一种热电协同合成氨的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种热电协同合成氨的方法和系统，该方法包括以下步骤：a)以空气为原料，利用等离子体高能量打破N2和O2化学键，实现NO

【技术实现步骤摘要】
一种热电协同合成氨的方法及系统


[0001]本专利技术涉及合成氨
，更具体地说，是涉及一种热电协同合成氨的方法及系统。

技术介绍

[0002]氨(NH3)是高效的储氢介质，开发基于可再生能源电化学合成氨(“绿氨”)技术，不仅可实现可再生能源电力的“消纳和调峰”，还可实现低成本、跨地域的氢储运，解决氢能产业的重大难题。成熟的工业合成氨以Haber
‑
Bosch法为主，即利用N2、H2为反应物，以铁或钌系合金为主催化剂，反应温度≥500℃，压力范围13～17MPa，依据化学反应式N2+3H2→
2NH3，ΔH＝
‑
92.4kJ/mol，氢单次转化率＜20％。此外，工业合成氨使用的氢气一般都是从天然气、煤等化石燃料直接或间接获取的，制氢过程会产生大量的CO2温室气体，能耗高，不符合双碳目标的要求。近年来，以水为氢源的常温、常压电化学合成氨方法虽引起了广泛研究兴趣，但缺少高活性的催化反应催化剂，反应动力学缓慢，对于常温常压的氮气解离加氢仍然是一项艰难的挑战，尚难以被规模化应用。质子导体固体氧化物电解技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电协同合成氨的方法，包括以下步骤：a)以空气为原料，利用等离子体高能量打破N2和O2化学键，实现NO
x
的持续合成，得到等离子气体；b)基于质子导体传导的固体氧化物电解池，在氨电极通入步骤a)得到的等离子气体、氢电极通入氢源气体，通过热电耦合作用，将氢离子从氢电极传导到氨电极，与NO
x
进行加氢合成氨反应，得到NH3产物。2.根据权利要求1所述的热电协同合成氨的方法，其特征在于，步骤a)中所述空气为高纯空气，由体积比7：(2～4)的氧气和氮气组成。3.根据权利要求1所述的热电协同合成氨的方法，其特征在于，步骤a)中所述利用等离子体高能量打破N2和O2化学键的过程采用低温等离子体反应器，具体过程如下：将两个电极分别与电源相连，在电极两端施加交流高频高压，电子在运动中不断与通过两个电极之间的空气分子发生碰撞，使两电极间的空气产生气体辉光放电而形成等离子区，利用等离子体高能量，打破非极性分子N2和O2的化学键而形成N
‑
O键，调节等离子体功率、反应器温度、电压、电流，将空气反应物转化为具有反应活性的极性NO
x
。4.根据权利要求3所述的热电协同合成氨的方法，其特征在于，所述空气的流速为10mL/min～100mL/min；反应器温度为80℃～120℃，等离子体功率为500W～1000W，电压为170V～180V，电流为3A～5A。5.根据权利要求1所述的热电协同合成氨的方法，其特征在于，步骤b)中所述固体氧化物电解池的制备方法具体为：将NiO和BaCe
0.7
Zr
0.1
Y
0.1
Yb
0.1
O3‑
δ
粉体混合，在乙醇和丁酮中球磨20h～30h，接着加入NiO和BaCe
0.7
Zr
0.1
Y
0.1
Yb
0.1
O3‑
δ
粉体总质量6％～10％的聚乙烯醇缩丁醛粘合剂、1％～6％的邻苯二甲酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新波，鲍迪，钟海霞，周纳，王芳，刘建伟，黄岗，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：