[发明专利]一种基于化学链反应的制氨方法及系统

说明书

本发明涉及基于化学链反应的制氨方法及系统，制氨方法中，氮气与固态金属发生氮化反应，生成固态氮化物载氮体，氢气与固态氮化物载氮体发生氨化反应，生成氨气和再生的固态金属。制氨系统包括氮化反应器和氨化反应器。氮化反应器供氮气与固态金属在其中发生氮化反应，生成固态氮化物载氮体。氨化反应器供氢气与氮化反应器生成的固态氮化物载氮体在其中发生氨化反应，生成氨气和再生的固态金属。本发明的制氨方法及系统相比于催化合成氨技术更简单。

技术领域

本发明涉及基于化学链反应的制氨方法及系统。

背景技术

氨是一种重要的、用途广泛的化工产品，在化肥、制冷、脱硝等领域具有广泛用途。全球60％以上的氨用于生产化肥，它不仅是一种最终产品，而且是一种重要的中间产品。氨的合成关乎粮食、水、空气和能源等诸多问题。1913年，Haber-Bosch发明催化合成氨技术，为目前应用最广泛的合成氨技术，即氮气和氢气在高温高压下催化反应，该过程由于低均衡转换环境压力，反应条件比较苛刻，具有制备工艺复杂，能耗高，制备效率低等缺点。此外，该过程需要使用高纯度的反应物，以避免催化剂失活，这进一步增加了制备成本和复杂性。考虑到制氨反应的环境和能量成本，发展更可持续和更经济的路线至关重要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种相比于催化合成氨技术更简单的基于化学链反应的制氨方法及系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种基于化学链反应的制氨方法，包括如下步骤：S1、氮气与固态金属发生氮化反应，生成固态氮化物载氮体；S2、氢气与固态氮化物载氮体发生氨化反应，生成氨气和再生的固态金属。

根据本发明，步骤S1中：氮气与固态金属在氮化移动床中发生氮化反应，反应条件为100-600℃且常压；步骤S2中：氢气与固态氮化物载氮体在氨化移动床中发生氨化反应，反应条件为100-500℃且常压。

根据本发明，固态金属为Li，Li与氮气在体积比6:1、温度小于等于300℃的条件下发生氮化反应，生成的固态氮化物载氮体为Li₃N，Li₃N与氢气在体积比2:3、温度小于等于300℃的条件下发生氨化反应，生成氨气和Li；或者固态金属为Mg，Mg与氮气在体积比3:1、温度小于等于300℃的条件下发生氮化反应，生成的固态氮化物载氮体为Mg₃N₂，Mg₃N₂与氢气在体积比1:3、温度小于等于500℃的条件下发生氨化反应，生成氨气和Mg；或者固态金属为Zn，Zn与氮气在体积比3:1、温度小于等于300℃的条件下发生氮化反应，生成的固态氮化物载氮体为Zn₃N₂，Zn₃N₂与氢气在体积比1:3、温度小于等于400℃的条件下发生氨化反应，生成氨气和Zn；或者固态金属为Mn，Mn与氮气在体积比3:1、温度小于等于400℃的条件下发生氮化反应，生成的固态氮化物载氮体为Mn₃N₂，Mn₃N₂与氢气在体积比1:3、温度小于等于500℃的条件下发生氨化反应，生成氨气和Mn；或者固态金属为Fe，Fe与氮气在体积比8:1、温度小于等于100℃的条件下发生氮化反应，生成的固态氮化物载氮体为Fe₂N和Fe₄N，Fe₂N和Fe₄N整体与氢气在体积比2:3、温度小于等于100℃的条件下发生氨化反应，生成氨气和Fe；或者固态金属为Mo，Mo与氮气在体积比2:1、温度小于等于150℃的条件下发生氮化反应，生成的固态氮化物载氮体为MoN，MoN与氢气在体积比2:3、温度小于等于125℃的条件下发生氨化反应，生成氨气和Mo。