生产氨的方法技术

本发明专利技术涉及生产氨的系统和方法。在一种方法中，Ｌｉ↓［３］Ｎ与氢气反应产生氨并利用氮气再生。包含所选过渡金属或者它们的氮化物的催化剂可用于促进反应。在另一种方法中，使用超临界的无水氨作为反应介质来协助氢气与氮气产生氨的反应，同样利用催化剂促进反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
总体上，本专利技术涉及和设备，特别是与传统相比更低的 温度和/或更低的压力下和设备。
技术介绍
氨在其本身性质和作为化学中间体两方面都是很有用的化学品。无水 氨用于制冷，例如用在冰的制造和冷冻食品的生产中。氨通过被转变为氯 ^——种破坏已知的致癌物质三卣曱烷的消毒剂，可用于水处理。氨可被 用于金属的热处理，例如用在诸如氮化和退火过程中。氨可以被用作控制 NOx释;故的有用原料。氨也对化学处理有用，例如，作为反应物和用于pH 控制。Haber方法(又名Haber-Bosch方法和Fritz Haber方法)是氮气和氩气产生氨的反应。氮气(N2)和氢气(Hb)反应，通常在铁或者钌催化剂上反应，例如包含三价铁(Fe")的催化剂。反应按照方程1在250大气压力(atm)下， 通常在450 - 500。C范围内的温度下进行，获得的平衡收率为10 - 20%氨， N2(g) + 3H2(g) ^~ 2NH3(g)AH = -92.4 kJ mol1方程1 方程1的反应是可逆的，意谓着反应可以根据条件正向(左到右)或者 反向进行。正向反应是;改热的，根据LeChateLier原理，这意谓反应产生热量并且低温有利于反应。提高温度倾向于推动反向反应进行，如果目标 是产生氨则这是不合需要的。然而，降低温度会降^^应速度，这也是不 合需要的。因此，需要足够高的中等温度允许反应以适当的速度进行，还不致高到驱动反应反向进行。通常，采用的温度为大约45(TC。高压有利于正向反应，因为每2摩尔产物消耗4摩尔反应物，意谓着 平衡位置将向右移动以产生更多氨，因为其他一切保持不变时，反应容器 中的气体摩尔数的减少将造成压力降^f氐。然而，压力越高，反应容器和相 关设备必须越坚固和昂贵。因此，尽可能与设备成^M目辅地提高压力。通 常，采用200-250atm左右的压力。催化剂对平衡位置没有影响。而是通过减少反应体系的活化能并由此 进而提高反应速率来改变反应轨迹。催化剂的使用允许该方法在较低的温 度进行，如同在前面提及，较低的温度有利于正向反应。然而，通过找到 改进的催化剂或者在较低的温度进行可获得的优势，通过氮气和氢气合成 氨的反应的平衡常数的温度依赖性得以证实，详细列在下表l中。<table>table see original document page 5</column></row><table>平衡常数是化学中公知的比率。较大的平衡常数有利于更多化学产品 的产生和化学反应物的消耗(例如，反应有更大的向右进行的趋势)。氨作 为气体生成，但在冷凝器中冷却时在所用高压下液化，因此作为液体移出。 未反应的氮气和氢气随后送回反应中。产品的移出有助于导致如方程1所 述的剩余的富含反应物的体系从左向右移动以便接近热力学平衡。已经注意到在采用Haber方法的传统的氨生产中存在许多问题，包括 在非常高的压力和高温下安全操作设备导致的大量费用，以及加热原料和i殳备到这样的高温的运行费用。从经济角度出发，减少这些费用中的一部 分将是有利的。需要能避免进行常规生产方法所需的高温和高压，而且允许在比迄今 为止都低的成本下进行的生产氨的系统和方法。专利技术概述在一方面，本专利技术涉及制造氨的方法。该方法包括如下步骤提供化 学反应器，其具有加热器和与其有效连接并被设计成保持化学反应器在所 需运行温度下的相伴加热器控制器；在化学反应器内提供一定量的含Li 物质、 一定量的被设计成可ii^含Li物质的催化剂、 一定量的含氢气体和 一定量的氮气；在所需的温度下运行所述化学反应器以产生氨，和移出并 纯化如此产生的氨。在一个实施方案中，含Li物质是锂金属。在一个实施方案中，含Li 物质为Li3N。在一个实施方案中，被^殳计成可以ii^含Li物质的催化剂 包含过渡金属。在一个实施方案中，过渡金属是选自由铁、钛、钒和锰组 成的组中的金属。在一个实施方案中，过渡金属是钌。在一个实施方案中， 在化学反应器内提供一定量的含Li物质、 一定量的被设计成可i4^含Li 物质的催化剂、 一定量的含氢气体和一定量的氮气的步骤包括使全部的列 举的试剂和催化剂同时存在。在一个实施方案中，在化学反应器内提供一 定量的含Li物质、 一定量的被设计成可进入含Li物质的催化剂、 一定量 的含氢气体和一定量的氮气的步骤包括使全部的列举的试剂和催化剂中的 一部分同时存在。在另一个方面，本专利技术的特征在于制造氨的方法。该方法包括如下步 骤提供化学反应器，其具有加热器和与其有效连接并^^殳计成保持化学 反应器在所需运行温度下的相伴加热器控制器，和与其有效连接并被设计 成保持化学反应器在所需运行压力下的压力控制器；在化学反应器内提供 一定量的无7JC氛； 一定量的被设计成可ii^无水氨的催化剂， 一定量含氢 气体和一定量氮气；在所需温度和所需压力下运行化学反应器使无水氨以 超临界状态存在；从含氢气体和氮气产生额外的氨；和由化学反应器移出 产生的额外的氨。6在一个实施方案中，被设计成可进入无水氨的催化剂包含过渡金属。 在一个实施方案中，过渡金属是选自由铁、钛、钒和锰组成的组中的金属。 在一个实施方案中，过渡金属是钌。在一个实施方案中，在化学反应器内 提供一定量的无7jC氨、 一定量的被设计成可进入无水氨的催化剂、 一定量 的含氢气体和一定量的氮气的步骤包括使全部列举的反应物和催化剂同时 存在于化学反应器中。在一个实施方案中，在化学反应器中提供一定量的 无水氨、 一定量的被设计成可进入无7]C氨的催化剂、 一定量的含氢气体和 一定量的氮气的步骤包括使全部列举的试剂和催化剂中的一部分同时存在 于化学反应器内。在再一个方面，本专利技术的特征在于制造氨的方法。该方法包括如下步骤提供化学反应器，其具有加热器和与其有效连接并被设计成保持化学 反应器在所需运行温度下的相伴加热器控制器；在化学反应器内提供一定 量的包含金属氮化物的催化剂， 一定量含氢气体和一定量氮气；在所需温 度下运行化学反应器以产生氨；并移出和纯化由此产生的氨。本专利技术的上述及其他目标、方面、特征和优势将在以下描述和权利要 求中变得更加清楚。附图简要说明参考下文的附图和权利要求，可以更好地了解本专利技术的目标和特征。 附图不必严格到按比例测量，而是重点在于举例说明本专利技术的原则。在附 图中，在各种视图中，用相同的数字表示相同的零件。附图说明图1是说明物质C02三相即气态、液态和固态的压力-温度关系的示意图，包括液态和气态进入到超临界态的压力和温度的临界点。 图2是说明实施本专利技术各方面的化学反应器的特征的示意图。专利技术详述 第一实施方案在一个方面，本专利技术涉及使用金属氮化物催化从氢气和氮气制备氨。目前对一氮化三锂Li3N作为储氢材料具有广泛兴趣。这是因为一氮化三锂与氢气在250'C根据方程2可逆反应。Li3N(s) + 2H2(g) 2LiH(s) + LiNH2(s) 方程2吸附的氢气可以通过加热释放，但是它与少量氨一起解吸，其在燃料电池中造成催化剂中毒。前面描述的铁催化剂有助于打断H-H键，允许离解的氢气与更加惰性的N2分子反应。这就是为什么还需要比较高的温度产生氨。当高的总压是工艺的热力学要求时，能活化1\2和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造氨的方法，包括如下步骤：　提供化学反应器，其具有加热器和与其有效连接并被设计成保持所述化学反应器在所需运行温度下的相伴加热器控制器；　在所述化学反应器内提供一定量的含Ｌｉ物质、一定量的被设计成可进入所述含Ｌｉ物质的催化剂、一定量 的含氢气体和一定量的氮气；　在所需温度下运行所述化学反应器以产生氨；和　移出并纯化如此产生的所述氨。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：GS麦格雷迪，C威尔森，
申请(专利权)人：HSM系统公司，
类型：发明
国别省市：CA[]