[发明专利]自热氨裂化方法

说明书

本发明涉及用于从氨生产含有氮气和氢气的产物气体的方法，其包括以下步骤：用含有氧气的气体将氨非催化地部分氧化成含有氮气、水、一定量的氮氧化物和残余量的氨的工艺气体；通过与含镍催化剂接触，将工艺气体中至少一部分残余量的氨裂化为氢气和氮气，同时通过使工艺气体与含镍催化剂接触而与在工艺气体的裂化过程中形成的一部分氢气反应，将所述一定量的氮氧化物还原为氮气和水；以及取出含有氢气和氮气的产物气体。

本发明涉及含有氮气和氢气的气体的生产。更具体地，本发明提供了一种用于生产这种气体的方法，该方法通过以下顺序进行：用含氧气体使气态氨进行非催化的部分氧化，并使部分氧化的工艺气体中含有的残余量的氨裂化为氮气和氢气产物气体。

液氨是用于产生氢气的重要来源或重要的能量载体，特别是用于在很少有或根本没有燃料源的地区产生电力。作为能量载体，液氨还可以充当一种源，以使诸如风能、太阳能和水力发电的可再生能源技术的发电量波动均匀化。氨作为能量载体的优点在于，与例如天然气或氢气相比，液氨更易于运输和存储。

为了适合用作发电的燃料，需要将氨裂化为由氢气和氮气组成的气体混合物。

在氨裂化过程中，气态氨在可逆反应中离解为氢气和氮气的混合物：

该反应是吸热的，需要热量来维持氨裂化反应。

已经发现，通过以下反应在氨的放热的非催化部分氧化中产生热量：

2NH₃+3/2O₂→N₂+3H₂O

该热量足以在随后进行氨的吸热的催化裂化时提供必要的热量。

还已经观察到，当通过与含镍催化剂接触而进行氨的裂化时，在部分氧化的气体中形成的氮氧化物被还原成氮气和水。氮氧化物通过在氨裂化反应期间形成的氢气被还原为无害的氮气和水，并且不需要用于去除裂化气体的氮氧化物的其他步骤。

另一个优点是，在根据本发明的方法不产生任何CO₂的意义上，该方法允许产生不含CO₂的氢气产物气体。如果将空气用作氧化剂，则少量CO₂会与空气一起添加至工艺中，但由于工艺反应不生成其他CO₂，因此会再次释放相同量的CO₂。

根据上述观察，本发明提供了一种用于从氨生产含有氮气和氢气的产物气体的方法，其包括以下步骤：

用含有氧气的气体将氨非催化地部分氧化成含有氮气、水、一定量的氮氧化物和残余量的氨的工艺气体；

通过与含镍催化剂接触，将工艺气体中至少一部分残余量的氨裂化为氢气和氮气，同时通过使工艺气体与含镍催化剂接触而与在工艺气体的裂化过程中形成的一部分氢气反应，将所述一定量的氮氧化物还原为氮气和水；以及

取出含有氢气和氮气的产物气体。

通过本发明的方法，通过使氮氧化物与含镍催化剂接触而与氢气反应，在非催化的部分氧化步骤中产生的氮氧化物的量下降超过80％、实际上高达100％，其受热力学平衡的限制。

在本发明的一个优选实施方案中，氨的非催化的部分氧化是通过在燃烧器中在低于化学计量的氧气存在下使气态氨燃烧来进行的。

在另一个优选的实施方案中，非催化的部分氧化步骤和裂化步骤在单个反应器容器中进行。由此，来自放热的部分氧化的反应热被最佳地保存用于进行吸热的氨裂化反应。

单个反应器容器优选地被配置为自热裂化反应器，其在反应器容器的入口侧具有燃烧器，并且在燃烧器的下游具有催化剂床，其类似于图2所示的已知的自热重整反应器。