一种催化固氮装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及固氮反应装置技术领域，具体涉及一种催化固氮装置，包括：第一壳体，内设有第一隔板，所述第一隔板将所述第一壳体内部的空间分为上部连通设置的供气室和反应室两部分，所述供气室中设有液相反应物和反应气的第一容纳空间，所述反应室中设有气态反应物和催化剂的第二容纳空间；光源，对应所述反应室设置。本发明专利技术提供了一种氮气转化效率高的催化固氮装置。

【技术实现步骤摘要】
一种催化固氮装置
本专利技术涉及固氮反应装置
，具体涉及一种催化固氮装置。
技术介绍
氨广泛应用于化肥、化工、制药等领域，是世界上产量最多的无机化合物之一。工业上合成氨主要使用铁基催化剂在高温高压下进行反应，反应条件极其苛刻，而且要消耗巨大的能量，据统计其年均能耗约占世界总耗能的1.4％，同时还会有约3亿吨CO2排放到空气中。在能源与环境问题日趋严峻的今天，寻求和开发绿色的氨合成方法显得尤为重要。光催化固氮技术能够直接将清洁及丰富的太阳能转化为化学能，大大地降低了合成氨的能耗，这为合成氨提供了一条非常有前景的新方法。目前，越来越多的研究工作致力于开发新型高效的合成氨光催化剂，随着光催化剂固氮效率逐渐提高，选择合适的反应器测试固氮的效率就显得尤为重要。鉴于氮气分子很强的化学稳定性，氮分子吸附与活化被认为是光催化合成氨的最大挑战。然而目前相关的光催化反应器很少考虑氮气分子的吸附、产物富集，氮气活化、催化反应及产物富集都是在同一个反应池中进行，例如中国专利文献CN207557118U公开了一种光催化固氮装置，包括箱体、光源器件和设置于箱体内部的磁力搅拌器，箱体侧壁设置有箱门，磁力搅拌器上设置有滤波片支架，滤波片支架上设置有滤波片，滤波片正下方的磁力搅拌器的上表面设置有由玻璃制成的圆柱形的密封反应器，密封反应器的顶部开口处设置有橡胶塞，密封反应器内部设置有两个延伸出箱体外的玻璃弯管，光源器件通过吊环悬吊于箱体内的顶部。密封反应器中设有固体光催化剂、乙醇溶液和稀硫酸溶液，打开光源器件，通入氮气就可以进行光催化固氮反应。这样反应物氮气和水，以及产物氨均储存于该密封反应器中，不仅由于氮气在水中的溶解度较低，使得氮气转化效率低，而且固氮效率的测定也很不方便。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的催化固氮反应装置氮气转化效率低的缺陷，从而提供一种氮气转化效率高的催化固氮装置。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种催化固氮装置，包括：第一壳体，内设有第一隔板，所述第一隔板将所述第一壳体内部的空间分为上部连通设置的供气室和反应室两部分，所述供气室中设有液相反应物和反应气的第一容纳空间，所述反应室中设有气态反应物和催化剂的第二容纳空间；光源，对应所述反应室设置。所述的催化固氮装置，还包括收集室，所述收集室通过设于所述第一壳体中的第二隔板与所述反应室上部连通设置，所述收集室中设有用于收集生成物的收集液的第三容纳空间。所述的催化固氮装置，所述供气室和所述反应室通过所述第一隔板上方成型的第一通孔连通，所述反应室和所述收集室通过所述第二隔板上方成型的第二通孔连通。所述的催化固氮装置，还包括设于所述第二通孔处且延伸至所述第三容纳空间底部的第二管道。所述的催化固氮装置，所述供气室中还设有与外部供气结构连通设置，且延伸至所述第一容纳空间底部的第一管道。所述的催化固氮装置，所述反应室中还设有用于放置催化剂的水平板，所述水平板与所述反应室拆卸连接。所述的催化固氮装置，所述反应室中沿高度方向设有多个支撑板，所述水平板设于所述支撑板上。所述的催化固氮装置，还包括套设在所述第一壳体外部的第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体之间设有冷却介质的第四容纳空间。所述的催化固氮装置，所述第一壳体和所述第二壳体的上方还设置有盖体，所述盖体中设有冷却介质的第五容纳空间。所述的催化固氮装置，还包括设于所述第一壳体下方的搅拌器。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的催化固氮装置，由于供气室和反应室上部连通设置，而下半部分则相互隔离，这样供气室中的液相反应物在反应气的作用下以气体状态进入反应室中，在催化剂和光源的作用下发生合成氨的反应，避免了液相生成物与反应物在催化剂表面上过度吸附而导致的副反应发生，降低了生成物的产量；本专利技术将反应物均转化为气态，有效平衡了反应物与生成物在催化剂表面的浓度，提高了氨气转化的效率。2.本专利技术提供的催化固氮装置，反应生成的氨在反应气的作用下进入收集室中收集，由此实现了反应物和产物的分离，便于直接从收集室中取样，测定固氮效率，同时进一步提高了转化效率。3.本专利技术提供的催化固氮装置，供气室和反应室通过第一隔板上方成型的第一通孔连通，反应室和收集室通过第二隔板上方成型的第二通孔连通。这样在尽量保证供气室、反应室和收集室各自独立封闭的前提下，实现了气体的流动，保证了反应的正常进行。4.本专利技术提供的催化固氮装置，供气室中延伸至第一容纳空间底部的第一管道的设置，使得反应气直接通入液相反应物的底部，并将液相反应物以气体形式鼓入反应室中，使得气固液反应转化为气固反应，提高了反应效率。5.本专利技术提供的催化固氮装置，第一壳体和第二壳体之间第四容纳空间的设置，使得在光催化固氮反应时通过在第四容纳空间中装入冷却介质，以控制反应温度，提高反应的稳定性；同时在盖体的第五容纳空间中装入冷却介质，避免第一壳体和盖体的之间的温差过大，导致蒸发的液相反应物冷凝于盖体上，影响光源的利用率。6.本专利技术提供的催化固氮装置，第一壳体下方搅拌器的设置，加快了反应室中气体的流动，提高了催化反应的效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的催化固氮装置的示意图；图2为本专利技术提供的催化固氮装置在使用时的示意图。附图标记说明：1、第一壳体；2、第二壳体；3、盖体；4、第一隔板；5、第二隔板；6、供气室；7、反应室；8、收集室；9、第一通孔；10、第二通孔；11、光源；12、支撑板；13、水平板；14、外部供气结构；15、第一管道；16、第二管道；17、出气口；18、取样口；19、第一进口；20、第一出口；21、第二进口；22、第二出口；23、磁力搅拌器；24、磁子。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。如图1所述的催化固氮装置的一种具体实施方式，反应气为氮气，液相反应物为水，催化剂为二氧化钛，收集液为稀硫酸，生成物为氨，包括设置在内的第一壳体1和套设在外的第二壳体2，以及设于第一壳体1和第二壳体2上方的盖体3，盖体3和第一壳体1、第二壳体2通过法兰夹和密封圈密封，以确保整个装置的密封性。第一壳体1内设有第一隔板4和第二隔板5，第一隔板4和第二隔板5平行间隔设置，并延伸至第一壳体1的顶部和底部，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化固氮装置，其特征在于，包括：/n第一壳体(1)，内设有第一隔板(4)，所述第一隔板(4)将所述第一壳体(1)内部的空间分为上部连通设置的供气室(6)和反应室(7)两部分，所述供气室(6)中设有液相反应物和反应气的第一容纳空间，所述反应室(7)中设有气态反应物和催化剂的第二容纳空间；/n光源(11)，对应所述反应室(7)设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种催化固氮装置，其特征在于，包括：
第一壳体(1)，内设有第一隔板(4)，所述第一隔板(4)将所述第一壳体(1)内部的空间分为上部连通设置的供气室(6)和反应室(7)两部分，所述供气室(6)中设有液相反应物和反应气的第一容纳空间，所述反应室(7)中设有气态反应物和催化剂的第二容纳空间；
光源(11)，对应所述反应室(7)设置。


2.根据权利要求1所述的催化固氮装置，其特征在于，还包括收集室(8)，所述收集室(8)通过设于所述第一壳体(1)中的第二隔板(5)与所述反应室(7)上部连通设置，所述收集室(8)中设有用于收集生成物的收集液的第三容纳空间。


3.根据权利要求2所述的催化固氮装置，其特征在于，所述供气室(6)和所述反应室(7)通过所述第一隔板(4)上方成型的第一通孔(9)连通，所述反应室(7)和所述收集室(8)通过所述第二隔板(5)上方成型的第二通孔(10)连通。


4.根据权利要求3所述的催化固氮装置，其特征在于，还包括设于所述第二通孔(10)处且延伸至所述第三容纳空间底部的第二管道(16)。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝淑颖，梁诗景，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35