CN117566761B - 一种soec制氢合成绿氨的低能耗系统及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统及运行方法，其中，一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统，包括固体氧化物电解池、第一热交换器、合成气压缩机、氨合成塔和热量利用系统；其中热量利用系统包括沿着NH3输送方向依次设置在NH3管路上的多级换热器，以及连接在多级换热器上的第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路；水通过NH3管路上最后一级换热器与NH3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路，一路通过第一水蒸气输送管路输送到第一热交换器换热；另一路通过第二水蒸气输送管路输送到剩余的换热器进行换热后与第一热交换器中换热后的水蒸气混合输入到第二加热器中。本发明通过SOEC与氨合成过程产生能量耦合，大大降低了能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及氢氨合成技术领域，具体涉及一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统及运行方法。
背景技术
氢气在众多清洁能源中，因燃烧热值高，燃烧产物无污染，被认为是最理想的清洁能源之一。虽然氢能源拥有诸多优点、但受制于技术条件的不成熟，难以储运和消纳。氨由于具有能量密度高、燃烧过程无碳排放、产业基础成熟等特点，被认为是一种重要的储运和消纳氢能源的载体。利用风电、光伏等可再生能源电力资源电解制得氢气后再合成绿氨，可实现生产-储运-利用全链条的零碳排放。
固体氧化物电解池(SOEC)是一种高效能量转化装置，是反向运行的固体氧化物燃料电池。其通过在高温下(通常500℃～1100℃)的电化学反应过程，可将如H2O、CO2等原料转化为可以直接利用的化石能源。SOEC电解技术转换效率高，在利用H2O转化制氢领域，其转换效率远高于碱性电解槽、PEM电解槽，理论转换效率可达100％。
绿氨合成反应是一种放热反应，在反应过程中需要消耗大量H2，传统的电解制氢设备(如碱性电解槽、PEM电解槽等)转换效率低，为保证H2稳定供应，往往需要配置多台设备，增加投资成本。若采用SOEC，其虽然能满足转换效率，但其转化过程需要维持较高的反应温度，气体循环一般需要经过两级加热，需要较高的外界能量消耗，在绿氢制取过程中，如果这部分能耗全部由可再生能源提供，将会增加较大的投资成本。
现有SOEC制氢合成氨相类似的专利创新点，所解决的问题是SOEC过程热能的利用，未涉及氨合成过程中所产生的热量与SOEC所需热量的综合利用，将造成大量的能量浪费。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于解决SOEC过程热能的利用问题，从而提供能够解决上述问题，进而减少能耗、降低成本的一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统及运行方法。
一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统，包括：
固体氧化物电解池，包括SOEC燃料电池，设置在SOEC燃料电池上的阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口，设置在阳极入口上的第一加热器，设置在阴极入口上的第二加热器；
第一热交换器，用于将SOEC阴极出口的气体与通入第二加热器的水蒸气换热后分离成H2和H2O；
合成气压缩机，用于将第一热交换器分离的H2与N2、NH3循环气按比例混合并提升至反应压力获得合成气；
氨合成塔，用于将换热后的合成气合成NH3，并通过NH3管路输出；
热量利用系统，包括沿着NH3输送方向依次设置在NH3管路上的多级换热器，以及连接在多级换热器上的第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路；界外来水通过NH3管路上最后一级换热器与NH3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路分别通过第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路输出；第一水蒸气输送管路的输出口与第一热交换器上的水蒸气入口连通；第二水蒸气输送管路将水蒸汽依次与剩余的NH3管路上的换热器换热后与第一热交换器中换热后的水蒸气混合输入到第二加热器中。
所述多级换热器为三级，沿着NH3输送方向依次为一级换热器、二级换热器和三级换热器；所述三级换热器上连通有为其提供水的混合水箱；所述三级换热器出口连通的第二水蒸气输送管路依次与二级换热器和一级换热器连通后与第二加热器的入口连通。
本发明还包括设置在合成气压缩机和氨合成塔之间的第二热交换器，所述第二热交换器用于将阳极出口的气体与合成气进行换热；
所述阳极出口的气体通过第一混合气管路输送到第二热交换器与合成气换热后，再通过第二混合气管路输送到O2分离工序；
和/或，所述合成气压缩机的合成气通过入塔管路输送到第二热交换器中进行换热；换热后的合成气分别通过催化剂预热管路、调节气管路和主进气管路输入到氨合成塔中。
所述催化剂预热管路上设置有加热装置，优选的，所述加热装置为开工炉；
和/或，所述调节气管路为三路。
通入阳极入口的空气先通过空气输送管路输入到第二热交换器中与阳极出口的气体进行换热后再进入第一加热器中加热。
所述合成气压缩机中输入的N2经过空分制N2装置获得；
和/或，所述合成气压缩机中的NH3循环气通过NH3循环管路输入，所述NH3循环管路的入口与NH3管路的尾端连通；
和/或，所述第一加热器和第二加热器所用的能源为可再生能源。
一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗运行方法，包括：
氨合成：将绿氨的合成原料H2和N2按照合成比例输入到合成气压缩机中获得合成气，合成气进入氨合成塔进行合成并通过NH3管路输出；合成原料H2来源于固体氧化物电解池的阴极出口排出的经过第一热交换器分离得到的H2；
热量利用：氨合成塔合成的氨气通过沿着NH3输送方向依次设置的多级换热器与水换热后形成水蒸汽和液态氨；多级换热器的换热过程为：水通过最后一级换热器与NH3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路，一路依次与其余换热器换热后进入到固体氧化物电解池的第二加热器中进行加热，然后通过固体氧化物电解池的阴极入口进入到SOEC燃料电池中反应；另一路则通过第一热交换器与固体氧化物电解池的阴极出口的气体进行换热后与一路换热后的蒸汽一同进入到第二加热器中进行加热。
所述合成气压缩机中获得的合成气先通过第二热交换器与固体氧化物电解池的阳极出口排出的气体换热后，再输入到氨合成塔中进行反应；
和/或，通过第一加热器加热后输入阳极入口的空气，其在进行第一加热器加热之前还与阳极出口排出的气体通过第二热交换器进行换热；
和/或，NH3管路中经过多级换热器换热的NH3经过氨冷器冷却后分离得到液态氨和NH3循环气，所述NH3循环气通过NH3循环管路输入到合成气压缩机中。
合成气进入氨合成塔进行合成的过程为：首先将合成气加热后进入氨合成塔中将氨合成塔的催化剂预热至起活温度360℃～400℃，然后再在氨合成塔中通入反应温度的合成气进行反应。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统，将SOEC所需的界外来水与氨合成出塔气进行多级换热，获得较高温度的过热蒸汽同时，也达到了氨冷的目的。本发明通过SOEC与氨合成过程产生了较佳的能量耦合，大大降低了能源消耗，同时减少了制氢所投入装置的数量，显著降低绿氨的合成成本。
2、本发明提供的一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统，进一步将SOEC燃料电池的阳极出口的混合气与进入氨合成塔前的合成气换热，使合成气获得一定预热温度，混合气温度进一步降低可用于输送到O2分离工序分离出O2。
3、本发明提供的一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统，电解水制氢合成绿氨过程所需能量，包括电堆电解耗能、进口水蒸气预热、压缩机等能量全部由电能提供时，采用公式计算能量转换效率η：η＝ΔHNH3/QE，其中ΔHNH3是NH3的燃烧热，ΔHNH3＝18610kJ/kg，QE是输入到系统的总电能，采用本发明系统运行的能量转化效率约为67.8％。对比不使用能量耦合利用的系统(即SOEC燃料电池和合成氨过程独立运行)，使用本系统合成绿氨时：如按每制取1吨氨需消耗2吨水计算，每吨氨可以实现约2.7～2.97×106KJ的能量节约。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：
1-第一加热器，2-第二加热器，3-空气输送管路，4-第二热交换器，5-开工炉，6-调节气管路，7-氨合成塔，8-主进气管路，9-一级换热器，10-二级换热器，11-三级换热器，12-氨冷器，13-混合水箱，14-第一热交换器，15-合成气压缩机，16-SOEC燃料电池，17-NH3循环管路，18-入塔管路，19-NH3管路，20-第一混合气管路，21-第二混合气管路。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统，如图1所示，包括：固体氧化物电解池、第一热交换器14、合成气压缩机15、氨合成塔7和热量利用系统。其中，固体氧化物电解池包括SOEC燃料电池16，设置在SOEC燃料电池16上的阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口，设置在阳极入口上的第一加热器1，设置在阴极入口上的第二加热器2；第一热交换器14用于将SOEC燃料电池16上阴极出口的气体与通入第二加热器2的水蒸气换热后分离成H2和H2O；合成气压缩机15用于将第一热交换器14分离的H2与N2、NH3循环气按比例混合并提升至反应压力获得合成气；氨合成塔7，用于将换热后的合成气合成NH3，并通过NH3管路19输出；热量利用系统，包括沿着NH3输送方向依次设置在NH3管路19上的多级换热器，以及连接在多级换热器上的第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路；水通过NH3管路19上最后一级换热器与NH3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路分别通过第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路输出；第一水蒸气输送管路的输出口与第一热交换器14上的水蒸气入口连通；所述第二水蒸气输送管路将输送的水蒸汽依次与剩余的NH3管路19上的换热器换热后与第一热交换器14中换热后的水蒸气混合输入到第二加热器2中。
本发明通过将SOEC燃料电池16所需的界外来水与氨合成出塔气进行多级换热，获得较高温度的过热蒸汽同时，也达到了氨冷的目的。本发明通过SOEC燃料电池16与氨合成过程产生了较佳的能量耦合，大大降低了能源消耗，同时减少了制氢所投入装置的数量，显著降低绿氨的合成成本。
作为其中一种设置方式，本发明中的所述多级换热器为三级，沿着NH3输送方向依次为一级换热器9、二级换热器10和三级换热器11；所述三级换热器11上连通有为其提供水的混合水箱13；所述三级换热器11出口连通的第二水蒸气输送管路依次与二级换热器10和一级换热器9连通后与第二加热器2的入口连通。
为了能更好的利用热能，本发明的低能耗系统中还包括设置在合成气压缩机15和氨合成塔7之间的第二热交换器4，所述第二热交换器4用于将阳极出口的气体与合成气进行换热。具体的，所述阳极出口的气体通过第一混合气管路20输送到第二热交换器4换热后，再通过第二混合气管路21输送到O2分离工序。所述合成气压缩机15的合成气通过入塔管路18输送到第二热交换器4中进行换热；换热后的合成气分别通过催化剂预热管路、调节气管路6和主进气管路8输入到氨合成塔7中。其中，所述催化剂预热管路上设置有加热装置，该加热装置优选为开工炉5；所述调节气管路6为三路，如图1所示。
为了进一步利用热能，通入阳极入口的空气先通过空气输送管路3输入到第二热交换器4中与阳极出口的气体进行换热后再进入第一加热器1中加热。
本发明中所述合成气压缩机15中输入的N2经过空分制N2装置获得；NH3循环气通过NH3循环管路17输入，所述NH3循环管路17的入口与NH3管路19的尾端连通；该合成气压缩机15的H2来源于固体氧化物电解池的阴极出口排出的经过第一热交换器14分离得到的H2。
本发明中所述第一加热器1和第二加热器2所用的能源为可再生能源，例如：风电、太阳能电等。
利用本发明上述一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统进行低能耗运行方法，主要包括如下过程：
氨合成：将绿氨的合成原料H2和N2按照合成比例输入到合成气压缩机15中获得合成气，合成气进入氨合成塔7进行合成并通过NH3管路19输出；其中绿氨的合成原料H2和N2的合成比例为3：1，氨合成塔7中合成温度大约为200℃，合成后氨气的出塔温度一般在430～460℃左右。
热量利用：氨合成塔7合成的氨气通过沿着NH3输送方向依次设置的多级换热器与水换热后形成水蒸汽和液态氨；多级换热器的换热过程为：水通过最后一级换热器与NH3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路，一路依次与其余换热器换热后进入到固体氧化物电解池的第二加热器2中进行加热，然后通过固体氧化物电解池的阴极入口进入到SOEC燃料电池16中反应；另一路则通过第一热交换器14与固体氧化物电解池的阴极出口的气体进行换热后与一路换热后的蒸汽一同进入到第二加热器2中进行加热。
为了进一步有效利用热量，还包括如下步骤：
所述合成气压缩机15中获得的合成气先通过第二热交换器4与固体氧化物电解池的阳极出口排出的气体换热后，再输入到氨合成塔7中进行反应；具体的合成气进入氨合成塔7进行合成的过程为：首先将合成气加热后进入氨合成塔7中将氨合成塔7的催化剂预热至起活温度360℃～400℃，然后再在氨合成塔7中通入反应温度的合成气进行反应。通过第一加热器1加热后输入阳极入口的空气，其在进行第一加热器1加热之前还与阳极出口排出的气体通过第二热交换器4进行换热；NH3管路19中经过多级换热器换热的NH3经过氨冷器12冷却后分离得到液态氨和NH3循环气，所述NH3循环气通过NH3循环管路17输入到合成气压缩机15中。
实施例2
本实施例提供了一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗运行方法的具体实施过程，具体如下：
固体氧化物电解池开机程序启动之前，经开工炉5进入氨合成塔7的调节气管路6开路，主进气管路8和其余3路调节气管路6闭路，启动空分制N2装置，并不启动合成气压缩机15，将获得的N2进入开工炉5加热后进入氨合成塔7，将氨合成塔7催化剂预热至起活温度360℃～400℃，达到预定温度后，关闭开工炉5及所连接的进气段，打开主进气管路8和其余3路调节气管路6。检测三级换热器11温度，当温度达到200℃时，启动热量利用系统的阀门。来自界外的常温H2O则进入混合水箱13中，通过将混合水箱13中的水输入到三级换热器11中换热后形成水蒸汽，水蒸汽依次经过二级换热器10和一级换热器9后，再经第二加热器加热后达到500℃～1100℃预热温度，达到预热温度的水蒸汽进入SOEC燃料电池16的阴极入口，此时水蒸汽已预热至固体氧化物电解池的反应温度，SOEC燃料电池16不加电解电压。同时，SOEC燃料电池16的阳极入口通入经第一加热器1加热至500℃～1100℃预热温度的空气，此时空气已预热至固体氧化物电解池的反应温度；如此完成固体氧化物电解池的开启前准备工作。
固体氧化物电解池开机启动程序完成后，对SOEC燃料电池16施加电解电压，维持电压1.35V，电流密度0.8A/cm2。当SOEC燃料电池16工作温度在600℃时，此时将有50％的水蒸气转化为H2，从阴极出口经第一热交换器14后分离获得H2，此时H2纯度达到99.99％。50％的水蒸汽冷凝下来进入混合水箱13与界外来H2O混合，此时混合水箱13的温度将达到72℃左右。经空分制N2装置获得N2，此时N2纯度大于99.9％，控制N2流量与H2流量比为1:3，进入合成气压缩机15，经过第二热交换器4与阳极出口的气体换热，换热后混合气温度达到175～185℃，并分为主进气管路8和三路调节气管路6进入氨合成塔7进行氨合成反应，该反应过程为放热反应，出塔温度达440～480℃，出塔气依次经过NH3管路19上的一级换热器9、二级换热器10、三级换热器11与混合水箱13来水进行多级换热，后经氨冷器12及后续工序获得液NH3，氨冷过程产生的未反应完全的NH3循环气经过NH3循环管路17进入下一循环。
混合水箱13内的水经三级换热器11换热后分为两路，一路经第一热交换器14换热，另一路依次经过二级换热器10和一级换热器9均已变为过热蒸汽并发生混合，混合温度360℃～380℃，经第二加热器2加热至600℃进入阴极入口，进入H2制取工序。
实施例3
本实施例提供了一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗运行方法的具体实施过程，与实施例2的区别在于，SOEC燃料电池的工作温度不同，具体如下：
固体氧化物电解池开机启动程序完成后，对SOEC燃料电池16施加电解电压，维持电压1.35V，电流密度0.8A/cm2。SOEC燃料电池16工作温度在800℃时，此时将有70％的水蒸气转化为H2，从阴极出口经第一热交换器14后分离获得H2，此时H2纯度达到99.99％。30％的水蒸汽冷凝下来进入混合水箱13与界外来H2O混合，此时混合水箱13的温度将达到53℃左右。经空分制N2装置获得N2，此时N2纯度大于99.9％，控制N2流量与H2流量比为1:3，进入合成气压缩机15，经过第二热交换器4与阳极出口的气体换热，换热后混合气温度达到190～195℃，并分为主进气管路8和三路调节气管路6进入氨合成塔7进行氨合成反应，该反应过程为放热反应，出塔温度达460～490℃，出塔气依次经过NH3管路19上的一级换热器9、二级换热器10、三级换热器11与混合水箱13来水进行多级换热，后经氨冷器12及后续工序获得液NH3，氨冷过程产生的未反应完全的NH3循环气经过NH3循环管路17进入下一循环。
混合水箱13内的水经三级换热器11换热后分为两路，一路经第一热交换器14换热，另一路依次经过二级换热器10和一级换热器9均已变为过热蒸汽并发生混合，混合温度350℃～370℃，经第二加热器2加热至800℃进入阴极入口，进入H2制取工序。
实施例4
本实施例提供了一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗运行方法的具体实施过程，与实施例2的区别在于，SOEC燃料电池的工作温度不同，具体如下：
固体氧化物电解池开机启动程序完成后，对SOEC燃料电池16施加电解电压，维持电压1.35V，电流密度0.8A/cm2。SOEC燃料电池16工作温度在900℃时，此时将有80％的水蒸气转化为H2，从阴极出口经第一热交换器14后分离获得H2，此时H2纯度达到99.99％。20％的水蒸汽冷凝下来进入混合水箱13与界外来H2O混合，此时混合水箱13的温度将达到45℃左右。经空分制N2装置获得N2，此时N2纯度大于99.9％，控制N2流量与H2流量比为1:3，进入合成气压缩机15，经过第二热交换器4与阳极出口的气体换热，换热后混合气温度达到193～196℃，并分为主进气管路8和三路调节气管路6进入氨合成塔7进行氨合成反应，该反应过程为放热反应，出塔温度达463～495℃，出塔气依次经过NH3管路19上的一级换热器9、二级换热器10、三级换热器11与混合水箱13来水进行多级换热，后经氨冷器12及后续工序获得液NH3，氨冷过程产生的未反应完全的NH3循环气经过NH3循环管路17进入下一循环。
混合水箱13内的水经过三级换热器11换热后分为两路，一路经第一热交换器14换热，另一路依次经过二级换热器10和一级换热器9均已变为过热蒸汽并发生混合，混合温度350℃～375℃，经第二加热器2加热至900℃进入阴极入口，进入H2制取工序。
本发明电解水制氢合成绿氨过程所需能量，包括电堆电解耗能、进口水蒸气预热、压缩机等能量全部由电能提供时，采用公式计算能量转换效率η：η＝ΔHNH3/QE，其中ΔHNH3是NH3的燃烧热，ΔHNH3＝18610kJ/kg，QE是输入到系统的总电能，采用本发明系统运行的能量转化效率约为67.8％。对比不使用能量耦合利用的系统(即SOEC燃料电池和合成氨过程独立运行)，使用本系统合成绿氨时：如按每制取1吨氨需消耗2吨水计算，每吨氨可以实现约2.7～2.97×106KJ的能量节约。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗系统，其特征在于，包括：
固体氧化物电解池，包括SOEC燃料电池（16），设置在SOEC燃料电池（16）上的阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口，设置在阳极入口上的第一加热器（1），设置在阴极入口上的第二加热器（2）；
第一热交换器（14），用于将SOEC阴极出口的气体与通入第二加热器（2）的水蒸气换热后分离成H2和H2O；
合成气压缩机（15），用于将第一热交换器（14）分离的H2与N2、NH3循环气按比例混合并提升至反应压力获得合成气；
氨合成塔（7），用于将换热后的合成气合成NH3，并通过NH3管路（19）输出；
热量利用系统，包括沿着NH3输送方向依次设置在NH3管路（19）上的多级换热器，以及连接在多级换热器上的第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路；界外来水通过NH3管路（19）上最后一级换热器与NH3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路分别通过第一水蒸气输送管路和第二水蒸气输送管路输出；第一水蒸气输送管路的输出口与第一热交换器（14）上的水蒸气入口连通；第二水蒸气输送管路将水蒸汽依次与剩余的NH3管路（19）上的换热器换热后与第一热交换器（14）中换热后的水蒸气混合输入到第二加热器（2）中。
2.根据权利要求1所述的低能耗系统，其特征在于，所述多级换热器为三级，沿着NH3输送方向依次为一级换热器（9）、二级换热器（10）和三级换热器（11）；所述三级换热器（11）上连通有为其提供水的混合水箱（13）；所述三级换热器（11）出口连通的第二水蒸气输送管路依次与二级换热器（10）和一级换热器（9）连通后与第二加热器（2）的入口连通。
3.根据权利要求1所述的低能耗系统，其特征在于，还包括设置在合成气压缩机（15）和氨合成塔（7）之间的第二热交换器（4），所述第二热交换器（4）用于将阳极出口的气体与合成气进行换热。
4.根据权利要求3所述的低能耗系统，其特征在于，所述阳极出口的气体通过第一混合气管路（20）输送到第二热交换器（4）与合成气换热后，再通过第二混合气管路（21）输送到O2分离工序；
和/或，所述合成气压缩机（15）的合成气通过入塔管路（18）输送到第二热交换器（4）中进行换热；换热后的合成气分别通过催化剂预热管路、调节气管路（6）和主进气管路（8）输入到氨合成塔（7）中。
5.根据权利要求4所述的低能耗系统，其特征在于，所述催化剂预热管路上设置有加热装置，所述加热装置为开工炉（5）；
和/或，所述调节气管路（6）为三路。
6.根据权利要求3-5任一项所述的低能耗系统，其特征在于，
通入阳极入口的空气先通过空气输送管路（3）输入到第二热交换器（4）中与阳极出口的气体进行换热后再进入第一加热器（1）中加热。
7.根据权利要求1-5任一项所述的低能耗系统，其特征在于，所述合成气压缩机（15）中输入的N2经过空分制N2装置获得；
和/或，所述合成气压缩机（15）中的NH3循环气通过NH3循环管路（17）输入，所述NH3循环管路（17）的入口与NH3管路（19）的尾端连通；
和/或，所述第一加热器（1）和第二加热器（2）所用的能源为可再生能源。
8.基于权利要求1-7任一项所述的低能耗系统的一种SOEC制氢合成绿氨的低能耗运行方法，其特征在于，包括：
氨合成：将绿氨的合成原料H2和N2按照合成比例输入到合成气压缩机（15）中获得合成气，合成气进入氨合成塔（7）进行合成并通过NH3管路（19）输出；合成原料H2来源于固体氧化物电解池的阴极出口排出的经过第一热交换器（14）分离得到的H2；
热量利用：氨合成塔（7）合成的氨气通过沿着NH3输送方向依次设置的多级换热器与水换热后形成水蒸汽和液态氨；多级换热器的换热过程为：水通过最后一级换热器与NH3换热后获得水蒸气，水蒸气分为两路，一路依次与其余换热器换热后进入到固体氧化物电解池的第二加热器（2）中进行加热，然后通过固体氧化物电解池的阴极入口进入到SOEC燃料电池（16）中反应；另一路则通过第一热交换器（14）与固体氧化物电解池的阴极出口的气体进行换热后与一路换热后的蒸汽一同进入到第二加热器（2）中进行加热。
9.根据权利要求8所述的低能耗运行方法，其特征在于，所述合成气压缩机（15）中获得的合成气先通过第二热交换器（4）与固体氧化物电解池的阳极出口排出的气体换热后，再输入到氨合成塔（7）中进行反应；
和/或，通过第一加热器（1）加热后输入阳极入口的空气，其在进行第一加热器（1）加热之前还与阳极出口排出的气体通过第二热交换器（4）进行换热；
和/或，NH3管路（19）中经过多级换热器换热的NH3经过氨冷器（12）冷却后分离得到液态氨和NH3循环气，所述NH3循环气通过NH3循环管路（17）输入到合成气压缩机（15）中。
10.根据权利要求8或9所述的低能耗运行方法，其特征在于，合成气进入氨合成塔（7）进行合成的过程为：首先将合成气加热后进入氨合成塔（7）中将氨合成塔（7）的催化剂预热至起活温度360℃～400℃，然后再在氨合成塔（7）中通入反应温度的合成气进行反应。
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