本技術涉及電催化合成氨，尤其涉及一種應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)。

背景技術：

1、現(xiàn)有技術已經(jīng)能夠通過電催化裝置，在不同催化劑的催化條件下利用含硝酸根的廢水，將硝酸根催化合成氨，實現(xiàn)將廢水轉化為可利用的能源。然而，該技術目前只停留在實驗室階段，且在現(xiàn)有技術的流程中存在一些缺陷或可優(yōu)化的細節(jié)，例如整個催化系統(tǒng)的能量來源、系統(tǒng)的應用場景以及產(chǎn)物的利用方式等。舉例來說，中國實用新型專利cn117239191a中提到利用氫燃料電池為催化系統(tǒng)供能，但氫燃料在運輸中運輸成本高、壓縮密度大，具有很高的安全隱患。此外，在船舶上，電催化裝置合成的氨需要額外的儲存成本。

2、目前尚未有專門針對船舶場景下的電催化制氨裝置，因此，研制一種船用的電催化制氨系統(tǒng)對降低船舶洗滌廢水處理成本、減少環(huán)境污染具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術中提到的至少一個技術問題，本實用新型的目的在于提供一種應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，可以為船舶上應用電催化制氨裝置提供更安全綠色的能源的同時，降低污水處理和氨氣儲存的成本。

2、為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

3、第一方面，本實用新型實施例提供了一種應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，包括風光互補發(fā)電模塊、電催化制氨模塊和制冷模塊；

4、所述風光互補發(fā)電模塊，用于將風能和光能轉化為電能儲存起來，并向所述電催化制氨模塊供給電能；

5、所述電催化制氨模塊，用于在催化劑作用下，利用所述風光互補發(fā)電模塊產(chǎn)生的電能完成對船舶洗滌廢水中硝酸根的催化，得到氨；

6、所述制冷模塊，用于將所述電催化制氨模塊產(chǎn)生的氨作為循環(huán)劑，利用氨的蒸發(fā)吸熱使得所述制冷模塊具有制冷功能。

7、進一步的，所述電催化制氨模塊包括電催化制氨反應器，所述電催化制氨反應器包括陰極和陽極；

8、其中，制氨的總反應式為：no3-+2h2o→nh3+o2+oh-；

9、所述陰極的反應式為：no3-+8e-+h+→nh3+h2o(e0=0.88v)；

10、所述陽極的反應式為：5h2o→2o2+9h++8e-+oh-。

11、進一步的，所述電催化制氨模塊還包括第一收集單元、第二收集單元和氨氣導管；

12、所述第一收集單元中包含水，用于收集所述電催化制氨反應器產(chǎn)生的氨氣，得到第一濃度氨水；

13、所述氨氣導管連接在所述第一收集單元和所述第二收集單元之間，通過氬氣或氮氣吹掃所述第一收集單元中的所述第一濃度氨水，得到的氨氣通過所述氨氣導管傳輸?shù)剿龅诙占瘑卧?/p>

14、所述第二收集單元中包含水，用于將所述氨氣導管傳輸來的氨氣富集起來，得到第二濃度氨水；

15、其中，所述第二濃度氨水的濃度大于所述第一濃度氨水的濃度。

16、進一步的，所述制冷模塊包括溶液泵、發(fā)生器、冷凝器、減壓調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和吸收器；

17、所述溶液泵用于將所述第二收集單元中的第二濃度氨水泵入所述發(fā)生器；

18、所述發(fā)生器用于將所述第二濃度氨水加熱，得到氨蒸汽和第一濃度氨水，并將所述氨蒸汽輸送給所述冷凝器，將所述第一濃度氨水經(jīng)所述節(jié)流閥減壓后輸送至所述吸收器；

19、所述冷凝器用于將所述氨蒸汽定壓放熱凝結成高壓飽和液態(tài)氨，并輸送至所述減壓調(diào)節(jié)閥；

20、所述減壓調(diào)節(jié)閥用于將所述高壓飽和液態(tài)氨減壓降溫，形成濕蒸汽，并輸送給所述蒸發(fā)器；

21、所述蒸發(fā)器用于對所述濕蒸汽定壓吸熱，形成干蒸汽，并輸送給所述吸收器；

22、所述吸收器用于吸收所述蒸發(fā)器輸送來的干蒸汽和所述節(jié)流閥輸送來的第一濃度氨水，得到第二濃度氨水，所述第二濃度氨水被所述溶液泵再次泵入所述發(fā)生器，實現(xiàn)循環(huán)。

23、進一步的，所述將氨蒸汽定壓放熱凝結成高壓飽和液態(tài)氨的過程中，放出的熱量由冷卻水吸收并帶走。

24、進一步的，所述吸收所述蒸發(fā)器輸送來的干蒸汽和所述節(jié)流閥輸送來的第一濃度氨水得到第二濃度氨水的過程中，放出的熱量由冷卻水吸收并帶走。

25、進一步的，所述發(fā)生器的熱能來源為船舶發(fā)動機產(chǎn)生的余熱。

26、進一步的，所述催化劑為cu基催化劑。

27、進一步的，所述電催化制氨模塊中的催化劑表面采用納米材料覆蓋。

28、進一步的，所述風光互補發(fā)電模塊包括風力發(fā)電機、光伏發(fā)電板、電力電子電路和電池；

29、所述風力發(fā)電機用于將風能轉換為電能，所述光伏發(fā)電板用于將光能轉換為電能；

30、所述電力電子電路用于對所述風力發(fā)電機和所述光伏發(fā)電板產(chǎn)生的電能進行調(diào)控和分配，將多余的電能儲存到所述電池中。

31、與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是：

32、在為船舶上應用電催化制氨裝置提供更安全綠色的能源的同時，降低廢水處理和氨氣儲存的成本；將風光互補發(fā)電技術與電催化制氨技術有機結合，相對于傳統(tǒng)高溫高壓氨合成過程，本實用新型有效地減少了溫室氣體的排放，使得氨氣生產(chǎn)過程更環(huán)保，推動了氨氣產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)發(fā)展的方向邁進；另外，在處理船舶洗滌廢水、減少對環(huán)境污染的同時，將產(chǎn)物作為制冷模塊的制冷劑，可以提供較好的冷卻效果，以綠氨作為制冷劑的制冷模塊相比傳統(tǒng)的制冷方式更具環(huán)境友好性。

技術特征：

1.一種應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，包括風光互補發(fā)電模塊、電催化制氨模塊和制冷模塊；

2.根據(jù)權利要求1所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述電催化制氨模塊包括電催化制氨反應器，所述電催化制氨反應器包括陰極和陽極；

3.根據(jù)權利要求2所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述電催化制氨模塊還包括第一收集單元、第二收集單元和氨氣導管；

4.根據(jù)權利要求3所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷模塊包括溶液泵、發(fā)生器、冷凝器、減壓調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和吸收器；

5.根據(jù)權利要求4所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，在所述冷凝器將所述氨蒸汽定壓放熱凝結成高壓飽和液態(tài)氨，并輸送至所述減壓調(diào)節(jié)閥的過程中，所述氨蒸汽放出的熱量由冷卻水吸收并帶走。

6.根據(jù)權利要求4所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述吸收所述蒸發(fā)器輸送來的干蒸汽和所述節(jié)流閥輸送來的第一濃度氨水得到第二濃度氨水的過程中，放出的熱量由冷卻水吸收并帶走。

7.根據(jù)權利要求4所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)生器的熱能來源為船舶發(fā)動機產(chǎn)生的余熱。

8.根據(jù)權利要求1所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述催化劑為cu基催化劑。

9.根據(jù)權利要求8所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述電催化制氨模塊中的催化劑表面采用納米材料覆蓋。

10.根據(jù)權利要求1所述的應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述風光互補發(fā)電模塊包括風力發(fā)電機、光伏發(fā)電板、電力電子電路和電池；

技術總結
本技術公開了一種應用于船舶的風光互補電催化制氨和制冷系統(tǒng)，涉及電催化合成氨技術領域，在為船舶上應用電催化制氨裝置提供更安全綠色的能源的同時，降低廢水處理和氨氣儲存的成本；將風光互補發(fā)電技術與電催化制氨技術有機結合，相對于傳統(tǒng)高溫高壓氨合成過程，本技術有效地減少了溫室氣體的排放，使得氨氣生產(chǎn)過程更環(huán)保，推動了氨氣產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)發(fā)展的方向邁進；另外，在處理船舶洗滌廢水、減少對環(huán)境污染的同時，將產(chǎn)物作為制冷模塊的制冷劑，可以提供較好的冷卻效果，以綠氨作為制冷劑的制冷模塊相比傳統(tǒng)的制冷方式更具環(huán)境友好性。

技術研發(fā)人員：楊航,陳奕學,何季寧,王一杰,彭亞旗
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發(fā)日：20240407
技術公布日：2025/1/9