[发明专利]用于选自含氮产品和经发酵及培养的产品的产品的生产系统和生产方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于选自含氮产品和经发酵及培养的产品的产品的生产系统和生产方法。

发明背景

氨具有广泛的各种用途，例如作为多种类型的含氮产品的原料，发酵和培养中的氮源，和pH调节剂。

作为氨的工业上的生产方法，通过Haber-Bosch方法的大规模生产方法是已知的。在Haber-Bosch方法中，含有氢和氮的源气体在400℃至600℃和20MPa至100MPa的高温、高压条件下使用双加氢铁催化剂(doubly promoted iron catalyst)反应以合成氨，所述双加氢铁催化剂通过将按重量计少量百分比的Al₂O₃和K₂O添加至Fe₃O₄获得，以合成氨。

除了用于Haber-Bosch方法的双加氢铁催化剂之外，已知作为氨合成催化剂的是使用钌，钴，锇，铼，镍等作为活性金属的催化剂。已知在它们之中，钌催化剂在低压条件下的氨合成中展现出极好的催化性能。例如，专利文献1和非专利文献2公开了其中含有氢和氮的源气体在低压条件下使用支持的金属催化剂反应，其中导电性钙铝石化合物支持活性金属如钌以合成氨。

氨的全球需求正在增加，且氨合成工厂倾向于扩大规模(例如非专利文献3)。

引用列表

专利文献

专利文献1：WO 2010/077658

非专利文献1："Ammonia synthesis by 12CaO·7Al₂O₃electride supporting ruthenium",Shokubai,Vol.55,No.4,239-245(2013)

非专利文献2："Ammonia synthesis using a stable electride as an electron donor and reversible hydrogen store",Nature Chemistry,2012,Vol.4,934-940(2012)

非专利文献3："Saishin Kogyo Shokubai Doko Dai 3-Kai Ammonia Gosei Shokubai",Kogyo Zairyo,Vol.60,No.10,82-86(2012)

发明概述

技术问题

通过大规模生产方法合成氨假定得到的氨是液化并储存的，并作为液氨运输至氨消耗点(氨相关产品的生产点)。除了氨合成本身的成本外，还需要与液氨的储存和运输相关的成本，且氨的价格往往在高位被套牢。

尽管认为与氨合成相关的操作成本可以通过采用在低压条件下使用钌催化剂的氨合成方法代替Haber-Bosch方法(其采用高温、高压条件)在一定程度上降低，对于与液氨的储存和运输相关的成本的降低没有贡献。

此外，在大规模生产方法中，其假定液氨的储存和运输，在氨消耗位点也需要液体氨的储存设备和维持设备。因此，在氨相关产品(例如，选自含氮产品和发酵及培养产品的产品)的生产中，与液氨的储存、运输和维持相关的外围成本倾向于增加。

本发明的一个目的是提供用于选自含氮产品和发酵及培养产品的产品的新生产系统和生产方法，其不涉及(或者能够最小化)液氨的运输。

问题的解决方案

本发明如下。

[1]一种选自含氮产品和发酵及培养的产品的产品的生产系统，所述生产系统包括：

氨合成装置，其中在支持的金属催化剂的存在下，通过含有氢和氮的源气体的反应合成含氨气体，所述支持的金属催化剂含有作为支持物的选自下组的一项或多项：

i)导电性钙铝石化合物；

ii)二维电子化合物或其前驱体；和

iii)支持物基质和由所述支持物基质支持的金属酰胺形成的复合物，所述支持物基质含有至少一种选自ZrO₂、TiO₂、CeO₂和MgO的金属氧化物，所述金属酰胺由式M(NH₂)_X表示(其中M表示选自Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Eu的一种或多种；且x表示M的价数)；和

生产装置，其使用源自含氨气体的氨生产选自含氮产品和发酵及培养产品的产品，所述含氨气体通过使用所述氨合成装置获得。