一种柔性控制的绿色能源制氨系统及绿色能源制氨方法与流程

1.本发明涉及一种柔性控制的绿色能源制氨系统及绿色能源制氨方法，属于绿色氨合成技术领域。


背景技术：

2.液氨的生产主要以天然气、煤等化石能源为原来的生产工艺，该工艺每生产一吨液氨将排放出大量的二氧化碳，特别是以煤化工产氨技术，排放二氧化碳量更是高达4.2吨/吨氨。绿色能源制氨工艺是指采用绿色能源(光、风等再生能源发电)为能量，水和空气为原料，生产液氨，整个过程二氧化碳排放量几乎为零。
3.绿色能源制氨工艺是一个新兴的绿化化工工艺，从绿色能源到氨合成成套工艺都在摸索阶段，为了稳定绿色氨合成装置的生产，普遍思路就是绿色能源发出来的电进入国家电网，然后再利用国家电网的稳定电源为水电解制氢、制氮、氨合成用电；以电为基础，吨氨消耗电量约是10500~11000kw，其中水电解制氢占吨氨消耗的90%以上电耗；如果绿色能源制氨产能大，装置多的情况，会给国家电网平稳运行带来较大冲击，很难解决平稳用电问题。
4.当前绿色能源制氨还存在较大的缺点，比如光伏发电由于昼夜因素，只能阶段性进行发电；同时也存在光照和天气因素，白天不同时间段发电量差距也很大；风力发电也存在风场在不同时间段，由于风力因素导致发电存在很大的差异；但是对于合成氨装置（化工装置）而言，原料供给越稳定，装置运行越稳定，越安全，比如装置不可以在短时间内，从100%负荷突然降低到30%的负荷，也不能30%的负荷突然提高到100%的负荷。现有技术的绿色能源制氨工艺目前还无法解决上述问题，因此绿色能源制氨的规模化生产受到了较大的限制。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种柔性控制的绿色能源制氨系统，用于降低光伏发电和风能发电过程中产生的高频率、宽波幅波动对绿色能源制氨过程的影响，实现低频率、微波幅的线性关系，实现绿色能源制氨柔性调节。同时，本发明还提供一种柔性控制的绿色能源制氨方法。
6.本发明柔性控制的绿色能源制氨系统采用如下技术方案：一种柔性控制的绿色能源制氨系统，其特征在于：其包括绿色能源模块、制氢储氢与自控模块、制氮模块、氢氮压缩与控制模块以及合成氨装置，所述绿色能源模块包括并联在一起的光伏能源组和风力能源组；所述制氢储氢与自控模块包括电解制氢装置，电解制氢装置的氢气出口连接有氢气输出主管线，氢气输出主管线上并联有氢气输出副管线，氢气输出副管线上沿气体流动方向依次设有储氢调节阀、氢气增压机、氢气储存装置和放氢调节阀，氢气主管线上位于氢气副管线的进口之前和出口之后分别设有氢气总流量计和氢气流量计；氢气总流量计、储氢调节阀及氢气增压机之间通过信号连接；所述氢气流量计与放氢调节阀通过信号连接；所述
制氮模块包括制氮装置，制氮装置的氮气出口上连接有氮气管路，氮气管路上沿气体流动方向依次设有氮气调节阀和氮气流量计，氮气调节阀与氮气流量计通过信号连接；所述氢氮压缩与控制模块包括氢气氮气压缩机，氢气输出主管线的出口和氮气管路的出口并联后与氢气氮气压缩机的进口连接，氢气氮气压缩机的出口上连接有混合气输出管路，混合气输出管路上设有混合气体流量计；所述合成氨装置与混合气输出管路连接，合成氨装置包括进气调节管路，进气调节管路上设有进气调节阀，进气调节阀与所述混合气体流量计通过信号连接；所述绿色能源模块用于向电解制氢装置、氢气增压机、制氮装置、氢气氮气压缩机供电。
7.所述绿色能源模块的电力输出端上连接有储电模块，储电模块用于向电解制氢装置、氢气增压机、制氮装置及氢气氮气压缩机供电。
8.所述光伏能源组和风力能源组并联后的输出电路上设有实时发电多功能电表。
9.所述合成氨装置包括依次连接的氨反应器、余热回收装置、热交换器和冷却分离器，冷却分离器上设有排气口和液氨排放口，排气口和热交换器的冷媒进口之间连接有循环管道，循环管道上设有循环机，所述混合气输出管路的出口连接在热交换器和循环机之间的循环管道上，所述进气调节管路的进口端连接在热交换器和混合气输出管路出口之间的循环管道上，所述进气调节管路的出口连接在热交换器和冷却分离器之间的管道上；所述热交换器的冷媒出口通过管道和氨反应器的进口连通，热交换器的热媒进口和热媒出口分别与余热回收装置的出口和冷却分离器的进口连接。
10.本发明柔性控制的绿色能源制氨方法采用如下技术方案：一种柔性控制的绿色能源制氨方法，其包括以下步骤：（1）采用将光伏能源组和风力能源组共同作为绿色能源模块，将光伏能源组和风力能源组的装机容量按所在地的环境按比例匹配，使得绿色能源模块连续发电且不同时段的光伏能源组的发电量与风力能源组的发电量组合；（2）利用制氢储氢及自控模块进行制氢、储氢和氢气流量调节，制氢储氢与自控模块包括电解制氢装置，电解制氢装置的氢气出口连接有氢气输出主管线，氢气输出主管线上并联有氢气输出副管线，氢气输出副管线上沿气体流动方向依次设有储氢调节阀、氢气增压机、氢气储存装置和放氢调节阀，氢气主管线上位于氢气副管线的进口之前和出口之后分别设有氢气总流量计和氢气流量计；氢气总流量计、储氢调节阀及氢气增压机之间通过信号连接；所述氢气流量计与放氢调节阀通过信号连接；（3）利用制氮模块进行制氮和氮气流量调节，制氮模块包括制氮装置，制氮装置的氮气出口上连接有氮气管路，氮气管路上沿气体流动方向依次设有氮气调节阀和氮气流量计，氮气调节阀与氮气流量计通过信号连接；（4）利用氢氮压缩与控制模块对氢气和氮气进行压缩，氢氮压缩与控制模块包括氢气氮气压缩机，氢气输出主管线的出口和氮气管路的出口并联后与氢气氮气压缩机的进口连接，氢气氮气压缩机的出口上连接有混合气输出管路，混合气输出管路上设有混合气体流量计；（5）将合成氨装置与混合气输出管路连接，合成氨装置包括进气调节管路，进气调节管路上设有进气调节阀，进气调节阀与所述混合气体流量计通过信号连接；（6）将绿色能源模块与制氢储氢及自控模块、制氮模块及氢氮压缩与控制模块连接，使绿色能源模块向氢气增压机、制氮装置和氢气氮气压缩机供电；（7）设定合成氨装置需求用氢值，利用水电解制氢最大量值进行比较，当水电解制氢量高于合成氨装置需求量100%时，自动打开储氢调节阀，同时启动氢气压缩机，将部分氢气储存；当制氢量小于合成氨装置需求氢气量80%时，自动关闭氢气压缩机，和储氢
调节阀；将氢气总流量计作为制氢储氢与自控模块内串级控制的主控制器，氢气总流量计将电解氢装置制得的实时氢气流量数据发送给系统控制中心，控制中心根据实时氢气流量调节储氢调节阀的开度；将氢气流量计作为制氢储氢与自控模块内串级控制的副控制器，氢气流量计将实时的氢气流量发送给系统控制中心，控制中心根据实时氢气流量调节放氢气调节阀的开度；（8）当氢气氮气流量计在1-10分钟内波动超过
±
20%时，将此时的流量信号反馈到进气调节阀，将进气调节阀的开度调节至自动按要求调节
±
5%~
±
10%，降低氨合成装置负荷波动。
11.所述绿色能源模块上连接有储电模块，当实时发电多功能电表检测到绿色能源模块供电充足时，储电模块用于储存绿色能源模块多余的电能；当实时发电多功能电表检测到绿色能源模块供电不足时，利用储电模块向氢气增压机、制氮装置和氢气氮气压缩机供电。
12.所述绿色能源模块的输出电路上设有实时发电多功能电表，实时发电多功能电表用于测量绿色能源模块实时供电的电压、功率和电量。
13.所述合成氨装置包括依次连接的氨反应器、余热回收装置、热交换器和冷却分离器，冷却分离器上设有排气口和液氨排放口，排气口和热交换器的冷媒进口之间连接有循环管道，循环管道上设有循环机，所述混合气输出管路的出口连接在热交换器和循环机之间的循环管道上，所述进气调节管路的进口端连接在热交换器和混合器输出管路出口之间的循环管道上，所述进气调节管路的出口连接在热交换器和冷却分离器之间的管道上；所述热交换器的冷媒出口通过管道和氨反应器的进口连通，热交换器的热媒进口和热媒出口分别与余热回收装置的出口和冷却分离器的进口连接。
14.所述循环机与绿色能源模块连接，绿色能源模块向循环机供电。
15.本发明的有益效果是：本发明采用柔性控制的绿色能源制氨工艺，将光伏能源和风力能源作为绿色能源一次耦合，将绿色能源的高频率、宽波幅进行调峰填谷；通过储氢和储电二次耦合，结合设定的参数进行一连串的控制、调节，确保绿色能源制氨装置负荷在规定时间内降低负荷或者增加负荷，做到一种柔性负荷调整，将装置控制在规定的指标内运行。本发明采用提前预警和流量调节相结合，能够有效降低光伏发电和风能发电过程中产生的高频率、宽波幅波动对绿色能源制氨过程的影响，实现低频率、微波幅的线性关系，保证绿色能源制氨柔性调节，从而降低绿色能源的高波峰波谷、高频率波动对装置平稳运行带来的影响，使得绿色能源制氨装置高效、平稳运行。本发明具体原理如下：1、本发明采用前置的光伏发电和风能发电相组合，光伏夜间无法发电这个时间段，利用风能发电进行填谷；或者风力发电在白天时间段的发电量大幅度减少，利用光伏白天发电进行填谷；结合光伏和风力波峰阶段，进行能量储存，用于光伏和风力波谷阶段；也就是利用平均值以上的绿色能源时间弥补绿色能源低于平均值的时间段，将这样的绿色能源结合，就能初步进行一次绿色能源消峰填谷。
16.2、本发明采用氢气流量的串级控制（设定合成氨装置需求用氢值，利用水电解制氢最大量值进行比较，当水电解制氢量高于合成氨装置需求量100%时，自动打开储氢调节阀，同时启动氢气压缩机，氢气压缩机负荷从最低负荷运行，便于储存生产多余的氢气；当制氢量小于合成氨装置需求氢气量80%时，自动关闭氢气压缩机，关闭储氢调节阀），在绿色能源波峰(发电量大约平均值)阶段，利用绿色能源发的电用于水电解得多余的氢气储存起
来，用于绿色能源发电的波谷阶段进行二次消峰和填谷；3、本发明对合成氨装置回路进行控制，根据氢气氮气流量计反馈的流量值，确定合成氨装置的进气调节阀是否打开，如需要打开进气调节阀，就按设定的数据，打开到规定的阀度，确保合成氨装置能够在超低负荷下，平稳运行。
附图说明
17.图1是本发明一种实施例的柔性控制的绿色能源制氨系统的流程图；图2是图1中光伏发电组和风力能源组耦合后的发电量曲线图。
18.图中：1-绿色能源模块、2-光伏能源组，3-风力能源组，4-实时发电多功能表，5-制氢储氢与自控模块、6-电解制氢装置，7-氢气总流量计，8-储氢调节阀，9-氢气增压机，10-氢气储存装置，11-氢气流量计，12-放氢调节阀，13-制氮模块、14-制氮装置、15-氮气调节阀、16-氮气流量计、17-储电模块、18-氢氮压缩与控制模块、19-氢气氮气压缩机、20-混合气流量计、21-进气调节阀、22-合成氨装置、23-循环机。
实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
20.如图1所示，本发明一种实施例的柔性控制的绿色能源制氨系统包括绿色能源模块1、制氢储氢与自控模块5、制氮模块13、氢氮压缩与控制模块18以及合成氨装置22，所述绿色能源模块1包括并联在一起的光伏能源组2和风力能源组3，所述光伏能源组1和风力能源组3并联后的输出电路上设有实时发电多功能电表4。
21.所述制氢储氢与自控模块5包括电解制氢装置6，电解制氢装置6的氢气出口连接有氢气输出主管线，氢气输出主管线上并联有氢气输出副管线，氢气输出副管线上沿气体流动方向依次设有储氢调节阀8、氢气增压机9、氢气储存装置10和放氢调节阀12，氢气主管线上位于氢气副管线的进口之前和出口之后分别设有氢气总流量计7和氢气流量计11；氢气总流量计7、储氢调节阀8及氢气增压机9之间通过信号连接；所述氢气流量计11与放氢调节阀12通过信号连接。
22.所述制氮模块13包括制氮装置14，制氮装置14的氮气出口上连接有氮气管路，氮气管路上沿气体流动方向依次设有氮气调节阀15和氮气流量计16，氮气调节阀15与氮气流量计16通过信号连接。
23.所述氢氮压缩与控制模块18包括氢气氮气压缩机19，氢气输出主管线的出口和氮气管路的出口并联后与氢气氮气压缩机19的进口连接，氢气氮气压缩机19的出口上连接有混合气输出管路，混合气输出管路上设有混合气体流量计20。
24.所述合成氨装置22与混合气输出管路连接，合成氨装置22包括进气调节管路，进气调节管路上设有进气调节阀21，进气调节阀21与所述混合气体流量计20通过信号连接；所述合成氨装置22包括依次连接的氨反应器、余热回收装置、热交换器和冷却分离器，冷却分离器上设有排气口和液氨排放口，排气口和热交换器的冷媒进口之间连接有循环管道，循环管道上设有循环机23，所述混合气输出管路的出口连接在热交换器和循环机23之间的循环管道上，所述进气调节管路的进口端连接在热交换器和混合气输出管路出口之间的循环管道上，所述进气调节管路的出口连接在热交换器和冷却分离器之间的管道上；所述热
交换器的冷媒出口通过管道和氨反应器的进口连通，热交换器的热媒进口和热媒出口分别与余热回收装置的出口和冷却分离器的进口连接。
25.所述绿色能源模块1用于向电解制氢装置6、氢气增压机9、制氮装置14、氢气氮气压缩机19及循环机23供电。所述绿色能源模块1的电力输出端上连接有储电模块17，储电模块17用于向电解制氢装置6、氢气增压机9、制氮装置14、氢气氮气压缩机19及循环机23供电。
26.本发明中，绿色能源模块1是基于绿色能源在不同载体发电特性进行能源互补，用于为制氢储氢及自控模块5、制氮及控制模块13、储电模块17、氢氮压缩与控制模块18、合成氨装置22的循环机23各模块或设备提供电能。绿色能源模块1包括光伏能源组2和风力能源组3，其中光伏能源组2用于将太阳辐射能转化为电能，风力能源组3用于将空气流动产生的动能转化为电能，光伏能源组2和风力能源组3的装机容量按当地的环境进行一定比例匹配，使得绿色能源模块1连续发电且不同时段的光伏能源组2的发电量与风力能源组3的发电量叠加后可以第一次完成消峰填谷耦合，降低储电、储氢的容量，将高频率宽波幅的波动风险降低一半。本实施例中，光伏发电组和风力能源组耦合后的发电量曲线如图2所示，绿色能源模块1中的实时发电多功能表4安装在绿色能源模块1的供电输出端，用于监控绿色能源模块1实时供电的电压、功率和电量，可以为下游模块提前预警储电、储氢是否启动或者合成氨装置的负荷调整。
27.氢气调节阀8与放氢调节阀12之间安装有氢气储存装置10，氢气调节阀8用于调节从氢气输出主管线进入氢气储存装置10的氢气流量，放氢调节阀12用于调节从氢气储存装置10进入氢气输出主管线的氢气流量。所述氢气总流量计7根据其测量值与氢气流量计11的测量值之间的偏差对氢气调节阀8和放氢调节阀12的开度进行高精度调节。所述氢气流量计11根据其测量值与其目标值之间的偏差对氢气调节阀8和放氢调节阀12的开度进行初步调节。由于绿色能源模块1在不同时段的发电量不同，导致制氢储氢与自控模块5中电解制氢装置6产出的氢气量也有波动，因此在采用制氢储氢与自控模块5进行自动调节储氢和供氢。氢气总流量计7和氢气流量计11依次安装在氢气输送主管线上，分别用于测量氢气输出主管线不同位置的氢气流量，氢气总流量计7作为制氢储氢与自控模块5内串级控制的主控制器，氢气流量计11作为制氢储氢与自控模块5内串级控制的副控制器；氢气总流量计7将电解氢装置制得的实时氢气流量数据发送给系统控制中心，控制中心根据实时氢气流量调节储氢调节阀8的开度；氢气流量计11将实时的氢气流量发送给系统控制中心，控制中心根据实时氢气流量调节放氢气调节阀12的开度，从而实现根据绿色能源模块1实时发电量对氢气流量进行分配。具体应用时，可以实现提前预警，自动分析，按设定程序进行自动调节。
28.氢氮气压缩与控制模块18设置在合成氨装置22前端，氢气氮气流量计20和进气调节阀21通过程序控制，当氢气氮气流量计20在短时间波动超过10%时，就将此流量信号反馈到进气调节阀21，进气调节阀根据设定不同负荷需求的阀门开度，自动打开对应的开度，可以确保合成氨装置22中，运行压力平稳下降或者上升，使得合成氨装置稳定运行。
29.本发明柔性控制的绿色能源制氨方法的具体实施例如图1所示，本实施例的柔性控制的绿色能源制氨方法，其包括以下步骤：（1）采用将光伏能源组2和风力能源组3共同作为绿色能源模块1，将光伏能源组2
和风力能源组3的装机容量按比例匹配（如可以按所在地的环境进行分配，光伏能源组和风力能源组可以按3:7的比例匹配），使得绿色能源模块1连续发电且不同时段的光伏能源组的发电量与风力能源组的发电量组合，风力能源组的发电量叠加后可以实现消峰填谷耦合，利用风力能源可以将合成氨装置全天稳定在30-80%运行，利用光伏能源的周期性，白天8:00~17:00可以将装置负荷提升到100%，同时将多余的电能转化为氢气储存，将晚上17:00到第二天早晨8:00这个时间的负荷提升到70~100%运行；所述绿色能源模块1的输出电路上设有实时发电多功能电表4，实时发电多功能电表4用于测量绿色能源模块1实时供电的电压、功率和电量；（2）利用制氢储氢及自控模块5进行制氢、储氢和氢气流量调节，制氢储氢与自控模块5包括电解制氢装置6，电解制氢装置6的氢气出口连接有氢气输出主管线，氢气输出主管线上并联有氢气输出副管线，氢气输出副管线上沿气体流动方向依次设有储氢调节阀8、氢气增压机9、氢气储存装置10和放氢调节阀12，氢气主管线上位于氢气副管线的进口之前和出口之后分别设有氢气总流量计7和氢气流量计11；氢气总流量计7、储氢调节阀8及氢气增压机9之间通过信号连接；所述氢气流量计11与放氢调节阀12通过信号连接；（3）利用制氮模块13进行制氮和氮气流量调节，制氮模块13包括制氮装置14，制氮装置14的氮气出口上连接有氮气管路，氮气管路上沿气体流动方向依次设有氮气调节阀15和氮气流量计16，氮气调节阀15与氮气流量计16通过信号连接；（4）利用氢氮压缩与控制模块18对氢气和氮气进行压缩，氢氮压缩与控制模块18包括氢气氮气压缩机19，氢气输出主管线的出口和氮气管路的出口并联后与氢气氮气压缩机19的进口连接，氢气氮气压缩机19的出口上连接有混合气输出管路，混合气输出管路上设有混合气体流量计20；（5）将合成氨装置22与混合气输出管路连接，合成氨装置22包括进气调节管路，进气调节管路上设有进气调节阀23，进气调节阀23与所述混合气体流量计20通过信号连接；所述合成氨装置22包括依次连接的氨反应器、余热回收装置、热交换器和冷却分离器，冷却分离器上设有排气口和液氨排放口，排气口和热交换器的冷媒进口之间连接有循环管道，循环管道上设有循环机23，所述混合气输出管路的出口连接在热交换器和循环机23之间的循环管道上，所述进气调节管路的进口端连接在热交换器和混合器输出管路出口之间的循环管道上，所述进气调节管路的出口连接在热交换器和冷却分离器之间的管道上；所述热交换器的冷媒出口通过管道和氨反应器的进口连通，热交换器的热媒进口和热媒出口分别与余热回收装置的出口和冷却分离器的进口连接；（6）将绿色能源模块1与制氢储氢及自控模块5、制氮模块13、氢氮压缩与控制模块18连接，使绿色能源模块1向氢气增压机9、制氮装置14、氢气氮气压缩机19供电；所述绿色能源模块1上连接有储电模块17，当实时发电多功能电表4检测到绿色能源模块供电1充足时，储电模块用于储存绿色能源模块多余的电能；当实时发电多功能电表4检测到绿色能源模块1供电不足时，利用储电模块17向氢气增压机9、制氮装置14、氢气氮气压缩机19供电；所述循环机23与绿色能源模块1和储电模块17连接，绿色能源模块1和储电模块17向循环机23供电；（7）设定合成氨装置22的需求用氢值，利用水电解制氢最大量值进行比较，当水电解制氢量高于合成氨装置需求量100%时，自动打开储氢调节阀8，同时启动氢气压缩机9，将
部分氢气储存；当制氢量小于合成氨装置22需求氢气量80%时，自动关闭氢气压缩机9和储氢调节阀8；将氢气总流量计7作为制氢储氢与自控模块内串级控制的主控制器，氢气总流量计7将电解氢装置6制得的实时氢气流量数据发送给系统控制中心，控制中心根据实时氢气流量调节储氢调节阀8的开度；将氢气流量计11作为制氢储氢与自控模块内串级控制的副控制器，氢气流量计11将实时的氢气流量发送给系统控制中心，控制中心根据实时氢气流量调节放氢气调节阀12的开度；（8）当氢气氮气流量计20在1-10分钟内波动超过
±
20%时，将此时的流量信号反馈到进气调节阀21，将进气调节阀21的开度调节至自动按要求调节
±
5%~
±
10%，降低氨合成装置负荷波动。
30.本发明解决了现有技术绿色能源制氨工艺在高频率宽波幅波动的状态下运行，会对装置动设备、静设备都将造成负担，过渡频繁的调整负荷会大幅度降低动设备和静设备使用寿命，人为干预不及时可能存在装置停车风险，利用本发明的绿色能源制氨系统，可以有效的解决由于光照、风场等因素造成的高频率宽波幅波动。本发明采用风力和光伏组合，将绿色能源进行一次消峰和消谷，能够使得高频率宽波幅波动的风险降低一半；再利用dcs的串级控制，在绿色能源波峰阶段进行储氢、波谷阶段放氢，将绿色能源供电不稳定带来的影响再次降低；如果出现极端工况，采用前述两种调控手段都无法确保氨合成装置处于平稳状态下运行，则采用dcs单回路控制，按反馈的值自动按比例打开氨合成装置的回路阀门，确保由于绿色能源发电高频率、大波动对水电解制氢带来的制氢负荷影响，间接的造成合成装置不稳定运行。
31.本发明克服了现有技术的种高频率、宽波幅的绿色能源制氨装置对生产带来较大影响的缺陷，本发明能将绿色能源的高频率、宽波幅进行调峰填谷，通过储氢和储电二次耦合，结合设定的参数进行一连串的控制、调节，确保绿色能源制氨装置负荷在规定时间内降低负荷或者增加负荷，做到一种柔性负荷调整，将装置控制在规定的指标内运行。使用本发明柔性控制的绿色能源制氨系统后，可以将绿色能源对氨合成装置影响的高频率宽波幅的线性关系调整为低频率微波幅的线性关系，能够确保合成氨装置平稳运行。
32.虽然上面已经对本发明的实施方式进行了详细描述，但本发明不限于上述的实施方式。所附的权利要求所限定的本发明的范围包含所有等同的替代和变化。

技术特征：
1.一种柔性控制的绿色能源制氨系统，其特征在于：其包括绿色能源模块、制氢储氢与自控模块、制氮模块、氢氮压缩与控制模块以及合成氨装置，所述绿色能源模块包括并联在一起的光伏能源组和风力能源组；所述制氢储氢与自控模块包括电解制氢装置，电解制氢装置的氢气出口连接有氢气输出主管线，氢气输出主管线上并联有氢气输出副管线，氢气输出副管线上沿气体流动方向依次设有储氢调节阀、氢气增压机、氢气储存装置和放氢调节阀，氢气主管线上位于氢气副管线的进口之前和出口之后分别设有氢气总流量计和氢气流量计；氢气总流量计、储氢调节阀及氢气增压机之间通过信号连接；所述氢气流量计与放氢调节阀通过信号连接；所述制氮模块包括制氮装置，制氮装置的氮气出口上连接有氮气管路，氮气管路上沿气体流动方向依次设有氮气调节阀和氮气流量计，氮气调节阀与氮气流量计通过信号连接；所述氢氮压缩与控制模块包括氢气氮气压缩机，氢气输出主管线的出口和氮气管路的出口并联后与氢气氮气压缩机的进口连接，氢气氮气压缩机的出口上连接有混合气输出管路，混合气输出管路上设有混合气体流量计；所述合成氨装置与混合气输出管路连接，合成氨装置包括进气调节管路，进气调节管路上设有进气调节阀，进气调节阀与所述混合气体流量计通过信号连接；所述绿色能源模块用于向电解制氢装置、氢气增压机、制氮装置、氢气氮气压缩机供电。2.根据权利要求1所述的柔性控制的绿色能源制氨系统，其特征在于：所述绿色能源模块的电力输出端上连接有储电模块，储电模块用于向电解制氢装置、氢气增压机、制氮装置及氢气氮气压缩机供电。3.根据权利要求1所述的柔性控制的绿色能源制氨系统，其特征在于：所述光伏能源组和风力能源组并联后的输出电路上设有实时发电多功能电表。4.根据权利要求1所述的柔性控制的绿色能源制氨系统，其特征在于：所述合成氨装置包括依次连接的氨反应器、余热回收装置、热交换器和冷却分离器，冷却分离器上设有排气口和液氨排放口，排气口和热交换器的冷媒进口之间连接有循环管道，循环管道上设有循环机，所述混合气输出管路的出口连接在热交换器和循环机之间的循环管道上，所述进气调节管路的进口端连接在热交换器和混合气输出管路出口之间的循环管道上，所述进气调节管路的出口连接在热交换器和冷却分离器之间的管道上；所述热交换器的冷媒出口通过管道和氨反应器的进口连通，热交换器的热媒进口和热媒出口分别与余热回收装置的出口和冷却分离器的进口连接。5.一种柔性控制的绿色能源制氨方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）采用将光伏能源组和风力能源组共同作为绿色能源模块，将光伏能源组和风力能源组的装机容量按比例匹配，使得绿色能源模块连续发电且不同时段的光伏能源组的发电量与风力能源组的发电量组合；（2）利用制氢储氢及自控模块进行制氢、储氢和氢气流量调节，制氢储氢与自控模块包括电解制氢装置，电解制氢装置的氢气出口连接有氢气输出主管线，氢气输出主管线上并联有氢气输出副管线，氢气输出副管线上沿气体流动方向依次设有储氢调节阀、氢气增压机、氢气储存装置和放氢调节阀，氢气主管线上位于氢气副管线的进口之前和出口之后分别设有氢气总流量计和氢气流量计；氢气总流量计、储氢调节阀及氢气增压机之间
通过信号连接；所述氢气流量计与放氢调节阀通过信号连接；（3）利用制氮模块进行制氮和氮气流量调节，制氮模块包括制氮装置，制氮装置的氮气出口上连接有氮气管路，氮气管路上沿气体流动方向依次设有氮气调节阀和氮气流量计，氮气调节阀与氮气流量计通过信号连接；（4）利用氢氮压缩与控制模块对氢气和氮气进行压缩，氢氮压缩与控制模块包括氢气氮气压缩机，氢气输出主管线的出口和氮气管路的出口并联后与氢气氮气压缩机的进口连接，氢气氮气压缩机的出口上连接有混合气输出管路，混合气输出管路上设有混合气体流量计；（5）将合成氨装置与混合气输出管路连接，合成氨装置包括进气调节管路，进气调节管路上设有进气调节阀，进气调节阀与所述混合气体流量计通过信号连接；（6）将绿色能源模块与制氢储氢及自控模块、制氮模块及氢氮压缩与控制模块连接，使绿色能源模块向氢气增压机、制氮装置和氢气氮气压缩机供电；（7）设定合成氨装置需求用氢值，利用水电解制氢最大量值进行比较，当水电解制氢量高于合成氨装置需求量100%时，自动打开储氢调节阀，同时启动氢气压缩机，将部分氢气储存；当制氢量小于合成氨装置需求氢气量80%时，自动关闭氢气压缩机，和储氢调节阀；将氢气总流量计作为制氢储氢与自控模块内串级控制的主控制器，氢气总流量计将电解氢装置制得的实时氢气流量数据发送给系统控制中心，控制中心根据实时氢气流量调节储氢调节阀的开度；将氢气流量计作为制氢储氢与自控模块内串级控制的副控制器，氢气流量计将实时的氢气流量发送给系统控制中心，控制中心根据实时氢气流量调节放氢气调节阀的开度。6.根据权利要求5所述的柔性控制的绿色能源制氨方法，其特征在于：其还包括步骤（8）：当氢气氮气流量计在1-10分钟内波动超过
±
20%时，将此时的流量信号反馈到进气调节阀，将进气调节阀的开度调节至自动按要求调节
±
5%~
±
10%，降低氨合成装置负荷波动。7.根据权利要求5所述的柔性控制的绿色能源制氨方法，其特征在于：所述绿色能源模块上连接有储电模块，当实时发电多功能电表检测到绿色能源模块供电充足时，储电模块用于储存绿色能源模块多余的电能；当实时发电多功能电表检测到绿色能源模块供电不足时，利用储电模块向氢气增压机、制氮装置和氢气氮气压缩机供电。8.根据权利要求5所述的柔性控制的绿色能源制氨方法，其特征在于：所述绿色能源模块的输出电路上设有实时发电多功能电表，实时发电多功能电表用于测量绿色能源模块实时供电的电压、功率和电量。9.根据权利要求5所述的柔性控制的绿色能源制氨方法，其特征在于：所述合成氨装置包括依次连接的氨反应器、余热回收装置、热交换器和冷却分离器，冷却分离器上设有排气口和液氨排放口，排气口和热交换器的冷媒进口之间连接有循环管道，循环管道上设有循环机，所述混合气输出管路的出口连接在热交换器和循环机之间的循环管道上，所述进气调节管路的进口端连接在热交换器和混合器输出管路出口之间的循环管道上，所述进气调节管路的出口连接在热交换器和冷却分离器之间的管道上；所述热交换器的冷媒出口通过管道和氨反应器的进口连通，热交换器的热媒进口和热媒出口分别与余热回收装置的出口和冷却分离器的进口连接。10.根据权利要求6所述的柔性控制的绿色能源制氨方法，其特征在于：所述循环机与绿色能源模块连接，绿色能源模块向循环机供电。

技术总结
本发明公开了一种柔性控制的绿色能源制氨系统及绿色能源制氨方法，本发明采用柔性控制的绿色能源制氨工艺，将光伏能源和风力能源作为绿色能源一次耦合，将绿色能源的高频率、宽波幅进行调峰填谷；通过储氢和储电二次耦合，结合设定的参数进行一连串的控制、调节，确保绿色能源制氨装置负荷在规定时间内降低负荷或者增加负荷，做到一种柔性负荷调整，将装置控制在规定的指标内运行。本发明采用提前预警和流量调节相结合，能够有效降低光伏发电和风能发电过程中产生的高频率、宽波幅波动对绿色能源制氨过程的影响，实现低频率、微波幅的线性关系，保证绿色能源制氨柔性调节，从而降低绿色能源的高波峰波谷、高频率波动对装置平稳运行带来的影响。稳运行带来的影响。稳运行带来的影响。


技术研发人员：潘月松 袁慕康 刘祖光 刘燕
受保护的技术使用者：南京凯普索工程有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/9/13