CN114853030A - 一种太阳能制氨***和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种太阳能制氨***和方法，包括光热***、储热***、光伏发电***、合成氨反应器，所述光热***用于接收太阳能并产生热量；储热***与光热***相连，以通过光热***将产生的热量通过储热***中存储，光伏发电***连接汇流箱，汇流箱连接电解槽，以使光伏发电***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***相连，以通过储热***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。
Description
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***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***。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***和方法，将太阳能通过光伏发电***转换成电能，利用光热***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***制得的氢气提供给合成氨***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***，包括：
光热***，所述光热***用于接收太阳能并产生热量；
储热***，所述储热***与所述光热***相连，以通过所述光热***将产生的热量通过所述储热***中存储；
光伏发电***，所述光伏发电***连接汇流箱，所述汇流箱连接电解槽，以使所述光伏发电***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***相连，以通过所述储热***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***为槽式***、碟式***或者塔式***中的一种或几种。
进一步地，所述储热***包括：
高温熔盐罐，所述高温熔盐罐与所述光热***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。
进一步地，还包括气体纯化装置，所述气体纯化装置分别与所述电解槽和所述合成氨反应器相连，以使所述电解槽中电解生成的氢气通过所述气体纯化装置进行纯化处理后通入所述合成氨反应器中进行反应。
一种太阳能制氨方法，包括如下过程：
光热***将太阳能转化为热能，热能储存在储热***的熔盐储热介质中；
光伏发电***产生的电流通过汇流箱供应至电解槽中进行电解制备氢气；
向合成氨反应器中通入制备的所述氢气，将储热***中存储热能的熔盐储热介质与热交换器进行热交换生成高温蒸汽，以所述高温蒸汽为热源对合成氨反应器进行加热，使得通入所述合成氨反应器中的氢气和氮气反应生成氨气。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的一种太阳能制氨***的结构示意图；
图2是本申请一实施例提出的一种太阳能制氨***的结构示意图；
图3是本申请另一实施例提出的一种太阳能制氨方法的流程示意图；
图中，1、光热***；2、储热***；21、高温熔盐罐；22、低温熔盐罐；23、热交换器；3、光伏发电***；4、合成氨反应器；5、汇流箱；6、电解槽。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的一种太阳能制氨***结构示意图。
参见图1和图2，一种太阳能制氨***，包括光热***1、储热***2、光伏发电***3、合成氨反应器4，光热***1用于接收太阳能并产生热量，储热***2与光热***1相连，以通过光热***1将产生的热量通过储热***2中存储；光伏发电***3连接汇流箱5，汇流箱5连接电解槽6，以使光伏发电***3产生的电流通过汇流箱5供应至电解槽6，使得电解槽6电解生成氢气，合成氨反应器4与储热***2相连，以通过储热***2将存储的热量通入合成氨反应器4中进行合成氨反应，合成氨反应器4与电解槽6相连，以使电解槽6中电解生成的氢气与通入合成氨反应器4中的氮气反应制备氨气。
可以理解的是，由于制备氨的过程中需要原料氢气和氮气，同时需要高温加热，通过光热***吸收太阳能产生热量，热量能够供应制备氨的加热，另外通过光伏发电***发电产生的电流能够供应电解槽6进行电解，电解产生的氢气直接能够供应合成氨反应，实现太阳能制氨的应用，另外，合成氨反应器4制得的氨气可以制备成液氨，液氨比氢气更利于运输，氨气也可直接进行燃烧供能。
在一些实施例中，电解槽6为碱性电解槽，电解槽6中的电解液为30％氢氧化钾溶液，电解槽6工作温度为70-90℃，通过光伏发电***3发电能够为电解槽6的电解提供电能，使得电解槽6电解后产生的氢气能够供应合成氨反应器4进行反应制备氨气，电解所得氧气可以直接排空或者经过分离纯化后按照纯氧价格进行售卖。
在一些实施例中，光热***1为槽式***、碟式***或者塔式***中的一种或几种。
示例性的，光热***1中设置有镜场，镜场接收太阳能将太阳能聚集直接照射到吸热器的表面(即每根换热管的表面)。
在一些实施例中，储热***2包括高温熔盐罐21、低温熔盐罐22和热交换器23，高温熔盐罐21与光热***1的吸热器相连，低温熔盐罐22与吸热器相连，热交换器23与高温熔盐罐21和低温熔盐罐22相连，以通过热交换器23将高温熔盐罐21中的高温熔盐储热介质热交换得到高温蒸汽，以使高温蒸汽通入合成氨反应器4中提供热量。
可以理解的是，低温熔盐罐22直接与吸热器连接后，通过泵将低温熔盐罐22中的熔盐储热介质泵入吸热器中在太阳能的照射作用下加热形成高温熔盐储热介质，然后把高温熔盐储热介质通过热交换器23进行热交换，高温熔盐储热介质中的热量传递给热交换器23中的水流，使得水流加热形成高温蒸汽，高温蒸汽用于给合成氨反应器4供应热量，另外，高温熔盐储热介质经过热交换器23进行热交换后降温成低温熔盐储热介质，然后再通入吸热器中进行循环加热，实现对合成氨反应器4不断的供应热量。
在一些实施例中，熔盐储热介质可以为熔融碳酸盐、氯化钾、氟化钠或氯化钠中的一种或几种。
在一些实施例中，还包括气体纯化装置，气体纯化装置分别与电解槽6和合成氨反应器4相连，以使电解槽6中电解生成的氢气通过气体纯化装置进行纯化处理后通入合成氨反应器4中进行反应。
在一些实施例中，如图3所示，公开了一种太阳能制氨方法，包括如下过程：
步骤1：光热***1将太阳能转化为热能，热能储存在储热***2的熔盐储热介质中；
步骤2：光伏发电***3产生的电流通过汇流箱5供应至电解槽6中进行电解制备氢气；
步骤3：向合成氨反应器4中通入制备的氢气，将储热***2中存储热能的熔盐储热介质与热交换器进行热交换生成高温蒸汽，以高温蒸汽为热源对合成氨反应器4进行加热，使得通入合成氨反应器4中的氢气和氮气反应生成氨气。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种太阳能制氨***，其特征在于，包括：
光热***，所述光热***用于接收太阳能并产生热量；
储热***，所述储热***与所述光热***相连，以通过所述光热***将产生的热量通过所述储热***中存储；
光伏发电***，所述光伏发电***连接汇流箱，所述汇流箱连接电解槽，以使所述光伏发电***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***相连，以通过所述储热***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。
2.如权利要求1所述的一种太阳能制氨***，其特征在于，所述电解槽为碱性电解槽。
3.如权利要求1或2所述的一种太阳能制氨***，其特征在于，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℃。
4.如权利要求1所述的一种太阳能制氨***，其特征在于，所述光热***为槽式***、碟式***或者塔式***中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种太阳能制氨***，其特征在于，所述储热***包括：
高温熔盐罐，所述高温熔盐罐与所述光热***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。
6.如权利要求1所述的一种太阳能制氨***，其特征在于，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。
7.如权利要求1所述的一种太阳能制氨***，其特征在于，还包括气体纯化装置，所述气体纯化装置分别与所述电解槽和所述合成氨反应器相连，以使所述电解槽中电解生成的氢气通过所述气体纯化装置进行纯化处理后通入所述合成氨反应器中进行反应。
8.一种太阳能制氨方法，其特征在于，包括如下过程：
光热***将太阳能转化为热能，热能储存在储热***的熔盐储热介质中；
光伏发电***产生的电流通过汇流箱供应至电解槽中进行电解制备氢气；
向合成氨反应器中通入制备的所述氢气，将储热***中存储热能的熔盐储热介质与热交换器进行热交换生成高温蒸汽，以所述高温蒸汽为热源对合成氨反应器进行加热，使得通入所述合成氨反应器中的氢气和氮气反应生成氨气。
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- 2022-05-07 CN CN202210495308.2A patent/CN114853030A/zh active Pending
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