利用整合强化方法的氨生产技术

本发明专利技术揭示一种氨生产方法。所述方法利用生物质废物等等气化来产生合成气，所述合成气使用整合系统，包括使用富氮空气和多孔涂布催化剂，在等离子体反应器中产生氨。最终使用磺化PolyHIPE聚合物回收氨，所述磺化PolyHIPE聚合物可在中和后用作肥料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种生产氨的方法并且具体地说(但不只是)涉及一种在整合系统中使生物质气化以生产氨的方法。
技术介绍
最常见的大规模氨生产方法利用天然气作为氢源和转换能量。生物质和类似燃料源的气化也可以被用来产生氢气，并且这可以类似地用于氨生产。然而，这些氨生产方法涉及反复加压-减压、加热-冷却和吸附-解吸阶段，从而使其成为能源密集型和低效的方法并且使天然气成为用于氨生产的最经济的氢源。本专利技术的优选实施例寻求克服现有技术的上述缺点。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种氨生产方法，所述方法包含以下步骤: 使可燃物质气化以产生合成气，所述气化过程包括从用于气化过程的空气中提取氧气，从而产生富氮空气； 实质上从所述富氮空气中去除氧气以产生实质上不含氧气的空气； 从所述合成气中分离氢气；以及 使所述氢气与所述实质上不含氧气的空气反应以产生氨。通过从空气 流中去除氧气，以提供用于气化过程的氧气，并且提供富氮空气流，然后从富氮空气流中去除更多的氧气，并且使其中的氮气与来自从气化过程所产生的合成气的氢气反应以产生氨，可提供以下优点:此整合系统是一种有效的氨生产方式。特别是，从空气流中去除氧气产生富氮空气，其然后可以与通过气化过程产生的氢气一起用来生产氨。在这种整合系统中，在整个系统中维持高温，从而提高氨生产效率。此外，与用于工业氨生产的现有技术方法不同，现有技术方法中反应混合物包括氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、氧气和水，而在本专利技术的方法中不存在潜在催化剂毒物；即，碳化合物以及氧气与水都被减到最少。反应混合物中的氧气通过产生水而被消耗，当反应混合物离开第一氨反应器时，水与氨一起被吸附或冷凝。目前的氨生产方法代表一种适合使用来源于化石燃料的原料的大型生产能力中央生产系统，所述化石燃料也是在中央处理化学厂生产的。本专利技术的方法尤其适于小型生产能力，因为其旨在使用如生物质和生物质废物等可再生资源。然而，通过整合范围从原料到产物产生变动的大规模强化工艺，小规模生产是可维持的。已显示工艺强化技术适于小规模生产(参看G.阿卡伊(G.Akay),生物化学和化学工艺强化(Biochemical andchemical process Intensification),化学力口工百科全书(Encyclopaedia of ChemicalProcessing),第185-198页，编辑:S.李(S.Lee),马塞尔 德克尔出版公司(MarcelDekker),纽约(NY), 2006)。在一个优选实施例中，使用氧选择性膜从空气中提取氧气。通过使用氧选择性膜，可提供以下优点:可极有效地从空气流中提取氧气。此外，膜接近气化器的热区(氧化区和还原)使得膜的温度升高到它可极有效地起作用的水平。在一个优选实施例中，通过与已去除氢气的合成气一起燃烧来去除氧气。通过使用一些在从合成气中分离氢气之后在气化过程中产生的乏氢合成气，从空气流中去除更多的氧气增强了用于氨合成中的氮气浓度。这种方法进一步提高系统的效率，因为通过乏氢合成气的燃烧所产生的热量可用于提供气化器的燃烧区中的热量，而同时从富氮空气流中去除所有(或几乎所有)更多的氧气。在一个优选实施例中，使用至少一个氢选择性膜从合成气中提取氢气。通过使用氢选择性膜从合成气中提取氢气，提供以下优点:所述膜极有效地从合成气中提取氢气。使乏氢合成气在具有氧选择性膜之第二反应器中完全燃烧时，合成气转化为二氧化碳和水，其可再循环回到气化器反应器中以提供能量以及二氧化碳和水以增强氢气产生。 在一个优选实施例中，产生氨的反应发生在等离子体反应器中。通过使用等离子体反应器来产生氨，提供以下优点:可以有效生产率由处于或接近大气压力的热气体流生产氨，而无需增加离开气化过程的气体流的压力或改变离开气化过程的气体流的温度。根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于生产氨的设备，所述设备包含: 至少一个用于使可燃物质气化以产生合成气的气化器，所述气化器包括至少一个用于从用于气化过程中的空气中提取氧气从而产生富氮空气的第一氧去除装置； 至少一个用于从所述富氮空气中实质上去除氧气以产生实质上不含氧气的空气的第二氧去除装置； 至少用于从所述合成气中分离氢气的氢分离装置；以及 至少一个用于使所述氢气与所述实质上不含氧气的空气反应以产生氨的反应装置。在一个优选实施例中，至少一个第一氧去除装置包含氧选择性膜。在另一个优选实施例中，至少一个所述第二氧去除装置包含至少一个用于与已去除氢气的合成气一起燃烧的燃烧装置。在一个优选实施例中，氢分离装置包含至少一个氢选择性膜。在另一个优选实施例中，反应装置包含等离子体反应器。根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于气化器的空气输入系统，所述输入系统包含: 至少一个用于接收空气的输入端； 至少一个经调适以邻近气化器的燃烧区定位的氧选择性膜，所述膜允许来自所述的所接收空气的氧气穿过所述膜并且进入所述气化器中。通过邻近气化器的燃烧区定位氧选择性膜并且将空气流导向所述膜，可提供以下优点:可从可自由获得的空气中提取氧气。此外，氧选择性膜在被加热到类似于气化器中所产生的温度的温度时最有效地起作用。因为在气化过程中使用氧气，所以氧气在通过膜之后被立即去除。因此，紧邻膜的气化器侧存在氧反应的化学势，从而促进氧气通过膜。此夕卜，膜的使用产生副产物富氮空气，其可接着用于氨的生产中。空气输入系统可进一步包含用于引导已经提取掉氧气的空气的空气提取构件。通过提供提取构件，提供以下优点:向膜提供完全氧化的空气的连续物流。空气输入系统可进一步包含至少一个黏结于膜的支撑层。通过提供黏结于膜的多孔支撑层，提供以下优点:所述膜将更稳固地以机械性和热的方式吸附机械应力和热应力并且允许使用极薄又有效的膜。在另一个优选实施例中，膜进一步包含至少一个第一催化剂层。通过在膜的渗透侧提供催化剂，提供以下优点:这促进气化过程期间的氧化，又转而促进氧气被吸引穿过膜。通过在氧选择性膜的进料侧提供催化剂，提供以下优点:这促进氧分子的解离，因此加速氧气扩散穿过膜。在另一个优选实施例中，膜进一步包含相较于所述第一催化剂层定位于距所述膜更远处的至少一个第二催化剂层。通过在膜的反应侧提供多孔牺牲型催化剂，由于催化剂毒物与牺牲型多孔催化剂的反应，催化剂与膜都受到保护而免于中毒。牺牲型催化剂不具活性并且相较于所保护的催化剂和选择性膜为廉价的。根据本专利技术的另一个方面，提供一种催化剂，其包含: 至少一个包含至少一种催化剂材料的催化剂主体；以及 至少一个涂层，其实质上围绕所述催化剂材料延伸并且包括至少一种多孔材料，从而允许反应物扩散穿过所述多孔材料并且与所述催化剂材料配合。通过用多孔材料涂布催化剂，提供以下优点:多孔材料可对催化剂的表面提供物理保护。在一个优选实施例中，涂层实质上是电绝缘的。通过在催化剂粒子上使用多孔电介质屏障涂层，提供以下优点:催化剂自身用作电介质屏障。然后有可能在等离子体反应器中使用经电介质屏障涂布的催化剂，其中如果催化剂具金属性且因此具有足够电导率，那么只有一个(或甚至没有一个)电极被电介质屏障隔离，如果它未通过电介质屏障而被隔离，那么它充当电极。使用经电介质屏障涂布的催化剂作为电极(其中之一被隔离)之间的空间中的填充床，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：阿卡伊，加利普，
申请(专利权)人：纽卡斯尔大学，
类型：
国别省市：