The invention discloses a new two-step process for ammonia synthesis and the required materials. The material consists of transition metals and main group element hydrides/nitrides/nitrogen hydrides or pure main group element hydrides/nitrides/nitrogen hydrides. This process is different from the traditional catalytic synthesis of ammonia. It consists of two steps: nitrogen addition and hydrogenation. Due to the particularity of materials, this two-step process has high activity. This process can make the pure main group element hydride/nitride/nitrogen hydride with very low catalytic activity for ammonia synthesis have the same activity as the existing catalysts for ammonia synthesis, and the activity can be further improved by adding transition metals. The process can be carried out at atmospheric pressure, which can significantly reduce the cost of existing synthetic ammonia.
【技术实现步骤摘要】
一种两步法合成氨的方法
本专利技术涉及合成氨工艺,特别是低压合成氨,提供了一种两步法合成氨的新技术方案及其所需的材料。
技术介绍
氨是一种重要的化工原料,主要用来生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱等,在国民经济中占有重要的地位;同时氨也被看作一种氢源载体,合成氨技术的突破将有利于氢能的发展,因此对氨合成催化剂的研究具有重要的意义。目前工业上合成氨主要采用Haber-Bosch工艺,该工艺使用Fe基催化剂,反应条件为:400-500℃,100-300atm。如此苛刻的反应条件对设备的要求很高,因此合成氨厂很大部分投资在于耐高压设备;此外能耗巨大,据统计每年消耗全球能源总量的1%-2%。工业上使用的另一种合成氨催化剂Ru基催化剂,虽然其活性好与Fe基催化剂,反应条件相对温和一些,但由于Ru价格昂贵,且其载体碳容易甲烷化导致失活,没有得到大范围的使用。因此探索合成氨的新方法降低合成氨的温度和压力是一个重要的研究课题。科学界一直在探索合成氨的新工艺。分步进行合成氨是其中一种途径,但是没有什么大的突破,依然需要很高的温度。在20世纪初合成氨早期探索中,有人提出先将过渡金属氮化然后加氢放氨。此方案对于前过渡周期过渡金属氮化容易但是加氢放氨困难。本世纪基于对Co3Mo3N催化剂的研究,Hargreaves,J.S.提出通过Co3Mo3N与Co6Mo6N之间的转化进行合成氨(ChemComm,2007,29(29):3051-3053)。Michalsky,R.设计出一种过渡金属氮氧化物,通过分别与氮气和水反应,可以进行合成氨(InterfaceFocus,2015,5(3):2 ...
【技术保护点】
1.一种两步法合成氨的方法,其特征在于:所述两步法合成氨的方法为:将加氮和加氢放氨过程分开,具体为先将材料与氮气反应固氮,然后对固氮后的材料加氢产生氨;所述材料包括主体或主体和催化剂中的一种,材料主体为ⅠA、ⅡA、ⅢA族金属及其含氮、含氢或含氮氢化合物中的一种或二种以上,催化剂为过渡金属及其氮化物中一种或二种以上,所述催化剂可以催化氢化物与氮气反应。
【技术特征摘要】
1.一种两步法合成氨的方法,其特征在于:所述两步法合成氨的方法为:将加氮和加氢放氨过程分开,具体为先将材料与氮气反应固氮,然后对固氮后的材料加氢产生氨;所述材料包括主体或主体和催化剂中的一种,材料主体为ⅠA、ⅡA、ⅢA族金属及其含氮、含氢或含氮氢化合物中的一种或二种以上,催化剂为过渡金属及其氮化物中一种或二种以上,所述催化剂可以催化氢化物与氮气反应。2.如权利要求1所述的两步法合成氨的方法,其特征在于:所述合成氨的工艺条件为:合成温度为50-600度,氮压为1bar-100bar,氢压为1bar-100bar,空速为100ml/g/h-600000ml/g/h。3.如权利要求1所述方法,其特征在于:所述材料主体分子式为MxNyHm(3y-nx),其中M为ⅠA、ⅡA、ⅢA族元素,n为1,2,3为M的化学价态,m为1,-1为H的化学价态,当m=1时,分子式为MxNyH3y-nx,x=1~3,y=0~3;当m=-1时,分子式为MxNyHnx-3...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈萍,高文波,郭建平,王培坤,常菲,王倩茹,
申请(专利权)人:中国科学院大连化学物理研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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