[发明专利]一种无CO2排放的氨气制备装置及制备方法

权利要求书

1.一种无CO₂排放的氨气制备装置，其特征在于：该制备装置包括电解池(1)，电解池(1)内设有阳极槽(2)和阴极槽(3)，阳极槽(2)内设有阳极棒(4)以及反应物输送管道(5)，阴极槽(3)内设有阴极棒(6)，阳极棒(4)和阴极棒(6)之间设有电源(7)，阴极槽(3)的底部通过管道与反应炉(8)相连通，反应炉(8)的底部设有氮气输送管道(9)，反应炉(8)的顶部与水解槽(10)相连通，水解槽(10)与离心机(11)相连，离心机(11)底部出口与干燥系统(12)相连，干燥系统(12)的底部设有金属氢氧化物管道(13)。

2.根据权利要求1所述的一种无CO₂排放的氨气制备装置，其特征在于：所述电解池(1)的内部设有与电源相连的电加热丝(16)，电加热丝(16)与PLC控制系统(17)的输出端相连，PLC控制系统(17)的输入端与设在电解池(1)内部的温度传感器(18)相连。

3.根据权利要求1所述的一种无CO₂排放的氨气制备装置，其特征在于：所述阳极槽(2)内设有反应气体回收管道(14)。

4.根据权利要求1所述的一种无CO₂排放的氨气制备装置，其特征在于：所述离心机(11)和干燥系统(12)的混合物管道(15)分别与精馏装置(19)相连，精馏装置(19)的顶部设有氨气管道(20)，精馏装置(19)的底部液相管道与水解槽(10)的补水管道(21)相连。

5.根据权利要求1所述的一种无CO₂排放的氨气制备装置，其特征在于：所述电解池(1)的材质为氧化铝陶瓷材料，阳极槽(2)和阴极槽(3)的材质为氧化铝多孔陶瓷材料，阳极棒(4)的材质为石墨，阴极棒(6)的材质为Fe、W、Ti或Pt。

6.一种如权利要求1-5所述的无CO₂排放的氨气制备装置的制备方法，其特征在于：该制备方法采用反应物为金属氢氧化物的制备方法或反应物为金属氯化物的制备方法；

a、反应物为金属氢氧化物的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：电解池(1)内装有熔盐，通过采用外加热和温度控制系统使熔盐保持熔融状态；

步骤二：通过反应物输送管道(5)向阳极槽(2)内输送Li、Na或Mg的氢氧化物，并接通电源(7)，使阳极槽(2)内的反应物发生电解反应，电解反应后，阳极槽(2)内的产物为氧气和水蒸气，阴极槽(3)内的产物为阴极棒(6)上得到熔融态的金属单质；所述电源(7)的电压为3-5V；所述氧气和水蒸气可直接放空或冷凝回收；

步骤三：步骤二中所述的阴极槽(3)内的产物通过阴极槽(3)底部的管道进入反应炉(8)内，氮气输送管道(9)向反应炉(8)中输送过量的氮气，氮气与熔融态的金属单质反应生成金属氮化物；所述氮气的纯度为99.9％；

步骤四：步骤三中所述的金属氮化物在过量氮气的夹带下通过进入水解槽(10)中，水解槽(10)中盛放有过量的水，金属氮化物在水解槽(10)中发生水解反应，生成金属氢氧化物和氨；

步骤五：步骤四中的金属氢氧化物和氨进入离心机(11)内进行分离，分离后的金属氢氧化物通过沉淀后进入干燥系统(12)内进行物理干燥得到干燥的金属氢氧化物，干燥的金属氢氧化物通过金属氢氧化物管道(13)进入反应物输送管道(5)内循环使用，分离后的氨和水的混合物能够直接作为肥料使用或对氨进行分离；

步骤六：当需要对步骤五中的氨和水的混合物中的氨进行分离时，使离心机(11)和干燥系统(12)内的氨和水的混合物进入精馏装置(19)内进行精馏，精馏后的水通过精馏装置(19)底部的液相管道进入水解槽(10)的补水管道(20)中循环利用；

b、反应物为金属氯化物的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：电解池(1)内装有熔盐，通过采用外加热和温度控制系统使熔盐保持熔融状态；

步骤二：通过反应物输送管道(5)向阳极槽(2)内输送Li、Na或Mg的氯化物，并接通电源(7)，使阳极槽(2)内的反应物发生电解反应，电解反应后，阳极槽(2)内的产物为氯气，阴极槽(3)内的产物为阴极棒(6)上得到熔融态的金属单质；所述电源(7)的电压为3-5V；所述氯气通过反应气体回收管道(14)进行回收；

步骤三：步骤二中所述的阴极槽(3)内的产物通过阴极槽(3)底部的管道进入反应炉(8)内，氮气输送管道(9)向反应炉(8)中输送过量的氮气，氮气与熔融态的金属单质反应生成金属氮化物；所述氮气的纯度为99.9％；

步骤四：步骤三中所述的金属氮化物在过量氮气的夹带下通过进入水解槽(10)中，水解槽(10)中盛放有过量的水，金属氮化物在水解槽(10)中发生水解反应，生成金属氢氧化物和氨；

步骤五：步骤四中的金属氢氧化物和氨进入离心机(11)内进行分离，分离后的金属氢氧化物通过沉淀后进入干燥系统(12)内进行物理干燥得到干燥的金属氢氧化物，干燥的金属氢氧化物通过金属氧化物管道(13)收集后回收，分离后的氨和水的混合物能够直接作为肥料使用或对氨进行分离；

步骤六：当需要对步骤五中的氨和水的混合物中的氨进行分离时，使离心机(11)和干燥系统(12)内的氨和水的混合物进入精馏装置(19)内进行精馏，精馏后的水通过精馏装置(19)底部的液相管道进入水解槽(10)的补水管道(21)中循环利用。