一种绿电制绿氨联产硝酸封闭循环系统的制作方法

本技术涉及一种绿电制绿氨联产硝酸封闭循环系统，属于能源。

背景技术：

1、氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效且应用场景丰富的二次能源，可以解决可再生电力能源消纳和储存的问题。由于氢具有密度小、扩散能力强、易燃易爆(在空气中爆炸极限为4～75％)、氢脆和储存难等特殊的物理性质，因此，安全高效的储运及应用技术是氢能产业大规模发展的关键所在，也是制约氢能产业经济性发展的瓶颈。而解决氢能储运问题是氢能安全高效使用的必要前提，也是氢能全产业链降低成本的关键一环。

2、电解水制氢是指在直流电的作用下，通过电化学过程将水分子分解为氢气和氧气，分别在阴、阳极析出。目前，氢能主要通过电解水制氢生产。若能使用可再生能源电解水制取绿氢作为原料直接合成绿氨不仅可以实现新能源的本地化有效消纳，还可显著降低化工行业的碳排放。

3、硝酸是氢氨发展下游产业链的关键化学品，现行空气加压氨氧化制硝酸工艺，生产每吨硝酸排放尾气中含nox污染物1.7kg，造成严重的环境污染，不利于可持续发展。若能使用绿氨制硝酸，并且，解决绿氨制硝酸过程中的尾气排放问题，不仅实现硝酸的清洁生产，还可进一步降低化工行业的碳排放。

技术实现思路

1、为解决上述缺陷，本实用新型提供了一种绿电制绿氨联产硝酸封闭循环系统，所述绿电制绿氨联产硝酸封闭循环系统包括电解水制氢装置、空分装置、合成氨装置、氨氧化装置以及酸吸收装置；所述电解水制氢装置的氢气输出端和所述空分装置的氮气出气端均与合成氨装置相连通，使得电解水制氢装置产生的氢气以及空分装置产生的氮气能够共同进入合成氨装置中，在合成氨催化剂(例如，a202型或za-5型催化剂)的作用下进行反应，生成液氨；所述空分装置的氧气出气端和所述合成氨装置的输出端均与氨氧化装置相连通，使得空分装置产生的氧气以及合成氨装置生成的氨气能够共同进入氨氧化装置中，在氨氧化催化剂(例如，铂系催化剂)的作用下进行反应，生成nox(nox为一氧化氮和二氧化氮混合物)；所述氨氧化装置的出气端与所述酸吸收装置相连通，使得氨氧化装置中产生的nox(指二氧化氮)能够进入酸吸收装置中，与水反应生成硝酸；所述酸吸收装置的出气端与所述氨氧化装置相连通，使得酸吸收装置中未反应的nox(指一氧化氮)能够重新进入氨氧化装置进行氧化反应。

2、在本实用新型的一种实施方式中，所述电解水制氢装置和合成氨装置之间设有氢气压缩装置；所述氢气压缩装置包括第一氢气压缩机和氢气高压储罐；所述第一氢气压缩机的进气端与电解水制氢装置的氢气输出端相连通，出气端与氢气高压储罐的进气端相连通，使得电解水制氢装置产生的氢气能够在高压的状态下进入氢气高压储罐；所述氢气高压储罐的出气端与合成氨装置相连通，所述空分装置的进气端与空气相连通，氮气出气端与合成氨装置相连通，使得氢气高压储罐中的高压氢气以及空分装置产生的氮气能够共同进入合成氨装置中，在合成氨催化剂的作用下进行反应，生成液氨。

3、在本实用新型的一种实施方式中，所述合成氨装置包括依次相连的氨合成塔、换热组件、氨气闪蒸组件以及冷剂输送装置；所述氢气高压储罐的出气端与氨合成塔相连通，所述空分装置的氮气出气端与氨合成塔相连通，使得氢气高压储罐中的高压氢气以及空分装置产生的氮气能够共同进入氨合成塔中，在其装填的合成氨催化剂的作用下进行反应，生成氨气；所述冷剂输送装置包括冷剂输入管道和冷剂输出管道；所述冷剂输入管道的输出端与换热组件相连通，所述冷剂输出管道的输入端与换热组件相连通，所述氨气闪蒸组件的出气端与液氨储罐相连通，使得氨合成塔中生成的氨气能够先经换热组件换热和冷凝液化，再经氨气闪蒸组件提纯，生成液氨并进入液氨储罐。

4、在本实用新型的一种实施方式中，所述氢气高压储罐与氨合成塔之间设有压力调节器；所述压力调节器的进气端与氢气高压储罐相连通，出气端与氨合成塔相连通，使得氢气高压储罐中的高压氢气能够先经压力调节器调节至氨合成塔所需的压力，再与空分装置产生的氮气共同进入氨合成塔中，在其装填的合成氨催化剂的作用下进行反应，生成氨气。

5、在本实用新型的一种实施方式中，所述合成氨装置还包括合成气循环组件；所述合成气循环组件包括合成气循环管道；所述合成气循环管道依次连接氨气闪蒸组件、换热组件和压力调节器，使得氨气闪蒸组件排出的循环合成气能够与氢气高压储罐中的高压氢气混合后，先经压力调节器调节至氨合成塔所需的压力，再与空分装置产生的氮气共同进入氨合成塔中，在合成氨催化剂的作用下进行反应，生成氨气。

6、在本实用新型的一种实施方式中，所述换热组件包括依次相连的一级换热器和二级换热器；所述冷剂输入管道的输出端与二级换热器相连通，所述冷剂输出管道的输入端与二级换热器相连通。

7、在本实用新型的一种实施方式中，所述氨气闪蒸组件包括依次相连的一级氨气闪蒸罐和二级氨气闪蒸罐；所述合成气循环管道依次连接一级氨气闪蒸罐、二级换热器、一级换热器和压力调节器。

8、在本实用新型的一种实施方式中，所述合成氨装置还包括驰放气输出组件；所述驰放气输出组件包括驰放气输出管道；所述驰放气输出管道的一端与二级氨气闪蒸罐相连通，另一端与火炬系统相连通，使得二级氨气闪蒸罐产生的驰放气能够在火炬系统进行燃烧。

9、在本实用新型的一种实施方式中，所述压力调节器为压力调节阀和/或第二氢气压缩机。

10、在本实用新型的一种实施方式中，所述电解水制氢装置和氨氧化装置之间设有第一氧气压缩机；所述空分装置和氨氧化装置之间设有第二氧气压缩机；所述氨氧化装置包括依次相连的氧气高压储罐和氨氧化塔；所述第一氧气压缩机的进气端与电解水制氢装置的氧气输出端相连通，出气端与氧气高压储罐的进气端相连通，使得电解水制氢装置产生的氧气能够在高压的状态下进入氧气高压储罐；所述空分装置的进气端与空气相连通，氧气出气端与氧气高压储罐的进气端相连通，使得空分装置产生的氧气能够在高压的状态下进入氧气高压储罐；所述氧气高压储罐的出气端与氨氧化塔相连通，所述液氨储罐的输出端与氨氧化塔相连通，使得氧气高压储罐中的高压氧气以及液氨储罐中的液氨能够共同进入氨氧化塔中，在氨氧化催化剂的作用下进行反应，生成nox(nox为一氧化氮和二氧化氮混合物)。

11、在本实用新型的一种实施方式中，所述液氨储罐与氨氧化塔之间设有气化器；所述气化器的输入端与液氨储罐相连通，输出端与氨氧化塔相连通，使得液氨储罐中的液氨能够以氨气的形式与氧气高压储罐中的高压氧气共同进入氨氧化塔中，在其装填的氨氧化催化剂的作用下进行反应，生成nox。

12、在本实用新型的一种实施方式中，所述酸吸收装置包括酸吸收塔；所述氨氧化塔的出气端与酸吸收塔相连通，使得氨氧化塔中产生的nox(指二氧化氮)能够进入酸吸收塔中，与水反应生成硝酸。

13、在本实用新型的一种实施方式中，所述酸吸收装置还包括水供应装置；所述水供应装置的输出端与酸吸收塔相连通，使得氨氧化塔中产生的nox能够在酸吸收塔中与水反应生成硝酸。

14、在本实用新型的一种实施方式中，所述酸吸收塔和氨氧化塔之间设有nox闪蒸组件；所述nox闪蒸组件的进气端与酸吸收塔相连通，出气端与氨氧化塔相连通，使得酸吸收塔中未反应的nox(指一氧化氮)能够经nox闪蒸组件脱水后，重新进入氨氧化塔进行氧化反应。

15、在本实用新型的一种实施方式中，所述nox闪蒸组件包括nox闪蒸罐。

16、在本实用新型的一种实施方式中，所述电解水制氢装置包括电解池；所述电解池的氢气输出端为阴极槽，氧气输出端为阳极槽；所述第一氢气压缩机的进气端与电解池的阴极槽相连通，使得电解池的阴极槽产生的氢气能够在高压的状态下进入氢气高压储罐；所述第一氧气压缩机的进气端与电解池的阳极槽相连通，使得电解池的阳极槽产生的氧气能够在高压的状态下进入氧气高压储罐。

17、在本实用新型的一种实施方式中，所述电解池为碱性(awe)电解池或质子交换膜(pem)电解池。

18、本实用新型技术方案，具有如下优点：

19、本实用新型提供了一种绿电制绿氨联产硝酸封闭循环系统，所述绿电制绿氨联产硝酸封闭循环系统包括电解水制氢装置、空分装置、合成氨装置、氨氧化装置以及酸吸收装置；所述电解水制氢装置的氢气输出端和所述空分装置的氮气出气端均与合成氨装置相连通；所述空分装置的氧气出气端和所述合成氨装置的输出端均与氨氧化装置相连通；所述氨氧化装置的出气端与酸吸收装置相连通；所述酸吸收装置的出气端与氨氧化装置相连通。所述绿电制绿氨联产硝酸封闭循环系统将绿电制绿氨以及绿氨制硝酸一体化，用绿氢与氮气制成绿氨，同时，耦合电解水制氧和空分制氧技术，将绿电制绿氨副产氧气送入氨氧化系统封闭循环制得硝酸，从而解决硝酸生产过程中尾气排放问题，实现绿氨零碳排放和和硝酸清洁生产。