[发明专利]一种无CO2排放的氨气制备装置及制备方法

说明书

本发明属于一种无CO₂排放的氨气制备装置及制备方法；包括电解池，电解池内设有阳极槽和阴极槽，阳极槽内设有阳极棒以及反应物输送管道，阴极槽内设有阴极棒，阳极棒和阴极棒之间设有电源，阴极槽的底部通过管道与反应炉相连通，反应炉的底部设有氮气输送管道，反应炉的顶部与水解槽相连通，水解槽与离心机相连，离心机底部出口与干燥系统相连，干燥系统的底部设有金属氢氧化物管道；具有结构简单、工艺流程设计合理、不直接消耗化石能源、无CO₂排放、使用的反应物能够有效回收、能够在常压下反应和降低能源消耗的优点。

技术领域

本发明属于氨气制备技术领域，具体涉及一种无CO₂排放的氨气制备装置及制备方法。

背景技术

氨为农作物生长提供必需的氮元素，是尿素、碳酸氢铵、氯化铵硫酸铵等化学肥料的基本化工原料，同时氨作为燃料和储能介质的工业化应用也日趋成熟。其需求量必随其应用领域的扩大不断增加，据统计2016年全球氨产能约为1.8亿吨，我国氨产能接近7000万吨。

目前工业上主要采用哈伯法以氮气和氢气为基本原料合成氨，其中氢气的来源有两种。一种是采用煤、天然气或焦炉气为原料，经过转化、变换、脱碳、合成等过程得到合成氨，这种方法需要消耗不能再生的化石能源，需要在高温高压条件下进行，同时产生大量的CO₂排放造成全球气温上升；但这种方法能源效率和氨合成效率较高，在目前工业合成氨领域仍占主导地位。现有专利文献CN 101850988《合成氨工艺》公开一种利用焦化厂荒煤气为原料的合成氨工艺，原料荒煤气的有效成分是CO和H₂，经过净化和变换后将CO转化为CO₂，然后脱去CO₂制得氢气，再用哈伯法将氢气和氮气合成为合成氨。这种方法使用的荒煤气仍是化石能源的产物，无法摆脱对不可再生能源的依赖；同时将变换后的CO₂用于生产碳酸氢铵，并非真正的不产生CO₂的技术。

另一种是不使用化石能源的制氢方法，如利用电能分解水制氢、利用太阳能光催化制氢、利用太阳能或核能化学制氢等，特别是电能分解制氢，在采用太阳能、风能、水能等绿色发电技术解决电能费用大的问题后，具有很大的推广价值；但这种方法的氮气和氢气的反应过程仍是高压合成过程，整体上能源消耗要高于化石能源制氢的工艺路线。现有发明专利公开文献CN 102348642 A《氨合成方法》公开了一种电解水得到氢和氧，采用分离膜分离氧，再将得到的氢气与氮气利用哈伯法合成氨的方法。这种方法并没有解决反应需在高压条件下进行的问题。

为解决哈伯制氨法需要在高温高压条件下进行的问题，人们研究出了不使用氢气合成氨的方法，现有专利文献CN 103108997 B《氨的合成方法》公开了一种常温常压下的以水和氮气为原料的电解制氨方法，这种方法以太阳光或光照灯照射的可见光提供能源，在阳极区将水分解为质子(H⁺)、电子和氧气，在阴极区通入氮气形成N^3-，然后将阳极区的质子转移至阴极区反应，得到氨。这种方法对阳极、阴极材料要求较高，需要使用可见光响应型催化剂，并且利用光源提供反应所需能量，存在不稳定性和有效功率低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷而提供一种结构简单、工艺流程设计合理、不直接消耗化石能源、无CO₂排放、使用的反应物能够有效回收、能够在常压下反应和降低能源消耗的无CO₂排放的氨气制备装置及制备方法。

本发明的目的是这样实现的：该制备装置包括电解池，电解池内设有阳极槽和阴极槽，阳极槽内设有阳极棒以及反应物输送管道，阴极槽内设有阴极棒，阳极棒和阴极棒之间设有电源，阴极槽的底部通过管道与反应炉相连通，反应炉的底部设有氮气输送管道，反应炉的顶部与水解槽相连通，水解槽与离心机相连，离心机底部出口与干燥系统相连，干燥系统的底部设有金属氢氧化物管道。