一种氨气合成反应器及液氨制备系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种氨气合成反应器及液氨制备系统，属于氨制备技术领域，包括用于实现电化学反应的阴极部件和阳极部件，阴极部件内设有加热组件；将阴极部件与阳极部件进行组合拼接，得到氨气合成反应器。本实用新型专利技术通过将若干阴极部件、阳极部件进行拼接得到不同产能氨气合成反应器，在在温和条件下通过电化学反应实现氨气制备，具有制造快、易于运输、组装高效、检修便捷等优势；并通过加热组件使氨气分子在反应腔室水溶液中的溶解度降低，进而使氨气分子可逸出至气体腔室；整个反应器结构简单，且制备操作难度底，解决了传统技术存在的电解液分离难度高、分离成本大、工艺繁琐等难题，便于实现大规模工业化应用。便于实现大规模工业化应用。便于实现大规模工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种氨气合成反应器及液氨制备系统


[0001]本技术涉及氨制备
，尤其涉及一种氨气合成反应器及液氨制备系统。

技术介绍

[0002]以光能和风能为主的可持续能源正在以极快的速度被开发应用，到2060年，光能和风能将成为人类社会所依赖的主要能源。光能和风能具有天然的间歇性和波动性特征，无法像传统化石能源可以被直接储运。为了满足连续、稳定用能需求及实现能源的跨区域分配，需要借助某种载体对光能和风能进行储存，以间接赋予可持续能源可储运性。储能技术的突破是人类正式迈入全可持续能源时代的标志，具有划时代的重要意义。在诸多储能技术之中，化学储能最具发展潜力。化学储能是一种将光能和风能以化学能的形式储存于化学品中的储能方式。化学储能具有能量密度大、易于储存、易于运输、可长时间储存、能量转换成本低等诸多优势，有望为可持续能源的储运问题提供切实可行的方案。
[0003]氨(NH3)作为一种化学储能载体，它的原料是在地球上广泛存在的氮气和水，具有天然的超低原料成本优势；它易于液化，在常温下施加十个大气压或者常压下冷却至负三十三摄氏度即可使氨气转变为液氨；它易于储存和运输，物化性质比较稳定，可利用管道和储罐进行稳定的运输和储存；它能直接用作燃料进行燃烧，也可利用燃料电池进行发电，还能用于裂解制氢，拥有多种能量转换输出方式。因此，氨是理想的可再生能源的存储载体。
[0004]电化学法可以在温和条件下实现氨的合成。当前的电化学均以水系电解液作为反应物料以合成氨，然而，极易溶于水的氨分子在形成后便立即由NH3转变为NH4离子，往往需要增加繁琐的工序对电解液进行处理以获得氨气或液氨，这不仅增加了投资成本，还提高了技术操作复杂度。因此，有必要开发一种直接获得氨气的反应器及工艺简短的液氨生产系统，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于克服现有技术中氨分子易溶于水导致氨气或液氨制备复杂的问题，提供了一种氨气合成反应器及液氨制备系统。
[0006]本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种氨气合成反应器，反应器包括阴极部件，其内由上至下设有第一氨气腔室、第一反应腔室，第一反应腔室内设有阴极，第一反应腔室内导入有含硝酸根或亚硝酸根的电解质溶液，且第一反应腔室上设有加热组件；阳极部件，其内由上至下设有第二气体腔室、第二反应腔室，第二反应腔室内设有阳极，且第二反应腔室内导入有电解质溶液；
[0007]将阴极部件与阳极部件进行组合拼接，相邻的反应腔室拼接处至少一反应腔室的壳体为立体多孔结构件，立体多孔结构件上对应设有离子交换膜组件，以使第一反应腔室和第二反应腔室内的特定离子透过离子交换膜组件、立体多孔结构件进行移动，实现离子导电功能，得到氨气合成反应器。
[0008]在一示例中，所述第一氨气腔室与第一反应腔室之间经第一气体扩散膜组件隔离设置。
[0009]在一示例中，将阴极部件定义为第一电极组件，第一电极组件包括第一壳体，第一壳体内由上至下设有第一氨气腔室、第一气体扩散膜组件、第一反应腔室，第一氨气腔室、第一气体扩散膜组件、第一反应腔室一侧暴露于空气中；第一壳体上设有连通至第一氨气腔室的第一氨气出口；第一反应腔室内设有阴极，阴极表面流动式导入含硝酸根或亚硝酸根的电解质溶液；第一壳体内设有第一加热夹套，第一加热夹套绕设于第一氨气腔室、第一反应室上，且第一加热夹套内存储有加热介质。
[0010]在一示例中，将阳极部件定义为第二电极组件，第二电极组件包括第二壳体，第二壳体内由上至下设有第二气体腔室、第二反应腔室；第二反应腔室内设有阳极，阳极表面流动式导入电解质溶液；与第二反应腔室相对的第二壳体为第一立体多孔结构件，第一立体多孔结构件上设有第一离子交换膜组件。
[0011]在一示例中，将能够作为阴极部件、阳极部件的组件定义为第三电极组件；第三电极组件包括第三壳体，第三壳体内由上至下设有第三氨气腔室、第二气体扩散膜组件、第三反应腔室；第三壳体上设有连通至第三氨气腔室的第二氨气出口；第三反应腔室内设有电极，所述电极为阴极时，阴极表面流动式导入含硝酸根或亚硝酸根的电解质溶液；所述电极为阳极时，阳极表面流动式导入电解质溶液；第三壳体内设有第二加热夹套，第二加热夹套设于第三反应腔室底部，同时第二加热夹套绕设于第三氨气腔室，第二加热夹套内存储有加热介质；与第三反应腔室相对的第三壳体为第二立体多孔结构件，第二立体多孔结构件上设有第二离子交换膜组件。
[0012]在一示例中，将第一电极组件、第二电极组件、第三电极组件、第二电极组件、第一电极组件依次拼接得到氨气合成反应器，此时第三电极组件作为制氨的阴极部件。
[0013]在一示例中，将第一电极组件、第三电极组件、第三电极组件、第三电极组件、第一电极组件依次拼接得到氨气合成反应器，此时第三电极组件作为制氨的阳极部件。
[0014]需要进一步说明的是，上述氨气合成反应器各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
[0015]本技术还包括一种液氨制备系统，所述系统包括上述任一示例或多个示例形成的所述氨气合成反应器，还包括冷凝分离器，冷凝分离器输入端与氨气合成反应器连接。
[0016]在一示例中，所述系统还包括设于氨气合成反应器与冷凝分离器之间的纯化器，纯化器内设有分子筛。
[0017]与现有技术相比，本技术有益效果是：
[0018]1.在一示例中，通过将若干阴极部件、阳极部件进行拼接得到不同产能氨气合成反应器，在在温和条件下通过电化学反应实现氨气制备，具有制造快、易于运输、组装高效、检修便捷等优势；并通过加热组件使氨气分子在反应腔室水溶液中的溶解度降低，进而使氨气分子可逸出至气体腔室；整个反应器结构简单，且制备操作难度底，解决了传统技术存在的电解液分离难度高、分离成本大、工艺繁琐等难题，便于实现大规模工业化应用。
[0019]2.在一示例中，通过设置气体扩散膜组件隔绝水系溶液或者有机溶剂并允许氨气分子透过，能够实现纯度更高的氨气制备。
[0020]3.在一示例中，电极表面积大，能够增加电极表面与电解质溶液的接触面积，进而
加快氨产率，提高氨产量，相比传统技术更加高效。
[0021]4.在一示例中，在阴极部件进行氨气气压的自建立，并利用阴极部件与纯化器之间的压差，将气体腔室内氨气输送至氨气纯化器内，无需额外的动力设备，降低了系统的复杂性和成本；同时，利用位于纯化器内的分子筛将粗氨气中的水汽分子高效分离出来，待分子筛吸附饱和后，氨气纯化器内的水可导至反应腔室内，进行循环利用，能够节约水资源。
[0022]5.在一示例中，通过引入冷凝分离器实现氨气液化同时去除氢气，得到绿色高效的生产系统。
附图说明
[0023]下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨气合成反应器，其特征在于：其包括：阴极部件，其内由上至下设有第一氨气腔室、第一反应腔室，第一反应腔室内设有阴极，第一反应腔室内导入有含硝酸根或亚硝酸根的电解质溶液，且第一反应腔室上设有加热组件；阳极部件，其内由上至下设有第二气体腔室、第二反应腔室，第二反应腔室内设有阳极，且第二反应腔室内导入有电解质溶液；将阴极部件与阳极部件进行组合拼接，相邻的反应腔室拼接处至少一反应腔室的壳体为立体多孔结构件，立体多孔结构件上对应设有离子交换膜组件，以使第一反应腔室和第二反应腔室内的特定离子透过离子交换膜组件进行移动，得到氨气合成反应器。2.根据权利要求1所述的一种氨气合成反应器，其特征在于：所述第一氨气腔室与第一反应腔室之间经第一气体扩散膜组件隔离设置。3.根据权利要求1所述的一种氨气合成反应器，其特征在于：将阴极部件定义为第一电极组件，第一电极组件包括第一壳体，第一壳体内由上至下设有第一氨气腔室、第一气体扩散膜组件、第一反应腔室，第一氨气腔室、第一气体扩散膜组件、第一反应腔室一侧暴露于空气中；第一壳体上设有连通至第一氨气腔室的第一氨气出口；第一反应腔室内设有阴极，阴极表面流动式导入含硝酸根或亚硝酸根的电解质溶液；第一壳体内设有第一加热夹套，第一加热夹套绕设于第一氨气腔室、第一反应室外。4.根据权利要求3所述的一种氨气合成反应器，其特征在于：将阳极部件定义为第二电极组件，第二电极组件包括第二壳体，第二壳体内由上至下设有第二气体腔室、第二反应腔室；第二反应腔室内设有阳极，阳极表面流动式导入电解质溶液；与第二反应腔室相对的第二壳体为第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝顺，于一夫，朱杰伟，
申请(专利权)人：新氨科技天津有限公司，
类型：新型
国别省市：