[发明专利]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，固态金属与氮气发生氮化反应，生成载氮体；载氮体和氢气发生氨化反应，生成氨气和再生的固态金属。制氨系统包括氮化流化床和氨化流化床；氮化流化床供固态金属与氮气在其中发生氮化反应，生成载氮体；氨化流化床供氮化流化床生成的载氮体和氢气在其中发生氨化反应，生成氨气和再生的固态金属。上述制氨方法和系统相比于哈勃法具有能耗低、成本低、制氨效率高、操作简单等优点，是一种高效且经济的制氨方法和系统。

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应用。氨气的燃烧反应为：4NH₃+3O₂＝2N₂+6H₂O生成对环境无污染的氮气和水，氨可以作为一种新的清洁能源，实现碳减排。

当前，有关制氨的技术有很多，包括天然气制氨，煤(焦碳)制氨，氮气加氢制氨等，其原理都是将提取后的氢气和氮气在高温高压催化剂的条件下经哈勃法转化成氨气，以上方法均存在制备工艺复杂、制备效率低和能耗高等缺点。

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：

本发明一方面提供一种基于化学链反应的制氨方法，包括如下步骤：S1、固态金属与氮气在氮化流化床中发生氮化反应，生成载氮体；S2、载氮体和氢气在氨化流化床中发生氨化反应，生成氨气和再生的固态金属。

根据本发明，步骤S1中：固态金属与氮气在100-600℃且常压下发生氮化反应；步骤S2中：所生成的载氮体与氢气在100-500℃且常压下发生氨化反应。

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。