小型合成氨装置

在阿里巴巴（Alibaba）等中国市场上批发的现代光伏系统从瑞星能源有限公司（Rised ENERGY CO.，LTD.）获得的单晶结构的价格仅为每瓦0.18美元。20年内，退化率通常在15%左右，或每平方米0.8%左右。这意味着一个1千瓦的系统在20年后将产生其原始功率输出的84%。面板类型：275-280/330-335W多模块价格/瓦（USD）：0.28高，0.175低，平均0.185。350瓦面板的平均价格为每瓦18.5美分。第二个主要成本投入是DC/AC转换器。使用来自阿里巴巴的数据，对众多产品进行了抽样。最具成本竞争力的DC/AC整流器用于太阳能井用水泵。7.5千瓦机组的价格约为250美元，每千瓦价格为34美元。在我们的例子中，我们只需要一个DC-DC转换器，将电解槽的电压从面板峰值35降到12。DC/DC转换器的价格与DC/AC逆变器的价格大致相同。与面板模块成本的微小差异相比，平准化能源成本（LCOE）更多地取决于可用辐照度。苏格兰（880 kWh/kWp/yr）的太阳能电池板远不如智利（2300 kWh/kWp/yr）或拉斯维加斯（1900 kWh/kWp/yr）的太阳能电池板便宜。由于可以获得低成本的光伏能源，而无需平衡电网需求，因此不再需要存储，这为以低于甲烷重整价格生产超低成本氢气提供了可能性。氢本身实际上是无用的，它实际上没有作为燃料的用途，因此我们不得不转向氨。在氨在不久的将来开始作为低排放燃料使用之前，化肥市场是破坏的最大机会。农民不必为利润率高的主要生产商购买价格过高的氨，而可以自己生产，节省大量资金，并在短时间内支付工厂的资本支出。与催化合成专家普遍认为的相反，氨合成实际上很容易缩小到允许分布式生产的水平。1909年，哈伯最初使用小型工厂的锇催化剂每小时生产90克。使用光伏能源，年辐照度高的地区的农民可以满足他们所有的肥料需求，并使用低排放的氨燃料覆盖他们的农业设备推进。使用自主生产，根据年辐照度，回收时间可达到3年以下。由于反应器容器具有较高的表面积与体积比，因此，小型合成氨装置的效率较低，这仅仅是由于较高的传热。使用设计用于高温的岩棉隔热材料，导热系数为0.04 W/m-K，可将热损失降至最低，并将其降至工业规模水平。对于10 kg/hr的反应堆，释放7 kWh的热量，这种尺寸的反应堆的热通量大约为2瓦特，带有7“岩棉隔热层。因此，所需压缩能量的90%以上可以通过氨分子形成过程中产生的余热来满足。对于直径为3米的氨反应器容器，使用了100毫米的隔热材料。对于典型的大型电厂，这转化为0.22 kwh/m3反应堆体积热通量的可忽略不计的热通量。对于1 kg/ht NH3装置，热流密度为1.1 kwh/m3，在0.04 Wm-K条件下具有14”岩棉隔热层。合成氨装置实际上是一个非常简单的装置，合成氨反应器曾经是一项具有技术挑战性的工作，因为高温镍合金尚不可用。反应器由一个容器组成，容器中包含催化剂管，这些管内是一个卵石大小的粒状铁催化剂。在催化剂管的末端放置一个小筛网，以防止催化剂颗粒不必要的迁移。催化剂相对便宜，可使用5-10年。所使用的特定催化剂是辽宁海泰科技发展有限公司生产的HTA110-1-H预还原氨合成催化剂。该催化剂的成分是现代NH3合成的标准，由α-Fe组成，以Al2O3为载体，添加CaO和K2O助剂。这种催化剂的额定压力高达32兆帕，工作温度为530摄氏度。生产一个可行的小型合成氨装置的最大挑战之一是净化氧气。允许的最大氧气浓度为40 ppm，以尽量减少催化剂的临时中毒，理想的浓度为99.999%。使用碳分子筛，可获得90 Nm3-N2/吨的产率。对于3 Nm3/hr，假设输出密度为50 Nm3-N2/吨，则需要60 kg分子筛。氧气的最终浓度为百万分之十。碳分子筛的价格为8-10美元/千克。第二个挑战是合成气压缩。在大型工厂中，离心式压缩机占主导地位。在高流速下，边界层和叶尖损失最小，但当这些压缩机缩小时，这些损失增加，使往复式压缩机更具吸引力。Pochari Technologies使用一种新型低速液压压缩机，采用超低摩擦技术。由于工厂相对较小，压缩机的占地面积不是一个大问题，因此我们对压缩机进行了过大的尺寸设计，使其能够以较低的速度运行，从而实现低摩擦。当压缩机采用油润滑时，利用一个大的吸收模块来收集从活塞环逸出的大量多余的油残渣。77吨/年NH3电厂的财务可行性、规格和粗略成本细分：太阳能电池板：300千瓦/瓦，2030千瓦/千瓦时（加利福尼亚州兰开斯特）：$51000DC-DC升压变换器：$50/kw:$3500Douglas fir太阳能框架结构：$4700渗透水蒸馏：2 kWh/m3 15 LPH$100（$1500用于500 LPH）70 kw 8 MMW 38 kWh/kg 2 m2/kw$125/kw 15200 kg/年带纯镍电极的干电池HHO发电机：$16800尺寸适合峰值功率为75%的功率，可在高峰时段将功率密度提高25%，相当于168 kW，超大化140%，从而消除电池存储的需要。压缩能量：每千克氢气4 kWh热能，不足以覆盖3.5 kWh/kg压缩300 kg碳分子筛：$270010 kg Fe2O3/K2O/CaO催化剂hr 2700 kg/m3$950转换液压缸的低速线性气体压缩机：$2000反应器材料、铬镍铁合金管、绝缘材料等：$1500反应器体积：3.7L总计：$83150支付时间：2.15年总计总收入@$500/吨：$38500净收入：$355001第一年资本回报率（ROI）：42%的年度维护成本，主要是压缩机维护，包括压缩机活塞环的更换：3000美元