[发明专利]一种基于化学链反应制备氨气的方法

说明书

本发明提供了一种基于化学链反应制备氨气的方法。该方法主要是使用氮化铝作为载氮体，通过碳热还原法将氧化铝、活性炭源及相应的催化剂氟化钙以摩尔质量1:3:0.2均匀混合置于吸氮反应气中，温度升至1200‑1800℃，通入氮气，生成氮化铝和合成气，经旋风分离器分离后的合成气从上端排除，氮化铝与催化剂混合进入释氮反应气，温度维持900‑1200℃，通入水蒸气，使之与氮化铝的反应制备氨气和氧化铝，经旋风分离器分离可得到高纯度氨气，分离后的氧化铝进入吸氮反应器，循环利用。该方法氨气制备效率高，设备简单，是投资和能耗较低的一种优化方案。

技术领域

本发明涉及一种基于化学链反应制备氨气的制备方法，属于化学链反应能源化应用技术领域。

背景技术

温室效应及其带来的影响已日益成为全世界关注的焦点。其中，以CO₂为主的温室气体的大量排放是造成温室效应不断加剧的主要原因。造成CO₂大量排放的主要原因是含碳燃料的大量燃烧，随着我国经济的高速发展，能源消耗量还会继续增加，作为一个负责任的大国，我国将面临更大的国际压力。因此，积极探索寻找清洁能源迫在眉睫。

氨气，其载氢能力仅次于甲烷，但氨气的燃烧反应为：

NH₃+O₂＝N₂+H₂O

生成对环境毫无污染的氮气和水，此外，氨气也可大规模应用于各种燃料电池，因此，氨气可作为新一代清洁能源，其制备技术可作为清洁含能燃料开发技术大力发展。

当前，有关氨气制备的技术层出不穷，包括空气中的氮气加氢，天然气制氨，重质油制氨，煤(焦炭)制氨，其原理都是将含能燃料中的氢气提取出之后再进一步与氮气在高温高压下经哈勃法转化成氨气，制备工艺复杂，能耗高，制备效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于化学链反应制备氨气的方法。该方法利用载氮体在吸氮-释氮反应过程中实现N的转移，完成气固燃料化学能的转化，该方法操作简单，制氨效率高，载氮体性能结构稳定、不易失活、对设备腐蚀小、具有一定的机械强度、循环利用率高、费用低廉。

本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种化学链反应制备氨气的方法，包括：

吸氮反应阶段：氮化铝作为载氮体，和活性炭源及催化剂I均匀混合置于吸氮反应器中，通入氮气，温度升至1200-1800℃左右，生成合成气和氮化铝；

上述反应结束后，合成气排出，生成氮化铝与催化剂Ⅱ混合进入释氮反应器进行下阶段反应；

释氮反应阶段：在900-1200℃左右下，释氮反应器内的氮化铝与催化剂Ⅱ，与通入的水蒸气，生成氨气和氧化铝；

经旋风分离器分离，将分离后的氧化铝进入吸氮反应器，循环利用，具体反应如下式所示：

吸氮反应：

释氮反应：2AlN+3H₂O↑————→Al₂O₃+2NH₃↑；

进一步的，吸氮-释氮过程均采用的反应器为鼓泡床，循环床或输运床。

进一步的，活性炭源为煤、煤半焦、生物质半焦、煤质活性炭、生物质活性炭、甲烷等还原性能力强的活性炭源。

进一步的，在吸氮反应中，所述的催化剂I为氟化钙，在释氮反应气中所用催化剂Ⅱ为氧化铁。

进一步的，催化剂I氟化钙与氧化铝、活性炭源的摩尔质量比为0.2:1:3。