[發明專利]一種基于化學鏈反應制備氨氣的方法

在審

• 申請號: 201611200636.6
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN108217687A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 吳燁;趙文文;高原;劉巖;劉冬;蔣波;溫成
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C01C1/02
• 分類號: C01C1/02;C01B3/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明提供了一種基于化學鏈反應制備氨氣的方法。該方法主要是使用氮化鋁作為載氮體，通過碳熱還原法將氧化鋁、活性炭源及相應的催化劑氟化鈣以摩爾質量1:3:0.2均勻混合置于吸氮反應氣中，溫度升至1200?1800℃，通入氮氣，生成氮化鋁和合成氣，經旋風分離器分離后的合成氣從上端排除，氮化鋁與催化劑混合進入釋氮反應氣，溫度維持900?1200℃，通入水蒸氣，使之與氮化鋁的反應制備氨氣和氧化鋁，經旋風分離器分離可得到高純度氨氣，分離后的氧化鋁進入吸氮反應器，循環利用。該方法氨氣制備效率高，設備簡單，是投資和能耗較低的一種優化方案。

技術領域

本發明涉及一種基于化學鏈反應制備氨氣的制備方法，屬于化學鏈反應能源化應用技術領域。

背景技術

溫室效應及其帶來的影響已日益成為全世界關注的焦點。其中，以CO₂為主的溫室氣體的大量排放是造成溫室效應不斷加劇的主要原因。造成CO₂大量排放的主要原因是含碳燃料的大量燃燒，隨著我國經濟的高速發展，能源消耗量還會繼續增加，作為一個負責任的大國，我國將面臨更大的國際壓力。因此，積極探索尋找清潔能源迫在眉睫。

氨氣，其載氫能力僅次于甲烷，但氨氣的燃燒反應為：

NH₃+O₂＝N₂+H₂O

生成對環境毫無污染的氮氣和水，此外，氨氣也可大規模應用于各種燃料電池，因此，氨氣可作為新一代清潔能源，其制備技術可作為清潔含能燃料開發技術大力發展。

當前，有關氨氣制備的技術層出不窮，包括空氣中的氮氣加氫，天然氣制氨，重質油制氨，煤(焦炭)制氨，其原理都是將含能燃料中的氫氣提取出之后再進一步與氮氣在高溫高壓下經哈勃法轉化成氨氣，制備工藝復雜，能耗高，制備效率低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于化學鏈反應制備氨氣的方法。該方法利用載氮體在吸氮-釋氮反應過程中實現N的轉移，完成氣固燃料化學能的轉化，該方法操作簡單，制氨效率高，載氮體性能結構穩定、不易失活、對設備腐蝕小、具有一定的機械強度、循環利用率高、費用低廉。

本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種化學鏈反應制備氨氣的方法，包括：

吸氮反應階段：氮化鋁作為載氮體，和活性炭源及催化劑I均勻混合置于吸氮反應器中，通入氮氣，溫度升至1200-1800℃左右，生成合成氣和氮化鋁；

上述反應結束后，合成氣排出，生成氮化鋁與催化劑Ⅱ混合進入釋氮反應器進行下階段反應；

釋氮反應階段：在900-1200℃左右下，釋氮反應器內的氮化鋁與催化劑Ⅱ，與通入的水蒸氣，生成氨氣和氧化鋁；

經旋風分離器分離，將分離后的氧化鋁進入吸氮反應器，循環利用，具體反應如下式所示：

吸氮反應：

釋氮反應：2AlN+3H₂O↑————→Al₂O₃+2NH₃↑；

進一步的，吸氮-釋氮過程均采用的反應器為鼓泡床，循環床或輸運床。

進一步的，活性炭源為煤、煤半焦、生物質半焦、煤質活性炭、生物質活性炭、甲烷等還原性能力強的活性炭源。

進一步的，在吸氮反應中，所述的催化劑I為氟化鈣，在釋氮反應氣中所用催化劑Ⅱ為氧化鐵。

進一步的，催化劑I氟化鈣與氧化鋁、活性炭源的摩爾質量比為0.2:1:3。