[发明专利]氨制造装置和氨制造方法

说明书

提供价格便宜、可控制反应的氨制造装置。氨制造装置(1)具备：包括用于容纳第一电解液的第一电解槽(2)、配置在第一电解槽(2)内的氧化电极、用于容纳含氮的第二电解液和氨生成催化剂和还原剂的第二电解槽(3)、配置在第二电解槽(3)内的还原电极、和隔膜(4)，以将在第二电解槽(3)内将氮采用氨生成催化剂和还原剂还原而生成氨，同时通过将氧化电极和还原电极与电源(15)连接从而用还原电极将生成氨并被氧化的还原剂还原的方式构成的电化学反应单元(5)；包括用于在第二电解液中使氮溶解的氮供给部(6)的氮供给单元(7)；和包括从包含氨的第二电解液将氨分离的分离部(8)的氨分离单元(9)。

技术领域

本发明的实施方式涉及氨制造装置和氨制造方法。

背景技术

氨的生产量在1年间在全世界为约1亿4000万吨，其生产量持续上升。生产量的约80％作为肥料的原料利用，主要转换为尿素、硝酸、硝酸铵、硫酸铵等其他氮化合物。另一方面，剩余的20％用于合成树脂、纤维的制造。为了应对世界的人口增加和耕地面积的不足、以新兴国为中心的饮食生活的高度化导致的食物短缺，必须增加氨的需求。另外，氨由于处理容易、高能量密度、不含碳利用时不排放二氧化碳的特征，作为能量载体的利用也受到关注。

现在，氨采用大致100年前发明的称为哈伯-博施法的手法，由来自石油、煤、天然气等化石燃料的氢气和氮气工业上合成。该合成反应需要高温(400～650度)、高压(200～400个大气压)的严酷的条件，消耗世界的总能量的1.2％，因此二氧化碳的排放多。将来，为了形成可持续的社会，希望开发对化石燃料的依赖度低的替代工艺。

对于这点，进行了在常温常压下由氮生成氨的催化剂的开发。例如，作为催化剂，报道了通过将包含具有PNP配体(PNP为2，6-双(二-叔丁基膦基甲基)吡啶)的碘化钼络合物、作为质子源的醇或水、和作为还原剂的镧系元素系金属的卤化物(II)例如碘化钐(II)的溶液在常温的氮气存在下搅拌，从而生成单位催化剂最大4350当量的氨。但是，上述的氨的生成反应必须将化学计量量的高价的碘化钐(II)用于还原剂。另外，反应的控制只能凭借还原剂的量。因此，从工业的观点出发，期待开发价格更低、可控制反应的氨的制造方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2019/168093号

非专利文献

非专利文献1：Nature Communications 8：14874doi：10.1038/ncomms 14874

发明内容

本发明要解决的课题在于提供价格便宜、可控制反应的氨制造装置和氨制造方法。

实施方式的氨制造装置具备：包括用于容纳第一电解液的第一电解槽、配置在所述第一电解槽内的氧化电极、用于容纳含氮的第二电解液和氨生成催化剂和还原剂的第二电解槽、配置在所述第二电解槽内的还原电极、和在所述第一电解槽与所述第二电解槽之间设置的隔膜，以在所述第二电解槽内将所述氮采用所述氨生成催化剂和所述还原剂还原而生成氨，并且通过将所述氧化电极和所述还原电极与电源连接从而用所述还原电极将生成所述氨并被氧化的所述还原剂还原的方式构成的电化学反应单元；包括用于在所述第二电解液中使氮溶解的氮供给部，以使所述第二电解槽内的所述氮的还原反应持续的方式构成的氮供给单元；和包括以从包含所述氨的所述第二电解液将所述氨分离的方式构成的分离部的氨分离单元。

附图说明

图1为表示实施方式的氨制造装置的图。

图2为表示图1中所示的氨制造装置的电化学反应单元的第一例的图。

图3为表示图1中所示的氨制造装置的电化学反应单元的第二例的图。

图4为表示图1中所示的氨制造装置的电化学反应单元的第三例的图。

具体实施方式