[发明专利]一种太阳能制氨系统和方法

说明书

本申请提出一种太阳能制氨系统和方法，包括光热系统、储热系统、光伏发电系统、合成氨反应器，所述光热系统用于接收太阳能并产生热量；储热系统与光热系统相连，以通过光热系统将产生的热量通过储热系统中存储，光伏发电系统连接汇流箱，汇流箱连接电解槽，以使光伏发电系统产生的电流通过汇流箱供应至电解槽，使得电解槽电解生成氢气，合成氨反应器与储热系统相连，以通过储热系统将存储的热量通入合成氨反应器中进行合成氨反应，合成氨反应器与电解槽相连，以使电解槽中电解生成的氢气与通入合成氨反应器中的氮气反应制备氨气。实现了对太阳能的有效利用，并且制得绿氨，可助力双碳目标的实现。

技术领域

本申请涉及太阳能制氨技术领域，尤其涉及一种太阳能制氨系统和方法。

背景技术

氢能源拥有诸多优点，但难以储存和运输，成本高昂，很容易泄露，对储存容器要求高，并且氢气非常活泼，与空气混合后很容易发生燃烧和爆炸。如果远距离运输氢，需要将其液化，在常压状态下，需要将其温度降低到-235摄氏度以下，能耗较高。如果以管道运输，则需要克服纯氢以及掺氢的气体给管道带来的安全隐患，攻克氢气管道的材料难题。氨由一个氮原子和三个氢原子组成，是天然的储氢介质；常压状态下，温度降低到-33摄氏度，就能够液化，便于安全运输。目前全球八成以上的氨用于生产化肥，并且氨有完备的贸易和运输体系。理论上，可以用可再生能源生产氢，再将氢转换为氨，运输到目的地。然后直接对氨能进行利用。但是合成氨反应过程需要高温高压的环境，高温会额外增加成本，如果可以利用可再生能源产热，提供热能，就可以降低合成氨过程中高温带来的能耗问题。因此，找到一种既可以生产氢气又可以提供热能的可再生能源十分重要。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种太阳能制氨系统和方法，将太阳能通过光伏发电系统转换成电能，利用光热系统转化成热能，利用热能给合成氨反应器提供高温反应环境，利用电能进行电解水制氢，将电解水系统制得的氢气提供给合成氨系统作为反应物使用，从而实现了对太阳能的有效利用，并且制得绿氨，可助力双碳目标的实现。

为达到上述目的，本申请提出的一种太阳能制氨系统，包括：

光热系统，所述光热系统用于接收太阳能并产生热量；

储热系统，所述储热系统与所述光热系统相连，以通过所述光热系统将产生的热量通过所述储热系统中存储；

光伏发电系统，所述光伏发电系统连接汇流箱，所述汇流箱连接电解槽，以使所述光伏发电系统产生的电流通过所述汇流箱供应至所述电解槽，使得所述电解槽电解生成氢气；

合成氨反应器，所述合成氨反应器与所述储热系统相连，以通过所述储热系统将存储的热量通入所述合成氨反应器中进行合成氨反应，所述合成氨反应器与所述电解槽相连，以使所述电解槽中电解生成的氢气与通入所述合成氨反应器中的氮气反应制备氨气。

进一步地，所述电解槽为碱性电解槽。

进一步地，所述电解槽中的电解液为30％氢氧化钾溶液，所述电解槽工作温度为70-90℃。

进一步地，所述光热系统为槽式系统、碟式系统或者塔式系统中的一种或几种。

进一步地，所述储热系统包括：

高温熔盐罐，所述高温熔盐罐与所述光热系统的吸热器相连；

低温熔盐罐，所述低温熔盐罐与所述吸热器相连；

热交换器，所述热交换器与所述高温熔盐罐和所述低温熔盐罐相连，以通过所述热交换器将所述高温熔盐罐中的高温熔盐储热介质热交换得到高温蒸汽，以使所述高温蒸汽通入所述合成氨反应器中提供热量。

进一步地，所述熔盐储热介质为熔融碳酸盐、氯化钾、氟化钠或氯化钠中的一种或几种。