一种氢氮混合气的制备方法及其应用

本发明属于化学工艺领域，尤其涉及一种氢氮混合气的制备方法及其应用。

背景技术：

1、氨对地球上的生物有相当重要的作用，它是许多食物和肥料的重要成分。氨是制备硝酸、化肥、炸药的重要原料，是所有药物直接或间接的组成。经过降温加压后可以变为液体，液氨可作为一种制冷剂，也可作为液态储氢材料。在众多行业中氨都发挥着它极大的作用。

2、目前，工业制氨所采用的最为普遍的方法为直接合成法，即将氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成氨。氢氮混合气作为合成氨的原料，其制取过程是否环保、经济、高效，对于工业制氨企业至关重要。

3、现今工业上所采用的制取氢氮混合气的方法中，合成气造气是氢氮混合气中的氢气的主要来源，而合成气中所含有的硫化物、碳的氧化物及水蒸气都对生产过程中所用的催化剂有害，需要在合成氨之前去除；氢氮混合气中的氮的来源，是在制氢时加入空气，或在合成前补加纯氮气。该方法涉及到的工艺复杂、后期处理较多、反应所需的能耗大并且还会产生大量的碳排放。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氢氮混合气的制备方法及其应用，该制备方法的成本低，工艺简单，连续稳定，且过程中不存在碳的排放问题。

2、本发明提供了一种氢氮混合气的制备方法，包括以下步骤：

3、将含氮载气通入水中，随后含氮载气携带水蒸气一起进入固体氧化物电解池的燃料极侧，并在固体氧化物电解池中进行电解；

4、所述电解的过程中，燃料极侧产生的尾气即为氢氮混合气。

5、优选的，所述含氮载气为空气。

6、优选的，所述固体氧化物电解池的类型为平管型固体氧化物电解池、平板型固体氧化物电解池或单管型固体氧化物电解池。

7、优选的，所述平管型固体氧化物电解池包括：空气极集流层、空气极、阻隔层、固体电解质、燃料极、支撑层和燃料极集流层，所述空气极集流层、空气极和阻隔层依次接触，所述燃料极、支撑层和燃料极集流层依次接触，所述固体电解质位于所述阻隔层与燃料极之间，并包裹燃料极与支撑层的外表面暴露区域。

8、优选的，所述含氮载气携带水蒸气一起进入固体氧化物电解池的燃料极侧的具体过程包括：所述含氮载气携带水蒸气一起进入所述平管型固体氧化物电解池的支撑层的孔道中，经扩散后到达燃料极。

9、优选的，进入所述固体氧化物电解池的水蒸气占含氮载气与水蒸气总进气量的50～95％。

10、优选的，所述电解的温度为600～900℃。

11、优选的，所述电解的电压为1～1.4v；所述电解的电流为30～60a。

12、优选的，还包括：对所述燃料极侧产生的尾气进行干燥。

13、本发明提供了一种合成氨的方法，以上述技术方案所述的制备方法制备的氢氮混合气作为合成氨的原料气。

14、与现有技术相比，本发明提供了一种氢氮混合气的制备方法及其应用。本发明提供的制备方法包括以下步骤：将含氮载气通入水中，随后含氮载气携带水蒸气一起进入固体氧化物电解池的燃料极侧，并在固体氧化物电解池中进行电解；所述电解的过程中，燃料极侧产生的尾气即为氢氮混合气。本发明提供的方法以含氮气体为载气将水汽带入固体氧化物电池中，经由固体氧化物电解池转化为氢氮混合气。该方法的操作简单，成本低，能耗低，环境友好，转化率高，且过程中不存在碳的排放问题，在合成氨领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种氢氮混合气的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮载气为空气。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固体氧化物电解池的类型为平管型固体氧化物电解池、平板型固体氧化物电解池或单管型固体氧化物电解池。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述平管型固体氧化物电解池包括：空气极集流层、空气极、阻隔层、固体电解质、燃料极、支撑层和燃料极集流层，所述空气极集流层、空气极和阻隔层依次接触，所述燃料极、支撑层和燃料极集流层依次接触，所述固体电解质位于所述阻隔层与燃料极之间，并包裹燃料极与支撑层的外表面暴露区域。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含氮载气携带水蒸气一起进入固体氧化物电解池的燃料极侧的具体过程包括：所述含氮载气携带水蒸气一起进入所述平管型固体氧化物电解池的支撑层的孔道中，经扩散后到达燃料极。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进入所述固体氧化物电解池的水蒸气占含氮载气与水蒸气总进气量的50～95％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解的温度为600～900℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解的电压为1～1.4v；所述电解的电流为30～60a。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：对所述燃料极侧产生的尾气进行干燥。

10.一种合成氨的方法，其特征在于，以权利要求1～9任一项所述的制备方法制备的氢氮混合气作为合成氨的原料气。

技术总结本发明属于化学工艺领域，尤其涉及一种氢氮混合气的制备方法及其应用。本发明提供的制备方法包括以下步骤：将含氮载气通入水中，随后含氮载气携带水蒸气一起进入固体氧化物电解池的燃料极侧，并在固体氧化物电解池中进行电解；所述电解的过程中，燃料极侧产生的尾气即为氢氮混合气。本发明提供的方法以含氮气体为载气将水汽带入固体氧化物电池中，经由固体氧化物电解池转化为氢氮混合气。该方法的操作简单，成本低，能耗低，环境友好，转化率高，且过程中不存在碳的排放问题，在合成氨领域具有良好的应用前景。技术研发人员：官万兵,杨嘉炜,宋子晗,刘武受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/1