技术特征：
1.一种冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，包括合成氨塔(1)、用于电解水供氧的固体氧化物电解池(2)、用于空气分离供氮的膜分离装置(3)、除氧除水装置(4)、混合器(5)、第一水冷器(6)、氨冷器(7)、氨分离器(8)、变温吸附组件(9)、第二水冷器(10)和贮槽(20)，所述固体氧化物电解池(2)的氢气出口与所述除氧除水装置(4)的进气口连通，净化自所述固体氧化物电解池(2)的氢气出口排出气体中混合的氧气，所述除氧除水装置(4)的出气口和所述膜分离装置(3)的氮气出口分别与所述混合器(5)的进气口连通，所述混合器(5)的出气口与所述合成氨塔(1)的原料气进入管(11)连通，原料氢气和氮气经所述混合器(5)混合后通过所述原料气进入管(11)进入所述合成氨塔(1)进行氨的合成；所述合成氨塔(1)的产物气出气管(14)依次与所述第一水冷器(6)、氨冷却器(7)和氨分离器(8)连通，所述氨分离器(8)的出口为两个，分别为排液口(81)和排气口(82)，所述排液口(81)与所述贮槽(20)连通，所述排气口(82)与所述变温吸附组件(9)进气口连通，所述变温吸附组件(9)的出气口有两个，分别与所述贮槽(20)和所述原料气进入管(11)连通，所述第二水冷器(10)设置在所述变温吸附组件(9)与所述贮槽(20)之间的连通管路上，在所述合成氨塔(1)内合成的氨混合气中的氨经所述第一水冷器(6)和氨冷器(7)冷凝液化后，连同未液化的气体一起进入所述氨分离器(8)中，其中液氨通过所述出液口(81)进入到所述贮槽(20)中储存，未液化的混合气体进入所述变温吸附组件(9)中，混合气体中的氨气被所述变温吸附组件(9)中的吸附剂吸收并解吸后，经所述第二水冷器(10)液化后进入到所述贮槽(20)中储存，在所述变温吸附组件(9)内脱除了氨气后的混合气体作为循环气体经所述原料气进入管(11)进入所述合成氨塔(1)。2.根据权利要求1所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述合成氨塔(1)上设有副产蒸汽排出管(18)，所述系统还包括设置在所述副产蒸汽排出管(18)与所述固体氧化物电解池(2)之间通过管路连通的换热器(60)，用于对所述副产蒸汽排出管(18)排出的蒸汽进行换热升温，所述换热器(60)上设有第一进气口(601)、第一出气口(602)、第二进气口(603)和第二出气口(604)，副产蒸汽排出管(18)与所述第一进气口(601)连通，所述固体氧化物电解池(2)的蒸汽进口与所述第一出气口(602)连通，所述固体氧化物电解池(2)的高温氧气出口与所述第二进气口(603)连通，所述第二出气口(604)与外界氧气储存装置(90)连通，所述第一进气口(601)与第一出气口(602)导通，所述第二进气口(603)与所述第二出气口(604)导通。3.根据权利要求2所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池(2)的氢气出口与所述除氧除水装置(4)的进气口之间设有第一冷却器(21)，用于冷却自所述固体氧化物电解池(2)产出的高温氢气；所述换热器(60)的第二出气口(604)与所述外界氧气储存装置(90)之间设有第二冷却器(22)，用于冷却经所述换热器(60)换热后的氧气。4.根据权利要求3所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述系统还包括为所述变温吸附组件(9)提供热源的热泵(70)，所述第一冷却器(21)和第二冷却器(22)中所放热量供应所述热泵(70)的低温热源(701)。5.根据权利要求4所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述除氧除水装置(4)包括并联设置的两个吸附柱，其中一个用于水的吸附，另一个用于水的脱附，分别为第一吸附柱(41)和第二吸附柱(42)，每个所述吸附柱内沿气体流动方向分别设有氢
气催化氧化催化剂(a)和水吸附剂(b)，自所述固体氧化物电解池(2)的氢气出口排出的含有少量氧气的氢氧混合气体进入其中一个所述吸附柱后，在所述氢气催化氧化催化剂(a)作用下，氢氧混合气体中的少量氧气与氢气反应生成水后进入所述水吸附剂(b)，产物水被所述水吸附剂(b)吸附后，氢气和所述膜分离装置(3)产出的氮气一起进入所述混合器(5)中混合，所述吸附剂(b)中吸附水的量达到一定程度后，进行脱附。6.根据权利要求5所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述变温吸附组件(9)包括并联设置的两个变温吸附装置，其中一个用于氨的吸附，另一个用于氨的脱附，分别为第一变温吸附装置(91)和第二变温吸附装置(92)，自所述氨分离器(8)的出气口(82)排出的未液化的混合气体进入所述变温吸附组件(9)中的一个变温吸附装置，混合气体中的氨气被所述变温吸附装置中的吸附剂吸收，脱除了氨气后的混合气体作为循环气体经所述原料气进入管(11)进入所述合成氨塔(1)，吸附剂中氨气吸附量达到一定程度后，进行脱附解吸，解吸气经所述第二水冷器(10)液化后进入到所述贮槽(20)中存储。7.根据权利要求6所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述变温吸附组件(9)的混合气排气口依次联通有循环机(40)和循环油分离器(50)后分别与所述原料气进入管(11)、1#副线进气管(130)和2#副线进气管(140)连通。8.根据权利要求7所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述系统还包括供电机构(30)，所述供电机构(30)分别与所述固体氧化物电解池(2)、氨冷器(7)、循环机(40)和热泵(70)电性连接，为其提供电能；所述供电机构(30)为光伏、风电、水电、潮汐发电中的一种或几种；所述供电机构(30)还可通过一逆变器(301)与外部电网电性连接。9.根据权利要求8所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述系统还包括太阳能集热器(90)，所述太阳能集热器(90)分别通过管路与所述热泵(70)、第一水冷器(6)和氨冷器(7)联通，为其提供热源。10.根据权利要求1
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9任一项所述的冷热电联用的可再生能源合成氨系统，其特征在于，所述第一水冷器(6)、第二水冷器(10)为压缩式制冷机或溴化锂吸附式制冷机的一种，所述氨冷器(7)为氨水吸收式制冷机。
技术总结
本发明公开了一种冷热电联用的可再生能源合成氨系统，系统中固体氧化物电解池的氢气出口与除氧除水装置的进气口连通，除氧除水装置的出气口和膜分离装置的氮气出口分别与混合器的进气口连通，混合器的出气口与合成氨塔的原料气进入管连通；合成氨塔的产物气出气管依次与第一水冷器、氨冷却器和氨分离器连通，氨分离器排液口与贮槽连通，其排气口与变温吸附组件进气口连通，变温吸附组件两个出气口分别与贮槽和原料气进入管连通，第二水冷器设置在变温吸附组件与贮槽之间。本发明在原料气净化工段，采用变压吸附，在吸附柱中同时装填氢气催化氧化催化剂和水吸附剂，简化了原料气净化工艺；在氨分离工段，采用变温吸附结合两次冷却，大幅降低氨分离工艺的电耗，节约能源。节约能源。节约能源。
技术研发人员：江莉龙 罗宇 陈崇启 林立
受保护的技术使用者：福州大学化肥催化剂国家工程研究中心
技术研发日：2021.06.29
技术公布日：2021/10/8