[发明专利]一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统

权利要求书

1.一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于：包括依次连通的光伏发电系统、电解水制氢系统(1)、氢气干燥系统(2)、合成氨系统(3)；

还包括自动化控制系统；

所述电解水制氢系统(1)包括电解槽(10)、设置在电解槽(10)内的阳极电极(11)和阴极电极(12)，所述阳极电极(11)和阴极电极(12)均连接有电源(13)，所述电源(13)为光伏电池板；

所述电解槽(10)的顶部设置有出气口(101)，所述电解槽(10)的底部设置有进出液口(102)；

所述出气口(101)连通氢气干燥系统(2)。

2.根据权利要求1所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，所述阳极电极(11)采用泡沫镍负载Ni(OH)₂/NiOOH及掺杂钴，所述阴极电极(12)采用镍板或碱性电解水电极；

所述碱性电解水电极选自贵金属材料、过渡金属化合物；所述贵金属材料包括铂、铂黑、及铂黑与碳材料的复合材料；所述过渡金属化合物包括金属镍、钼、钨的磷化物、氮化物、氧化物、碳化物以及磷氮化物；

所述电解槽(10)内填充有电解液。

3.根据权利要求2所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，所述阳极电极(11)采用泡沫镍负载Ni(OH)₂/NiOOH及掺杂钴；所述阴极电极(12)采用镍板；

所述电解液选用5mol/L的KOH溶液。

4.根据权利要求1-4任意一项所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，所述合成氨系统(3)的进气端还连通有供氮装置(7)，所述合成氨系统(3)的出气端依次连通设置有氨液化系统(4)、加储氨系统(5)。

5.根据权利要求5所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，所述电解水制氢系统(1)、氢气干燥系统(2)、合成氨系统(3)、供氮装置(7)、氨液化系统(4)、加储氨系统(5)以标准集装箱的尺寸进行模块化组装。

6.根据权利要求5所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，所述供氮装置(7)采用深冷空分制氮、变压吸附制氮或膜分离制氮，所述供氮装置(7)和合成氨系统(3)之间还连通有氮气纯化装置(70)。

7.根据权利要求6所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，所述电解槽(10)内的阳极电极(11)和阴极电极(12)沿电解槽(10)的长度方向交替设置。

8.根据权利要求7所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，基于该的制备氨系统的氨气制备方法包括：

Stp1、氮气和氢气制备：通过电解水制氢系统(1)制备氢气，并通过氢气干燥系统(2)进行干燥后供入至合成氨系统(3)；

通过供氮装置(7)利用各空气的沸点不同使用液态空气分离法，将氧气和氮气分离得到氮气，并将所得氮气经氮气纯化装置(70)纯化后供入至合成氨系统(3)；

Stp2、氨气合成：氮气和氢气在合成氨系统(3)反应生成氨气，生成的氨气经氨液化系统(4)液化后，注入加储氨系统(5)。

9.根据权利要求1所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，所述Stp1包括：

Stp11、在白天有光照的时候，向电解槽(10)内通入温度低于25℃的电解液，此时将电源(13)分别与阳极电极(11)和阴极电极(12)接通，此时通过光伏电池板进行供电，此时阴极析氢，电解完成后进入Stp12；

Stp12、在晚上无光照时，向电解槽(10)内通入温度95℃的热水，此时光伏电池板无光照则无法发电供电，此时阳极析氧。

10.根据权利要求9所述的一种直耦式光伏高压无膜式两步法电解水制氢合成氨系统，其特征在于，还包括设置在电解槽(10)内的液位传感器。