[发明专利]一种联产氢气和尿素的储能系统和方法

说明书

本发明公开了一种联产氢气和尿素的储能系统及方法，包括可再生能源电源、电解制氢装置、氢气储罐、氧气储罐、合成氨反应器、空分装置和尿素合成反应器；所述电解制氢装置的输入端通水，氧气输出端连接至氧气储罐，氢气输出端连接至氢气储罐，氢气储罐的输出端连接至合成氨反应器的氢气入口，所述空分装置的输入端通空气，氧气输出端连接至氧气储罐，氮气输出端连接至合成氨反应器的氮气入口，所述合成氨反应器的氨输出端连接至尿素合成反应器的氨气入口，尿素合成反应器上还设置有用于通入烟气的烟气入口；所述电解制氢装置和合成氨反应器通过可再生能源电源供电。

技术领域

本发明涉及可再生能源和氢储能领域，具体涉及一种联产氢气和尿素的储能系统和方法。

背景技术

在全球应对气候变化的大环境下，近年来我国积极推进能源结构转型，大幅增加可再生能源在能源生产和消费中的比重，逐步实现对化石能源的替代。然而，由于风能、太阳能的波动性和间歇性，再加上我国水、风、光资源空间分布与用能需求的不均衡性，导致可再生能源无法全部入网消纳，甚至出现大规模弃水、弃风、弃光现象的发生。未来，随着可再生能源比例的进一步提高，可再生能源入网消纳的压力会更为显著。储能是提高可再生能源利用率，实现大规模的能源消纳利用的重要途径。其中，电解制氢技术可以适应可再生能源的波动性和间歇性，通过氢气存储和利用能够实现可再生能源实现大规模、低成本储放，是最有前景的储能方式之一。

目前，我国氢能基础设施建设薄弱，氢气消费市场尚未形成规模，大量可再生能源制取的清洁氢气将面临无法完全直接利用的难题。通过合适的途径进行化学转化联产化学品可以有效解决上述问题，其中通过合成氨联产尿素是一种重要的转化途径。氨是一种高效的氢载体，其下游产品尿素是目前使用量较大的一种化学氮肥，在国民经济生产中占有重要位置。传统化学工业中，合成氨常采用需要高温、高压和铁基催化剂共同作用的哈柏法，其反应条件苛刻且能耗巨大，适用于大规模、集中式生产模式。等离子体催化技术在常温常压条件下通过放电设备将氮气和氢气电离和分解从而产生具有高活性的自由基，通过自由基反应可以在温和条件下实现合成氨。将电解制氢与易于实现小规模分布式生产的等离子体催化合成氨相耦合，可以实现氢气的灵活生产和利用，联产氢气尿素能够有效应对发展不完善的氢气市场变化，对于消纳波动性和间歇性可再生能源具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种联产氢气和尿素的储能系统和方法，以克服现有技术中存在的问题，本发明利用可再生能源入网剩余电量，在电厂内实现电解制氢，然后通过耦合合成氨与碳捕集工艺联产尿素，在实现储能的同时完成了二氧化碳捕集和资源化利用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种联产氢气和尿素的储能系统，包括可再生能源电源、电解制氢装置、氢气储罐、氧气储罐、合成氨反应器、空分装置和尿素合成反应器；

所述电解制氢装置的输入端通水，氧气输出端连接至氧气储罐，氢气输出端连接至氢气储罐，氢气储罐的输出端连接至合成氨反应器的氢气入口，所述空分装置的输入端通空气，氧气输出端连接至氧气储罐，氮气输出端连接至合成氨反应器的氮气入口，所述合成氨反应器的氨输出端连接至尿素合成反应器的氨气入口，尿素合成反应器上还设置有用于通入烟气的烟气入口；所述电解制氢装置和合成氨反应器通过可再生能源电源供电。

进一步地，所述氢气储罐和氧气储罐上均连接有对外输送管道。

进一步地，所述烟气为煤、天然气、生物质或污泥燃烧过程中产生的烟气。

进一步地，所述电解制氢装置为碱性水电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置或高温固体氧化物电解制氢装置。

进一步地，所述合成氨反应器为等离子体催化反应器，其中，采用介质阻挡放电技术产生低温等离子体，催化剂为Al₂O₃负载的Ru基催化剂。