[发明专利]一种合成氨的装置和方法

说明书

本发明涉及氨合成技术领域，具体涉及一种合成氨的装置和方法，所述装置包括：依次连接的微波电源，微波防回流装置，三销钉调配器，微波同轴谐振腔，介质阻挡放电反应器；介质阻挡放电反应器与纳秒脉冲电源相连，且其内部填充有催化剂；氮气源和氢气源，与微波同轴谐振腔的气体入口相连。氮气和氢气的混合气体在微波同轴谐振腔开口处形成大气压氮气氢气微波放电等离子体；产生的大气压氮气氢气微波放电等离子体与介质阻挡放电反应器内生成的等离子体共同作用，并且在介质阻挡放电反应器内的催化剂的协同作用下，实现氨的合成，并且能够实现对气体与催化剂表面温度的分开控制，生成氨的转化效率和产额较高。

技术领域

本发明涉及氨合成技术领域，具体涉及一种合成氨的装置和方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

氨是一种非常重要的化学物质，是工农业生产重要的原料。氨还具有较高的能量密度和氢气含量，是一种潜在的储氢载体。目前工业上大规模合成氨使用的Haber-Bosch法，其能源消耗量较大且对环境有负面影响。在环境问题日益凸显和能源紧缺的情况下，探索一种绿色、节能、可持续的合成氨技术迫在眉睫。

等离子体内含有大量的高能电子、活性粒子、激发态粒子和自由基，可在低温常压条件下将氮气和氢气分子激发、解离或电离，等离子体合成氨以氮气和氢气作为原料气体，与常规的催化合成氨相结合，可以有效提高合成氨的产率和能量效率，是一种有效的合成氨方法。但是由于传统的催化合成氨装置大多不能分开控制气体和催化剂表面温度，导致转化效率低、产额低等缺点。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供合成氨的装置和方法，通过微波放电、介质阻挡放电反应器和催化剂的协同作用，在大气压低温条件下，实现等离子体催化合成氨。

具体地，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，提供一种合成氨的装置，包括：

依次连接的微波电源，微波防回流装置，三销钉调配器，微波同轴谐振腔，介质阻挡放电反应器；

所述介质阻挡放电反应器与纳秒脉冲电源相连，且介质阻挡放电反应器内部填充有催化剂；

氮气源和氢气源，与微波同轴谐振腔的气体入口相连。

在本发明的第二方面，提供一种合成氨的方法，包括如下步骤：

氮气和氢气的混合气体在微波同轴谐振腔开口处形成大气压氮气氢气微波放电等离子体；

产生的大气压氮气氢气微波放电等离子体与介质阻挡放电反应器内生成的等离子体共同作用，并且在介质阻挡放电反应器内的催化剂的协同作用下，实现氨的合成。

本发明的具体实施方式具有以下有益效果：

本发明的实施方式中，氮气氢气混合气体经过微波放电的谐振腔内部和介质阻挡放电反应器内部，通过微波放电、介质阻挡放电反应器和催化剂的协同作用，在大气压低温条件下，实现等离子体催化合成氨，能够实现对气体与催化剂表面温度的分开控制，转化率高，产额也高。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个或多个实施例中合成氨的装置结构示意图；