[发明专利]一种基于合成氨的化学储能系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于合成氨的化学储能系统及方法，该系统包括光伏板、风车、电解槽、氢气储罐、混合器、压缩机、合成氨反应器、氨分离装置、液氨储罐、空分装置、透平、回热器、预冷器、二氧化碳压缩机和发电机。该系统将电能通过电解转化为氢气的化学能，并进一步通过合成氨反应，将能量储存在甲醇中，能量密度高、可以长期储存、用途广泛，从而实现将太阳能和风能进行有效的储存。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种基于合成氨的化学储能系统及方法。

背景技术

太阳能和风能具有清洁、取之不尽用之不竭等特点，但是存在时间分布不均问题，太阳能和风能在利用时一般都需要使用储能等技术。

化学储能基于化学反应，通过反应物和生成物的化学键的断裂重组实现能量的存储。化学储能生成储能物质后，尤其是的液态的储能物质，具有能量密度高和能够长期储存的特点，适合将太阳能和风能转化后进行储存。其中，合成氨是一种化学储能方式，氨易于液化，具有储能密度高，产品用途广等特点，是制造硝酸和化肥的重要原料，还可以在氧气中燃烧，生成氮气和水，无二氧化碳排放。

在我国西北地区，太阳能、风能资源丰富，但是为了稳定的利用太阳能或风能，需要配套体积庞大的熔盐储能或电池储能，或对火电机组等进行调峰，因此，如果能够开发出一种化学储能系统，该系统可以将太阳能、风能转化为化学能储存在储能物质中，会对太阳能和风能的利用带来巨大变化。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于合成氨的化学储能系统及方法，将太阳能、风能等转化为氨这一储能物质进行存储，能量密度高，能长期储存，用途广泛。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于合成氨的化学储能系统，包括光伏板1、风车2、电解槽3、氢气储罐4、混合器5、压缩机6、合成氨反应器7、氨分离装置8、液氨储罐9、空分装置10、透平11、回热器12、预冷器13、二氧化碳压缩机14和发电机15；所述的光伏板1和风车2与电解槽3相连接，为电解槽3供电，电解槽3的氢气出口与氢气储罐4的入口相连通，氢气储罐4的出口与混合器5的氢气入口相连通，所述的空分装置10的氮气出口与混合器5的氮气入口相连通，混合器5的出口与压缩机6的入口相连通，压缩机6的出口与合成氨反应器7的管程入口相连通，合成氨反应器7的管程出口与氨分离装置8的入口相连通，氨分离装置8的气体出口与混合器5的入口相连通，氨分离装置8的液体出口与液氨储槽9的入口相连通；

所述的合成氨反应器7的壳程出口与透平11的入口相连通，透平11的出口与回热器12的热侧入口相连通，回热器12的热侧出口与预冷器13的热侧入口相连通，预冷器13的热侧出口与二氧化碳压缩机14的入口相连通，二氧化碳压缩机14的出口与回热器12的冷侧入口相连通，回热器12的冷侧出口与合成氨反应器7的壳程入口相连通。

所述的合成氨反应器7的管程中装载有铁触媒。

所述的透平11与压缩机6通过联轴器联动，透平11与二氧化碳压缩机14通过联轴器联动，二氧化碳压缩机14与发电机15通过联轴器联动。

所述的合成氨反应器7为管壳式。

一种基于合成氨的化学储能方法，包括以下步骤；

光伏板1发出的电力和风车2发出的电力，进入电解槽3，电解槽3中的水电解后生成的氢气进入氢气储罐4，氢气储罐4中的氢气送入混合器5，空气经过空分装置10，分离出的氮气送入混合器5，氢气和氮气在混合器5中按比例混合后，进入压缩机6进行加压，加压后进入合成氨反应器7的管程，在管程中铁触媒的作用下，生成氨，进入分离装置8中分离，分离后的氨送入液氨储罐9，未反应的氢气和氮气送回混合器5；