有第一脱附气体出口和第一脱氨气体出口，所述第二吸附柱11设置有第二脱附气体出口和第二脱氨气体出口，所述第三吸附柱20设置有第三脱附气体出口和第三脱氨气体出口；