本發(fā)明公開了一種含碳能源?空氣?水聯(lián)產(chǎn)氨氫、二氧化碳和氮?dú)獾姆椒āＴ摲椒ǎ钥諝饣虻獨(dú)鉃榈础⑺疄闅湓础⒑寄茉礊檩斎肽芰俊⒔饘倩驈?fù)合金屬基材料為循環(huán)固相介質(zhì)，通過金屬或復(fù)合金屬基材料氮化反應(yīng)制取金屬氮化物和氮?dú)猓M(jìn)一步通過水解金屬氮化物反應(yīng)制取氨/氫，并輔以含碳能量輸入還原前一步水解反應(yīng)產(chǎn)生的金屬氧化物，實(shí)現(xiàn)含碳能源?空氣?水聯(lián)產(chǎn)氨氫、二氧化碳和氮?dú)狻１景l(fā)明提出的含碳能源?空氣?水聯(lián)產(chǎn)氨氫、純凈二氧化碳和氮?dú)獾姆椒ǎ瑢?shí)現(xiàn)含碳能源的高效分級轉(zhuǎn)化和能量梯級利用、低能耗的有效產(chǎn)物分離與定向利用、多種化工產(chǎn)品、以及條件溫和的反應(yīng)熱力學(xué)平衡移動條件。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于能源、化工、環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含碳能源-空氣-水聯(lián)產(chǎn)氨氫、二氧化碳和氮?dú)獾姆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

當(dāng)今世界大規(guī)模能源供給以含碳一次能源為主，我國又以高含碳的煤為重，嚴(yán)峻的碳減排形勢推動了煤的低碳可持續(xù)和清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展；同時，高度重視發(fā)展對碳減排有重要作用的可再生能源，但其時空分布不穩(wěn)定和失調(diào)造成并網(wǎng)壓力，時有棄風(fēng)光電和生物質(zhì)能資源的情況。能源供給和利用的共性問題推動我國向多能供給、低碳可持續(xù)、清潔高效、智能互聯(lián)的新能源體系轉(zhuǎn)換，該體系重要組成是新儲能載體，需要滿足清潔低碳、可規(guī)模化生產(chǎn)存儲、不受自然條件約束、安全輸配、方便客戶端利用等要求。目前新興儲能技術(shù)，或受限于存儲容量和能量密度、或依賴于自然和地理?xiàng)l件、或局限于可再生能源供給等，與理想儲能技術(shù)的要求尚存差距。

氨作為一種氫載體有可能成為變革型清潔能源存儲技術(shù)之一。其突出特點(diǎn)是可大規(guī)模化生產(chǎn)，成本低于等熱值氫和汽油，使用時近零排放，有適宜能量密度，常溫常壓下呈液相易儲運(yùn)，可直接利用現(xiàn)有供給網(wǎng)點(diǎn)供給分布或移動能源，因而有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)競爭力。發(fā)展制氨新途徑，不僅凸顯氨能的戰(zhàn)略地位和經(jīng)濟(jì)效益，還可推動與國民經(jīng)濟(jì)緊密相關(guān)的化工、農(nóng)業(yè)和軍工等行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，因而成就電網(wǎng)、風(fēng)光發(fā)電、煤化工等相關(guān)領(lǐng)域低碳可持續(xù)、高效清潔、智能互聯(lián)轉(zhuǎn)型發(fā)展。大力發(fā)展“氨”能儲能產(chǎn)業(yè)必將增加氨產(chǎn)能需求，技術(shù)上需要革新流程復(fù)雜、能耗高、條件苛刻的傳統(tǒng)哈珀法合成氨工藝。

化學(xué)鏈合成氨技術(shù)提供是革新的合成氨技術(shù)。化學(xué)鏈技術(shù)本身可實(shí)現(xiàn)碳減排下含碳能源的高效轉(zhuǎn)化，核心技術(shù)理念是變高能耗的氣氣分離(碳、氮)為工業(yè)成熟的低能耗氣固分離，變復(fù)雜苛刻的單步反應(yīng)為容易進(jìn)行的多步反應(yīng)，碳和污染物濃縮自發(fā)形成。前期化學(xué)鏈合成氨技術(shù)探索主要論證其熱力學(xué)和動力學(xué)的可行性，涉及眾多金屬，主要采用碳熱和太陽能聚光共同補(bǔ)熱。主要問題關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)差，如氨單程轉(zhuǎn)化率和過程能效，無法關(guān)聯(lián)“氨”儲能的大產(chǎn)能需求，忽視了針對性的反應(yīng)傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化和整體能效優(yōu)化；同時，氨合成過程對連續(xù)穩(wěn)定能量輸入有較高要求，波動的可再生風(fēng)光能源供給可能影響新合成氨路線的工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含碳能源-空氣-水聯(lián)產(chǎn)氨氫、二氧化碳和氮?dú)獾姆椒ǎ景l(fā)明以空氣為氮源、水為氫源、含碳能源為能量輸入、金屬或復(fù)合金屬基材料為循環(huán)固相介質(zhì)，將傳統(tǒng)苛刻條件下的一步合成氨催化反應(yīng)分解為氮化反應(yīng)和水解釋放氨/氫反應(yīng)兩步氣固非催化反應(yīng)，并輔以單立的第三步含碳能量輸入，共同組成偶聯(lián)的金屬基材料還原-氮化-水解釋放氨/氫的化學(xué)鏈循環(huán)，三種基礎(chǔ)原料分別供給三個反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)偶聯(lián)的碳、氮、氧分離操作，達(dá)到碳和污染物濃縮減排目的。