基于氨能源廣闊的發(fā)展前景,創(chuàng)新性地提出了一種高效、低耗能的化學(xué)鏈合成氨技術(shù),其特點(diǎn)是將傳統(tǒng)工業(yè)法合成氨技術(shù)分為氮化及氨化兩步反應(yīng),通過(guò)金屬氮化物在2個(gè)反應(yīng)器之間循環(huán)輸運(yùn)氮及熱量完成氨的合成�；贖SC Chemistry 6.0熱力學(xué)計(jì)算及TG-MS聯(lián)用技術(shù),分析了氮化和氨化過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,研究了載氮體種類(lèi)及反應(yīng)溫度對(duì)合成氨過(guò)程的影響。結(jié)果表明:Fe基、Mn基載氮體在氮化和氨化過(guò)程中表現(xiàn)出了明顯的差異,Fe基載氮體固氮效果較弱,但氨化過(guò)程性能良好;Mn基載氮體固氮性能突出,其氮化質(zhì)量增加量可以達(dá)到同樣反應(yīng)條件下Fe基載氮體質(zhì)量增加量的4.5～5倍,但氨化較為困難。將Fe基載氮體與Mn基載氮體按一定比例混合,2種載氮體的協(xié)同作用對(duì)化學(xué)鏈合成氨過(guò)程產(chǎn)生了重要的影響。 

【文章來(lái)源】：石油學(xué)報(bào)(石油加工). 2020,36(06)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

化學(xué)鏈合成氨原理示意圖

依據(jù)方案一所述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到的Fe基、Mn基載氮體的TG-MS曲線(xiàn)如圖2所示。由圖2(a)可知,Fe、Mn基載氮體在反應(yīng)過(guò)程中均存在2個(gè)明顯的質(zhì)量變化區(qū),分別為氮化階段(400～700 ℃,Zone 1)以及氨化階段(700 ℃恒溫段,Zone 2)。結(jié)合HSC Chemistry 6.0的計(jì)算結(jié)果可知,圖2(a)中Zone 1溫度段Mn基載氮體的質(zhì)量增加主要是因其與N2發(fā)生了氮化反應(yīng)(R5、R6、R7)。圖2(a)中Zone 2恒溫段為載氮體的氨化反應(yīng)過(guò)程(Fe基載氮體:R3、R4;Mn基載氮體:R8、R9、R10)。由于該過(guò)程存在多步基元反應(yīng),載氮體中的N首先與活性氫原子(H*)依次形成活性基團(tuán)NH*及NH2*附著在金屬氮化物表面,故在進(jìn)入Zone 2的前 40 min 內(nèi)Mn基載氮體和Fe基載氮體仍然呈現(xiàn)質(zhì)量增加的狀態(tài)[16]。而在氨化反應(yīng)開(kāi)始40 min后Fe基載氮體出現(xiàn)了明顯的質(zhì)量損失。

圖3為Fe基、Mn基載氮體氮化與氨化過(guò)程吉布斯自由能變化ΔG。由圖3(b)可知,Mn基載氮體在400～700 ℃內(nèi)反應(yīng)R5及R7的吉布斯自由能變化ΔG始終小于0,反應(yīng)極易發(fā)生,故Mn基載氮體具有良好的固氮性能,氮化過(guò)程結(jié)束時(shí)Mn基載氮體質(zhì)量增加可以達(dá)到相同反應(yīng)條件下Fe基載氮體質(zhì)量增加的5倍。圖4為Fe基、Mn基載氮體氮化與氨化過(guò)程化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)kp。由圖4(b)可知,Fe基載氮體在0～700 ℃的氨化反應(yīng)的反應(yīng)平衡常數(shù)始終在10-1～105的范圍內(nèi),遠(yuǎn)大于同溫度下Mn基載氮體氨化反應(yīng)的平衡常數(shù)(圖4(d)),說(shuō)明Fe-N之間的化學(xué)鍵較弱。在Fe基載氮體的氨化反應(yīng)過(guò)程中檢測(cè)到了NH3信號(hào)(圖2(b)),可以證明Fe基載氮體與H2反應(yīng)生成NH3是Zone 2恒溫段出現(xiàn)質(zhì)量損失的主要原因,故Fe基載氮體具有更好的氨化性能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]世界氫能儲(chǔ)運(yùn)研究開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)[J]. 羅承先.  中外能源. 2017(11)
[2]世界氫能發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)調(diào)研[J]. 王寒.  當(dāng)代化工. 2016(06)
[3]合成氨工業(yè)節(jié)能減排的分析[J]. 劉化章.  化工進(jìn)展. 2011(06)
[4]氨作為富氫載體和燃料的應(yīng)用[J]. 安恩科,楊霞,宋堯.  能源技術(shù). 2008(04)
[5]Mn-N相圖和金屬錳氮化[J]. 趙躍萍,張金柱,2徐楚韶.  鐵合金. 2001(05)



本文編號(hào)：3586385