一种光固氮催化反应器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于光固氮催化反应器，包括光催化反应主体装置，光源部分，机械搅拌部分，N2进气系统，N2流量控制系统，循环水控温系统，取样口和N2出气系统。所述光源部分，机械搅拌部分和取样口均在光催化反应主体装置中，N2通过流量控制系统进入到反应主体装置中，由主体装置底部逐渐扩散至顶部通过N2出气系统溢出，整个体系通过循环水控温系统维持体系温度恒定，本光固氮催化反应器结构合理、传质效率高、光固氮催化效率高。

A Photocatalytic Reactor for Nitrogen Fixation

The utility model relates to a photocatalytic reactor for photocatalytic nitrogen fixation, which comprises a main device for photocatalytic reaction, a light source part, a mechanical stirring part, a N2 intake system, a N2 flow control system, a circulating water temperature control system, a sampling port and a N2 outgassing system. The light source part, the mechanical stirring part and the sampling port are all in the photocatalytic reaction main body device. N2 enters the reaction main body device through the flow control system, and gradually diffuses from the bottom of the main body device to the top through the N2 outflow system. The whole system maintains the system temperature constant through the circulating water temperature control system. The photocatalytic reactor has reasonable structure, high mass transfer efficiency, and light emission. Nitrogen fixation catalytic efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
一种光固氮催化反应器
本技术属于氮气催化转化
，具体涉及光固氮催化反应器。
技术介绍
氨是一种重要的化工产品，在国民经济生产中占据重要地位。氨常被用于生产农业化肥，用作化工中间体合成高附加值化工产品，生产硝酸及含氮无机盐。由于氨的使用量大、用途广泛致使氨的生产处于严重供不应求的状况。目前我们所熟知的氨的合成途径主要有生物固氮和人工固氮两种。在自然界中，如豆科植物能够借助自身特殊结构进行生物固氮，具有重要的科研启发。因此，自从1909年德国科学家Haber、Bosch和Mittaseh等专利技术哈珀氨合成法以来，人工固氮研究一直处于研究热点。但一个世纪以来合成氨的工业方法未有太大改观，由于哈珀氨合成反应对条件反应条件要求极高（反应需在高温高压下进行，而且此反应受动力学限制）。这一过程需要较高成本，耗能也非常严重。而理想的合成氨途径为利用水和空气中的氮为原料，在常温常压下利用太阳光的激发能即能完成反应。1972年日本科学家Fujishima和Honda利用太阳光激发TiO2进行水分解产生氢气和氧气，这篇报道立刻引起广泛关注。光催化氧化技术具有条件温和（常温常压下可进行反应），耗能低，催化效率高等特点，因此光催化技术用于氮气固定催化转化具有很好的应用前景。目前光催化气体转化的催化剂反应装置多是利用气体分析仪检测其含量的变化，并以差值作为评价催化剂性能的关键指标。这种检测方法由于气体极易扩散的性质很难精准测出实验数据，导致实验误差增大。本装置采用液相产物检测，N2通入甲醇水溶液中进行光催化反应，一方面溶解在水溶液中方便检测，误差减少。另一方面，甲醇捕获空穴，提高光催化活性，且能提高N2转化效率。传统的光催化反应器也存在一定的缺陷，如光照面积有限、光利用率较低、光照强度不均匀等。因而对于N2的催化转化效率较低，不利于调控各种影响因素等。所以，借鉴传统气固相催化装置，光固氮催化反应器需要解决上述诸多问题。
技术实现思路
本技术充分考虑上述技术上存在的不足之处，设计了一种结构合理、催化转化效率高的光固氮催化反应器。本技术采用以下技术方案：一种光固氮催化反应器，包括光催化反应主体装置，光源部分，机械搅拌部分，N2进气系统，N2流量控制系统，循环水控温系统，取样口和N2出气系统；所述光源部分、机械搅拌部分和取样口均在光催化反应主体装置中，N2流量控制系统与光催化反应主体装置连接；N2进气系统、N2流量控制系统、N2出气系统与所述光催化反应主体装置连接。上述的光固氮催化反应器，优选的，所述机械搅拌部分位于光催化反应主体装置底部。上述的光固氮催化反应器，优选的，N2出气系统内部安装有过滤膜，所述过滤膜仅允许过量N2溢出。上述的光固氮催化反应器，优选的，所述机械搅拌部分包括搅拌风叶，所述搅拌风叶为6个橄榄形A型搅拌子拼凑而成。上述的光固氮催化反应器，优选的，所述光源部分采用紫外灯，主发射波长为365nm，光催化反应器本体内安装有4盏。上述的光固氮催化反应器，优选的，所述光源部分均设置有降温装置。上述的光固氮催化反应器，优选的，所述取样口为橡皮塞状密封结构。上述的光固氮催化反应器，优选的，所述光催化反应主体装置为不锈钢的圆筒形容器，顶部有开口并设有密封盖，密封盖与反应主体装置采用螺栓连接。与目前的技术相比，本技术的优点是：本技术的光固氮催化反应器充分考虑催化传质因素，是一种高效催化转化氮气的装置，反应器采用分布式紫外线灯源确保光强稳定，光催化剂得到充分光照，大大提高光催化剂利用率。本技术的光固氮催化反应器充分考虑光催化过程中温度对催化反应的影响，外接循环水装置，确保催化过程中温度因素影响降至最低。本技术的光固氮催化反应器预留专用取样口，方便连续取样，即可进行连续生产操作也可进行间歇反应式催化剂光催化效果的考察。本技术的光固氮催化反应器具有连续搅拌特性，且氮气自下而上进行传质，充分保证催化反应接触时间，可有效地进行催化反应，大大提高了光催化氮气转化的效率。附图说明图1为本技术的光固氮催化反应器的结构示意图；图2为图1的灯源分布结构示意图；图3为图1中的搅拌的结构示意图。图中：1：N2供应装置；2：N2进气系统；3：N2进气阀门；4：N2流量控制系统；5：机械搅拌部分；6：进水口;7：光催化反应主体装置；8：密封盖；8-1：第一光源；8-2：第二光源；8-3：第三光源；8-4：第四光源;9：光源部分；10：N2出气系统；11：出水口；12：取样口。具体实施方式为了进一步理解本技术，下面将结合实施例对本技术的优选实施方案作进一步详细的描述，但是本技术的实施方式并不限于此。结合说明书附图1-3所示，一种光固氮催化反应器，包括光催化反应主体装置7、光源部分9、机械搅拌部分5、N2供应装置1、N2进气系统2、N2流量控制系统4、循环水控温系统、取样口12和N2出气系统10；循环水控温系统包括进水口6和出水口11，机械搅拌部分5包括搅拌风叶；所述光源部分9、机械搅拌部分5和取样口12均在光催化反应主体装置7中，N2通过流量控制系统4进入到反应主体装置7中，由主体装置底部逐渐扩散至顶部通过N2出气系统10溢出；整个体系通过循环水控温系统维持体系温度恒定。机械搅拌部分5位于反应主体装置7底部，通过调节搅拌器5的转速同时带动反应器内部搅拌风叶13转动达到机械搅拌的目的。N2通过流量控制系统4进入到反应主体装置7中，由反应主体装置7底部逐渐扩散至顶部通过N2出气系统10溢出。在N2出气系统10内部安装有过滤膜，此种特殊膜材料仅能够允许过量N2溢出。搅拌风叶为6个橄榄形A型搅拌子拼凑而成。光源部分9采用紫外灯提供光源，其主发射波长为365nm，反应器本体内总共安装4盏，包括第一光源8-1、第二光源8-2、第三光源8-3、第四光源8-4。灯源均自带风扇对灯源进行降温，防止灯源由于长时间使用放热造成灯源损坏。取样口12为橡皮塞状密封结构。光催化反应主体装置7是一个不锈钢的圆筒形容器，顶部有开口并设有密封盖8，密封盖与反应主体装置7采用螺栓连接。本光固氮催化反应器的工艺流程如下：将所制光催化剂和适量甲醇水溶液加入光催化反应主体装置7中，调节搅拌风叶位置，调整好光源距离，盖紧密封盖8。打开连接光催化反应主体装置7的循环水开关，待循环水流通后，开启紫外灯，氮气经由N2进气系统2通过N2流量控制系统4进入光催化反应主体装置7底部。底部的搅拌装置5通过搅拌确保通入氮气与甲醇水溶液和光催化剂充分接触，充分混合均匀。由于气体密度较轻，在传质过程中逐渐上溢直至光催化反应主体装置7顶部，过量氮气经由N2出气系统直接排出。本技术的光固氮催化反应器充分考虑催化传质因素，是一种高效催化转化氮气的装置，反应器采用分布式紫外线灯源确保光强稳定，光催化剂得到充分光照，大大提高了光催化剂利用率。本技术的光固氮催化反应器充分考虑光催化过程中温度对催化反应的影响，外接循环水装置，确保催化过程中温度因素影响降至最低。本技术的光固氮催化反应器预留专用取样口，方便连续取样，即可进行连续生产操作也可进行间歇反应式催化剂光催化效果的考察。本技术的光固氮催化反应器具有连续搅拌特性，且氮气自下而上进行传质，充分保证催化反应接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光固氮催化反应器，其特征在于：包括光催化反应主体装置，光源部分，机械搅拌部分，N2进气系统，N2流量控制系统，循环水控温系统，取样口和N2出气系统；所述光源部分、机械搅拌部分和取样口均在光催化反应主体装置中，N2流量控制系统与光催化反应主体装置连接；N2进气系统、N2流量控制系统、N2出气系统与所述光催化反应主体装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种光固氮催化反应器，其特征在于：包括光催化反应主体装置，光源部分，机械搅拌部分，N2进气系统，N2流量控制系统，循环水控温系统，取样口和N2出气系统；所述光源部分、机械搅拌部分和取样口均在光催化反应主体装置中，N2流量控制系统与光催化反应主体装置连接；N2进气系统、N2流量控制系统、N2出气系统与所述光催化反应主体装置连接。2.如权利要求1所述的一种光固氮催化反应器，其特征在于：所述机械搅拌部分位于光催化反应主体装置底部。3.如权利要求2所述的一种光固氮催化反应器，其特征在于：N2出气系统内部安装有过滤膜，所述过滤膜仅允许过量N2溢出。4.如权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦飞鹏，赵国庆，于金刚，陈晓青，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43