利用整合強化方法的氨生產的製作方法

2023-07-03 20:44:36 2

專利名稱：利用整合強化方法的氨生產的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生產氨的方法並且具體地說(但不只是)涉及一種在整合系統中使生物質氣化以生產氨的方法。
背景技術：
最常見的大規模氨生產方法利用天然氣作為氫源和轉換能量。生物質和類似燃料源的氣化也可以被用來產生氫氣，並且這可以類似地用於氨生產。然而，這些氨生產方法涉及反覆加壓-減壓、加熱-冷卻和吸附-解吸階段，從而使其成為能源密集型和低效的方法並且使天然氣成為用於氨生產的最經濟的氫源。本發明的優選實施例尋求克服現有技術的上述缺點。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種氨生產方法，所述方法包含以下步驟:
使可燃物質氣化以產生合成氣，所述氣化過程包括從用於氣化過程的空氣中提取氧氣，從而產生富氮空氣；
實質上從所述富氮空氣中去除氧氣以產生實質上不含氧氣的空氣；
從所述合成氣中分離氫氣；以及 使所述氫氣與所述實質上不含氧氣的空氣反應以產生氨。通過從空氣 流中去除氧氣，以提供用於氣化過程的氧氣，並且提供富氮空氣流，然後從富氮空氣流中去除更多的氧氣，並且使其中的氮氣與來自從氣化過程所產生的合成氣的氫氣反應以產生氨，可提供以下優點:此整合系統是一種有效的氨生產方式。特別是，從空氣流中去除氧氣產生富氮空氣，其然後可以與通過氣化過程產生的氫氣一起用來生產氨。在這種整合系統中，在整個系統中維持高溫，從而提高氨生產效率。此外，與用於工業氨生產的現有技術方法不同，現有技術方法中反應混合物包括氮氣、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氧氣和水，而在本發明的方法中不存在潛在催化劑毒物；即，碳化合物以及氧氣與水都被減到最少。反應混合物中的氧氣通過產生水而被消耗，當反應混合物離開第一氨反應器時，水與氨一起被吸附或冷凝。目前的氨生產方法代表一種適合使用來源於化石燃料的原料的大型生產能力中央生產系統，所述化石燃料也是在中央處理化學廠生產的。本發明的方法尤其適於小型生產能力，因為其旨在使用如生物質和生物質廢物等可再生資源。然而，通過整合範圍從原料到產物產生變動的大規模強化工藝，小規模生產是可維持的。已顯示工藝強化技術適於小規模生產(參看G.阿卡伊(G.Akay),生物化學和化學工藝強化(Biochemical andchemical process Intensification),化學力口工百科全書(Encyclopaedia of ChemicalProcessing),第185-198頁，編輯:S.李(S.Lee),馬塞爾 德克爾出版公司(MarcelDekker),紐約(NY), 2006)。在一個優選實施例中，使用氧選擇性膜從空氣中提取氧氣。
通過使用氧選擇性膜，可提供以下優點:可極有效地從空氣流中提取氧氣。此外，膜接近氣化器的熱區(氧化區和還原)使得膜的溫度升高到它可極有效地起作用的水平。在一個優選實施例中，通過與已去除氫氣的合成氣一起燃燒來去除氧氣。通過使用一些在從合成氣中分離氫氣之後在氣化過程中產生的乏氫合成氣，從空氣流中去除更多的氧氣增強了用於氨合成中的氮氣濃度。這種方法進一步提高系統的效率，因為通過乏氫合成氣的燃燒所產生的熱量可用於提供氣化器的燃燒區中的熱量，而同時從富氮空氣流中去除所有(或幾乎所有)更多的氧氣。在一個優選實施例中，使用至少一個氫選擇性膜從合成氣中提取氫氣。通過使用氫選擇性膜從合成氣中提取氫氣，提供以下優點:所述膜極有效地從合成氣中提取氫氣。使乏氫合成氣在具有氧選擇性膜之第二反應器中完全燃燒時，合成氣轉化為二氧化碳和水，其可再循環回到氣化器反應器中以提供能量以及二氧化碳和水以增強氫氣產生。

在一個優選實施例中，產生氨的反應發生在等離子體反應器中。通過使用等離子體反應器來產生氨，提供以下優點:可以有效生產率由處於或接近大氣壓力的熱氣體流生產氨，而無需增加離開氣化過程的氣體流的壓力或改變離開氣化過程的氣體流的溫度。根據本發明的另一個方面，提供一種用於生產氨的設備，所述設備包含:
至少一個用於使可燃物質氣化以產生合成氣的氣化器，所述氣化器包括至少一個用於從用於氣化過程中的空氣中提取氧氣從而產生富氮空氣的第一氧去除裝置；
至少一個用於從所述富氮空氣中實質上去除氧氣以產生實質上不含氧氣的空氣的第二氧去除裝置；
至少用於從所述合成氣中分離氫氣的氫分離裝置；以及
至少一個用於使所述氫氣與所述實質上不含氧氣的空氣反應以產生氨的反應裝置。在一個優選實施例中，至少一個第一氧去除裝置包含氧選擇性膜。在另一個優選實施例中，至少一個所述第二氧去除裝置包含至少一個用於與已去除氫氣的合成氣一起燃燒的燃燒裝置。在一個優選實施例中，氫分離裝置包含至少一個氫選擇性膜。在另一個優選實施例中，反應裝置包含等離子體反應器。根據本發明的另一個方面，提供一種用於氣化器的空氣輸入系統，所述輸入系統包含:
至少一個用於接收空氣的輸入端；
至少一個經調適以鄰近氣化器的燃燒區定位的氧選擇性膜，所述膜允許來自所述的所接收空氣的氧氣穿過所述膜並且進入所述氣化器中。通過鄰近氣化器的燃燒區定位氧選擇性膜並且將空氣流導向所述膜，可提供以下優點:可從可自由獲得的空氣中提取氧氣。此外，氧選擇性膜在被加熱到類似於氣化器中所產生的溫度的溫度時最有效地起作用。因為在氣化過程中使用氧氣，所以氧氣在通過膜之後被立即去除。因此，緊鄰膜的氣化器側存在氧反應的化學勢，從而促進氧氣通過膜。此夕卜，膜的使用產生副產物富氮空氣，其可接著用於氨的生產中。空氣輸入系統可進一步包含用於引導已經提取掉氧氣的空氣的空氣提取構件。
通過提供提取構件，提供以下優點:向膜提供完全氧化的空氣的連續物流。空氣輸入系統可進一步包含至少一個黏結於膜的支撐層。通過提供黏結於膜的多孔支撐層，提供以下優點:所述膜將更穩固地以機械性和熱的方式吸附機械應力和熱應力並且允許使用極薄又有效的膜。在另一個優選實施例中，膜進一步包含至少一個第一催化劑層。通過在膜的滲透側提供催化劑，提供以下優點:這促進氣化過程期間的氧化，又轉而促進氧氣被吸引穿過膜。通過在氧選擇性膜的進料側提供催化劑，提供以下優點:這促進氧分子的解離，因此加速氧氣擴散穿過膜。在另一個優選實施例中，膜進一步包含相較於所述第一催化劑層定位於距所述膜更遠處的至少一個第二催化劑層。通過在膜的反應側提供多孔犧牲型催化劑，由於催化劑毒物與犧牲型多孔催化劑的反應，催化劑與膜都受到保護而免於中毒。犧牲型催化劑不具活性並且相較於所保護的催化劑和選擇性膜為廉價的。根據本發明的另一個方面，提供一種催化劑，其包含:
至少一個包含至少一種催化劑材料的催化劑主體；以及
至少一個塗層，其實質上圍繞所述催化劑材料延伸並且包括至少一種多孔材料，從而允許反應物擴散穿過所述多孔材料並且與所述催化劑材料配合。通過用多孔材料塗布催化劑，提供以下優點:多孔材料可對催化劑的表面提供物
理保護。在一個優選實施例中，塗層實質上是電絕緣的。通過在催化劑粒子上使用多孔電介質屏障塗層，提供以下優點:催化劑自身用作電介質屏障。然後有可能在等離子體反應器中使用經電介質屏障塗布的催化劑，其中如果催化劑具金屬性且因此具有足夠電導率，那麼只有一個(或甚至沒有一個)電極被電介質屏障隔離，如果它未通過電介質屏障而被隔離，那麼它充當電極。使用經電介質屏障塗布的催化劑作為電極(其中之一被隔離)之間的空間中的填充床，因此允許降低等離子體產生的功率消耗並且增大電極之間的分隔距離，同時仍形成等離子體。通過在催化劑粒子上使用多孔電介質屏障塗層，提供以下優點:因為催化劑本身用作電介質放電屏障，所以在催化劑附近產生電介質屏障放電等離子體。在催化劑附近由等離子體產生的反應性化學物質然後迅速地擴散穿過催化劑塗層進入多孔催化劑中以進行化學轉化，之後再結合，因此加速反應速率與產率。在一個優選實施例中，塗層包含氧化鋇(BaO)。在另一個優選實施例中，塗層包含鈦酸鋇(BaTiO3X通過使用陶瓷或相對高介電常數(電容率)的金屬氧化物(如氧化鋇、二氧化矽、氧化鈦(電容率在10範圍內))或高電容率混合氧化物(如鈣鈦礦)或極高電容率材料(如鈦酸鋇(電容率1000))，有可能增強等離子體強度。

根據本發明的另一個方面，提供一種製備催化劑的方法，其包含用多孔材料塗布催化劑主體的步驟，所述步驟經調適以允許反應物擴散穿過所述材料並且與所述催化劑配
口 ο根據本發明的另一個方面，提供一種催化反應的方法，其包含根據上文闡述的氨生產方法使反應物與催化劑混合的步驟。根據本發明的另一個方面，提供一種等離子體反應器，其包含:
至少一個容器，其經調適用於接收反應物；
多個電極，其包含於所述容器的最外層體積內；以及
至少一種顆粒狀催化劑材料，其經多孔且實質上電絕緣的材料塗布。通過用電絕緣材料塗布催化劑並且將其放在還含有電極的容器中，提供以下優點:電極可包含在容器內，同時所述容器中還定位有正常導電催化劑。因此，在同時還含有催化劑的容器內極有效地產生等離子體，從而產生高產物產率。 在一個優選實施例中，容器包含至少一個電極。容器可能是管狀的。在另一個優選實施例中，至少一個電極實質上沿所述管狀容器的中心延伸。通過使用同心管狀石英等離子體反應器，提供以下優點:儘管電極之間的距離可能較小，但在具有足夠反應時間的高空間速度下，定位有催化劑床的等離子體空間的體積可以被控制並且反應物的滯留時間可能較大。如果所需氣體空間速度較小，那麼圓柱形反應器構型為優選的。低氣體空間速度可用於預防催化劑粒子腐蝕以及可用於高轉化。通過使用極多孔的催化劑，提供以下優點:在活化化學物質通過再結合變得失活之前，反應物和活化化學物質更快地到達催化位點。對於也是多孔的催化劑塗層，這個優點也成立。通過使用 具有催化劑塗層的等離子體反應器，提供以下優點:在氨合成中使用等離子體來活化如氮氣和氫氣等反應物，甚至在低溫和低壓下也如此。因此，所得反應器在低壓和低溫下操作，提供資金和操作成本優勢。然而，在氨合成之情況下，為達到高轉化率，在現有技術的最佳工業實踐中，操作壓力範圍是150-250 atm並且典型的溫度範圍是350-550°C。儘管高壓和低溫有利於高轉化率，但現有技術的工業過程使得每次通過反應器只達到10-15%轉化率，接著在低溫下回收氨並且重複所述過程。在最佳條件下的平衡轉化率約為50%，因此15%範圍的轉化率遠低於熱力學平衡條件。通過在大氣壓力和低溫(150-250°C)下使用等離子體反應器，平衡轉化率範圍是25% (在150°C下)和5% (在250°C下)。本發明的技術可以達到5-10%轉化率，儘管在顯著更低的壓力和溫度下工作，但達到更接近於平衡值的轉化率。這轉而可允許顯著地降低資金成本和降低運行成本。因此，小規模工廠在經濟上是可行的，但所述方法同樣可應用於大規模氨生產。根據本發明的另一個方面，提供一種從包括氨、氫氣和氮氣的氨生產氣體流中提取氨的方法，其包含以下步驟:
使包括氨的氣體流通過強酸離子交換樹脂床，其中至少一些氨被吸附到所述床上； 一旦為了進一步反應而去除至少一些氨後，就將所述氣體流再循環。在一個優選實施例中，強酸離子交換樹脂包含磺化PolyHIPE聚合物(PHP)。在另一個優選實施例中，強酸離子交換樹脂包含高交聯磺化離子交換樹脂。這種從包括氫氣和氮氣的氣流(其中已反應出氨)中提取氨的方法包括使其通過酸形式的磺化納米結構微孔聚合物(稱作PolyHIPE聚合物)(主要是苯乙烯-二乙烯苯交聯共聚物)並且隨後使未反應的氫氣和氮氣流再循環回到反應器中或將未反應的氣體流饋入串聯的第二階段反應器中並且重複所述過程，直到所有反應物氣體都被消耗，總轉化率高於95%。在這種多階段反應器配置(等離子體反應器，接著為氨吸附階段)中，初始氨捕捉(其還包括氨吸附)是通過鹼(氨)與酸(磺化PolyHIPE聚合物)之間的中和化學反應來進行的，所述反應可在高於100°C (至多200°C，高於200°C的話聚合物會開始降解)的高溫下發生。因為來自等離子體反應器的產物流(氨+氫氣+氮氣+水)含有水，所以由於氫氣與氮氣進料中未去除的氧氣的反應，磺化PolyHIPE聚合物還將吸附水(在室溫下為其自身重量的至多40倍、但至少10倍)，其轉而溶解更多氨，因此增大磺化PolyHIPE聚合物的氨保持能力。通過使用高度交聯和已磺化的聚苯乙烯類聚合物，可進一步增強磺化PolyHIPE聚合物的化學氨結合能力。現有技術中有關去除氨的作法是使其通過如水等合適的吸收劑。將氨溶解在水中，但將水蒸汽引入氣體流中。作為替代方案，將氨和水冷凍而以產物形式將其移去。本發明消除了乾燥反應物流的需要。通常需要乾燥，因為水充當臨時催化劑毒物。然而，水的催化劑中毒效應不如氧氣、一氧化碳和二氧化碳顯著，氧氣、一氧化碳和二氧化碳存在於常規方法中但不存在於本發明技術中。來自本發明技術的最終產物是吸附有游離氨的磺化PolyHIPE聚合物的銨鹽，其可用如磷酸或硝酸等合適的酸回收或中和以在PolyHIPE聚合物的孔內提供其它量的肥料。如PCT W02010/040996中所揭示，這種產物可用作肥料和土壤調節劑。這種肥料產物也消除了硝酸銨肥料的爆炸風險並且提供安全操作。其還通過顯著降低生產成本和產生可用和容易操作的肥料而改變了氨生產的經濟性。


現在將僅通過舉例並且不以任何限制性意義並參考隨附圖式來描述本發明的優選實施例，其中:
圖1是本發明的用於生產氨的化學工廠的示意性圖示；
圖2是本發明中所用的氣化器的示意性圖示；
圖3是本發明中所用的氣化器的示意性`截面 圖4是本發明中所用的氣化器的截面 圖5是本發明的氣化器中所用的空氣輸入系統的截面 圖6是本發明中所用的氣化器的一部分的平面 圖7是本發明中所用的氧去除系統的示意性圖示；
圖8是本發明的催化劑的示意性截面 圖9是本發明的等離子體反應器的示意性圖示；
圖10是本發明的另一個等離子體反應器的示意性截面圖示；
圖11是本發明的另一個等離子體反應器的示意性截面圖示；
圖12和圖13是本發明的其它等離子體反應器的示意性圖示；
圖14 (a, b, c)是根據實例B-1製備的納米結構微孔催化劑在增加的倍率下的掃描電子顯微照片，其顯示孔的分級；
圖15 (a, b)是根據實例B-1製備的納米結構微孔催化劑在兩種不同倍率下的透射電子顯微照片，其顯示存在氧化鎳簇，尺寸約為10-30 nm；
圖16 (a，b，c)呈現掃描電子顯微照片(a，b)和透射電子顯微照片(c)，其顯示根據實例B-2製備的負載型鎳催化劑([Ni]/[Co]=l/5)在不同倍率下的微米和納米結構。圖示出孔結構的分級(a，b)和催化劑簇的小又均一的尺寸(尺寸約為3.53 nm)；
圖17 (a，b)呈現根據實例B-4製備的催化劑結構的掃描電子顯微照片，其顯示在高倍率下的緻密多孔催化劑結構(a)和界面；
圖18 (a, b, c)呈現根據實例C-3製備的經鈦酸鋇塗布的二氧化矽負載型鎳催化劑的掃描電子顯微照片。a)經塗布的催化劑粒子，其被故意破壞而顯露出其內部結構；b)表皮結構；c)核結構；
圖19 (a, b)呈現根據實例C-4製備的經鈦酸鋇塗布的二氧化矽負載型鎳催化劑的掃描電子顯微照片。a)總體外觀；b)界面處的表皮和核結構。
具體實施例方式參看圖1，氨生產系統10包括用於使可燃物質氣化以產生合成氣的氣化器12。氣化器12具有氧去除系統14，其接收空氣流16，提取用於氣化過程中的氧氣，並且提供富氮空氣流18。系統10還包括第二氧去除系統20，其從富氮空氣流18中去除實質上所有的氧氣以產生實質上不含氧氣的空氣流22。將生物質24輸入氣化器中，其是採用標準氣化反應用來自氧去除裝置14的氧氣26而發生氣化，產生合成氣28和灰分30。輸出合成氣28在合成氣清潔系統32中加以清潔，產生清潔的合成氣34以及焦油和微粒36，通過輸入端37將36再饋入氣化器12中。氫提取裝置38 (包括氫選擇性膜40，夾在兩個多孔載體之間)接收合成氣34以及蒸汽42以產生乏氫合成氣流44和氫輸出46。乏氫合成氣44接收於具有富氮空氣流18的第二氧去除系統20中並且燃燒以去除實質上所有的任何剩餘氧氣。這產生二氧化碳輸出50和熱量，將這個熱量部分地再循環回到氣化器12並且儲存剩餘二氧化碳。將來自氫提取裝置(呈氫選擇性膜40形式，夾在兩個多孔載體之間)的氫輸出46與實質上不含氧氣的空氣流22混合在反應裝置 52中，其將實質上不含氧氣的空氣流22中的氮氣與來自氫輸出46的氫氣組合以在反應裝置輸出流54中產生氨，將所述輸出流引到氨回收裝置56。反應裝置輸出流54含有產物(氨)，以及未反應的氮氣和氫氣和痕量的水。氨回收裝置56去除輸出流58中的氨和水並且將剩餘的氫氣和氮氣流60再循環回到反應裝置52中。在圖1中，氨回收操作56呈冷凍系統形式。然而，其可替換為任何合適的產物移去系統，包括氣體冷卻系統，接著為PolyHIPE聚合物的填充床，所述填充床用於使氨與酸形式的磺化PolyHIPE聚合物反應，其還吸附任何剩餘的水。將未反應的不含水分的氮氣和氫氣再循環回到反應器60，或優選地將這些反應物饋入第二等離子體反應器52a中，在其中進行進一步轉化。在第一等離子體反應器52中，當氧氣與氫氣反應時，以水的形式去除殘餘的氧氣。這種操作確保使用產物移去階段56將氮氣流中的殘餘氧氣從反應流中去除並且因此這個階段的水去除任務極為需要低溫操作。然而，一旦去除殘餘氧氣，就將產物流61饋入第二等離子體反應器52a中並且使用如磺化PolyHIPE聚合物55a等強酸離子交換樹脂在填充床56a中移去產物氨54a，其可在飽和56a後移去並儲存。將未反應的氮氣和氫氣61a饋入到第三等離子體反應器中或再循環回到60a以完成完全轉化。在第二和後續的等離子體反應器中，通過在例如氧化鎳催化劑上還原氫氣而產生少量的水。參看圖2，具有氧氣輸入系統的氣化器12的這種簡化的示意性圖示接收固體生物質燃料24以及空氣流16的輸入，已通過氧選擇性膜15從所述空氣流16中去除氧氣26。還向氣化器12提供呈輸入形式的其它空氣62、水64和CO2 66。氣化器12的輸出包括灰分30、合成氣28和富氮空氣流18。氣化器12更詳細地顯示在圖3和圖4中，其中進料區68通過氣鎖(未圖示)接收生物質24。使用進料螺杆70將生物質24饋入氣化器12中，但如果燃料進料能夠藉助重力連續操作，那麼可抽出進料螺杆。隨著生物質燃料24向下移動，來自燃燒區72的熱燃燒氣體加熱生物質燃料並且從燃料中去除水分。來自燃燒區72的氣體主要是氮氣和二氧化碳，即廢氣，其必須在排放到大氣中之前被清潔。來自進料區68和燃燒區72的氣體通過排氣裝置76和煙氣清潔單元(未圖示)通過帶孔格柵74離開氣化器。在定位燃燒區72中，經過乾燥和加熱的生物質燃料是使用通過歧管80進入燃燒區的熱空氣78而進行燃燒的。完全燃燒局限於一個小的中心區以產生足夠能量來加熱生物質到約400°C到500°C，正好低於熱解溫度。調節定位燃燒區72中的燃料進料和燃燒速率以使得離開進料區68和燃燒區72的氣體移去由定位燃燒產生的所有氮氣和合成氣。這個定位燃燒區和這個區的合成氣/煙氣回收78的目的有以下三點:
I)其提供氣化器中必要的初始溫度升高以使得氧選擇性膜可工作。2)因為在氣化開始時產生大量的焦油，所以其可能沉積在包括氧選擇性膜的氣化器的催化部件上。3)如果當合成氣質量下降時在氣化期間發生橋連(bridging),那麼就從氣化器頂部將合成氣吸收切換到煙氣出口 76。這種方法確保了合成氣質量不受損並且不需使用物理方法就可以打破橋連。在定位燃燒區72 下面定位有熱解區82和氧化區84。熱解區82的頂部填充有熱生物質，其準備利用由氧化區84輻射出的熱量而發生熱解。在熱解區82中發生熱解所需的熱量的一部分是隨著一些氣體被引向排氣孔76時由氧化區84中所產生的氣體的對流提供。將氧氣26引入氧化區84中並且與焦油和熱解氣體接觸以產生足夠能量用於氣化，使溫度升高到約1300°C。使一些合成氣進入熱解區82並且然後進入定位燃燒區72，在定位燃燒區72中被部分氧化而產生熱量。一旦接收足夠氧氣用於氣化，那麼就關閉煙氣出口並且從連接到合成氣風扇的合成氣出口 28接收高質量合成氣。在氧化區下面是還原和合成氣調節區86。在氧化區84中產生的合成氣通過帶孔格柵88並且進入歧管90中，在歧管90中使用圖6中所示的渦流產生器92將合成氣分成至少4股、但優選16股或更多股氣流。渦流臂94是從歧管延伸的小直徑管並且展開，從而允許微粒物質和焦油在離開渦流臂時從合成氣流中落下。這些微粒和焦油被灰分收集表面96捕捉，在灰分收集表面96處這些微粒和焦油可在灰分去除區98中與其它灰分結合或可通過輸入端37再循環以用於進一步氣化。渦流臂94以約30度向下傾斜，以防止灰分和焦油積聚並且對灰分粒子提供垂直方向的慣性，因此增強分離。此外，渦流臂的出口被縱切以使得從一個臂出現的氣體不會撞擊在下一個渦流臂的背後。為了通過合成氣產生的吸熱反應(如以下反應式所闡述)使反應平衡向氫氣產生方向移動，將水64與二氧化碳66的混合物分別注入100和102處的渦流臂中。渦流臂94的內部塗有催化劑，所述催化劑優選為鎳。作為替代方案，渦流臂可以由帶孔金屬製成，帶孔金屬後面填充有合適的催化劑。帶孔金屬保護催化劑並且蒸汽的存在有助於防止碳沉積並且充當氫源。渦流臂94優選地由兩個部件構成並且進一步優選地具有矩形橫截面，以使得其可容易地被組裝並且用於催化劑去除和再生。在圖6中，柱平面中只顯示四個渦流臂94。然而，可使用若干層的渦流臂來增大催化劑表面積，同時發生以下反應。涉及水的反應
CnHx + n HzOa (n+x/2) H2 + nCO
CH4 + H2O 3Η2 +COAH298 = +205.81 kj/mol
C2H4 + H2O 4Η2 + 2C0H298 = +210.07 kj/mol
CO + H2OaH2 + CO2AH298 = -41.16 kj/mol
C+ H2OaHz + COAH298 = +131.29 kj/mol
涉及CO2轉化的反應 CnHx + nC02a(x/2) H2 + 2nC0
CH4 + CO2 2H2 + 2C0AH298 = +246.98 kj/mol
C2H4 + 2C02 2H2 + 4C0AH298 = +292.41 kj/mol
CO2 + H2 CO + H2OAH298 = +41.16 kj/mol
CO2 + Ca2C0AH298 = +172.46 kj/mol` 將CO2和水注入氧化區中對於降低這`個區中的溫度也是重要的，這是因為由於在氣化操作中使用氧氣作為氧化劑將使壁溫增加到不可接受的程度，這會牽連到構造材料以及合成氣中存在的一些無機化合物的熔融(參看例如C.A喬丹(C.A Jordan)和G阿卡伊(G Akay),在燃料蔗渣的氣化期間鹼金屬、鹼土金屬以及形成灰分的主要元素的形態和分布(Speciation and distribution of alkali, alkali earth metals and major ashforming elements during gasification of fuel cane bagasse),燃料(Fuel), 2011,待發表)。為了降低氣化器壁溫，應通過來自二氧化碳入口 102和水入口 100的分流將水或二氧化碳注入氧化區中的氧氣空間84a和84b。在第一氧化區84和還原和合成氣收集區86下面是第二氧化區103和灰分收集區104，在第二氧化區103處剩餘燃料發生氧化，在灰分收集區104處重粒子向下行進並且在進料螺杆106周圍形成密封物。通過引入更多的氧氣26在第二氧化區103中發生進一步氧化，從而在還原區中產生更多的能量。所得氧化產物向上行進到第一氧化區84中並且最終通過還原區94由合成氣出口 28吸收。剩餘灰分30利用進料螺杆106而被向下引，隨後通過灰分去除區98去除。使用圖5中所示的氧去除系統將氧氣26引入第一氧化區84和第二氧化區103中。空氣流16通過空氣輸入107進入氧去除系統20並且進入環形腔室108中。這個腔室108徑向上向內存在有氧選擇性膜15，其由微孔鎳類或陶瓷載體109承載。微孔載體優選是鎳-硼或鎳發泡體，其優選地轉而由用多孔鎳形成的帶孔載體承載，所述多孔鎳還充當犧牲型催化劑並且相較於第一催化劑層定位於距膜更遠處，而第一催化劑層一般緊鄰所述膜。氧氣有選擇性地通過膜並且轉而通過微孔載體和帶孔載體以進入環形富氧空間110。帶孔的高溫鋼套管111分隔富氧空間110與氧化區84並且這種鋼可以優選地用帶孔的高溫陶瓷襯套112保護。氧選擇性緻密膜的實例包括混合氧化物BaCoftl.4)Fe((l.6_x)Zr(x)0(3_s)(其中X = O - 0.4並且δ是鈣鈦礦型氧化物中的氧非化學計量)或SrCeftl.95)Yb(a
由於氧擴散的化學勢極大，通過存在有在氧化區84中發生的氧化反應來增強氧氣轉移穿過膜15。然而，氧選擇性膜15暴露於氧化區84的高溫可物理性和化學性地破壞所述膜。因此，提供保護層。為了保護微孔金屬或陶瓷載體，將這個膜系統密封。通過使用高溫商業陶瓷密封劑來實現密封，它是在膜夾於膜固持器中後來施用。在燃燒側上，夾層型密封膜模塊含有犧牲型多孔催化劑。隨著氧去除的發生，產生富氮空氣流18。鄰近氧化區103使用與圖5中所示類似的氧去除系統來引入更多的氧氣以在進入灰分收集區104中之前進一步氧化灰分。需要向氧氣空間84b中引入水以防止壁溫過度增加。參看圖7，在氧去除系統20中從富氮空氣流18去除更多的氧氣。系統20經設計用於低溫和低壓應用並且說明雜合微反應器概念。系統20呈兩個催化性納米結構微孔板140和142的形式，兩個板由緻密的催化活性非感應電流電化學改進型(Non-FaradaicElectrochemical Modification of Catalytic activity, NEMCA)膜 144 隔開，因此形成夾層146。這些夾層NEMCA膜具有氫或氧選擇性，但無需局限於這兩種氣體。其滲透性通過由電源148施加橫跨催化板(其還充當電極)的電場而得到增強。儘管氨反應是放熱的，但速率決定性階段是氮分子解離成活性氮原子或高能物質。等離子體可實現氮解離，但應促進活性氮物質與氫氣的立即反應。這可通過在緊鄰催化劑處產生等離子體來實現。催化劑本身應為高度多孔的，以使得活性物質可在失活之前快速擴散到活性位點。為了提供此類催化性反應器，存在三種可能的不同電極配置。這些不同的選項取決於催化劑的介電常數。大多數非均相催化劑負載有高表面積材料，如氧化鋁或二氧化矽，其具有相對較高的介電常數。然而，催化劑本身具高導電性和低介電常數並且因此負載型催化劑將充當導體，其造成等離子體衰變。因此，對於負載型催化劑或一般型催化劑，視催化劑系統的介電常數而定來限制等離子體反應器的電極配置。因此，可用電極配置為:
a)如圖9中所示，兩個電極·都通過電介質屏障而與催化劑隔開，所述電介質屏障允許在等離子體放電空間中有導電催化劑。然而，等離子體的產生需要高電能輸入。b)如圖10中所示，一個電極與催化劑接觸，而第二電極在電介質屏障後面，所述電介質屏障只要催化劑經高介電常數材料塗布就允許在較低電能輸入下產生等離子體。在這種情況下，在經塗布的催化劑粒子上產生等離子體。c)如圖11中所示，兩個電極都與經高介電常數屏障塗布的催化劑接觸。在甚至更低的電能輸入下實現等離子體產生，並且在催化劑塗層上產生等離子體。參看圖9、10和11，提供等離子體反應器120作為用於將氮氣和氫氣轉化為氨的反應裝置52。等離子體反應器120包括容器122、接地電極124和由高電壓電源128提供動力的高電壓電極126。在容器122內還含有催化劑130。這種催化劑經電絕緣材料塗布，從而防止接地電極124與高電壓電極126之間短路。容器122優選是管狀的，具有外部管狀部分122a和內部管狀部分122b，形成石英或陶瓷鞘。氫氣和氮氣的混合物在氣體入口處進入容器。容器內的等離子體形成使氮氣與氫氣之間的反應開始以生產氨，所述氨與未反應的氮氣和氫氣一起排出氣體出口。還應當注意，僅需要少量的催化劑來促進氨生產。因此，經塗布的催化劑粒子可以與能減少所需催化劑的總量的其它粒子混合。舉例來說，鈦酸鋇球可以與經塗布的催化劑一起包括在內。
在圖9中，接地電極和高電壓電極都在容器的外部。在圖10中，一個電極包含在容器內，並且在圖11中，兩個電極都在容器內。在圖12中所示的替代性實施例中，電極是在容器的任一端處提供而非沿圓柱形容器軸向延伸。在圖13中所示的另一替代方案中，非軸向電極也用作一系列替代性多孔電極。另外參看圖8，經塗布的催化劑130由經多孔塗層134塗布的催化劑主體132形成。塗層優選是電絕緣的，從而允許催化劑放置在兩個電極之間而無短路的風險。塗層可以是二氧化矽塗層，或作為替代方案可以是高溫和高介電常數材料(如氧化鈣或氧化鋇或鈦酸鋇)。塗層的介電常數或電容率優選應當是至少10，更優選是至少100，並且理想地是至少1000。催化劑的多孔電介質屏障塗層還可以本身具有催化作用，因此增加反應速率、產率和選擇性。出於此原因合適的塗層材料是形狀和尺寸選擇性沸石和鈣鈦礦型混合氧化物。優選使用鈦酸鋇，這是因為其具有非常高的電介質屏障作用並且促進等離子體形成，所述等離子體形成在緊鄰催化劑處發生，從而促進催化劑表面上的氮解離反應，以使得活性氮物質可在這些 活性物質衰變而再形成其穩定分子之前與氫氣反應形成氨。實例
在氨的催化等離子體合成和其回收中，採取以下步驟:a)製備固體酸和水吸收劑，其最終用作土壤中的合成根圍以促進植物生長山)製備具有適用於等離子體反應器中的孔的分級和高表面積的結構化催化劑；c)將高介電常數催化劑用於等離子體反應器中，其中至少一個電極與催化劑接觸；d)配置等離子體反應器以使氨產率最大化並且使能量消耗最小化。提供以下實例來說明這些步驟。實例A.製備PolyHIPE聚合物用於氨和水吸附並且形成合成根圍(SRS)介質和緩慢釋放肥料物質用於製備合成根圍(SRS)介質聚合物
所有化學品都是試劑等級的。單體(苯乙烯)、交聯劑(二乙烯基苯，DVB)、聚合引發劑(過硫酸鉀)、磺化劑(0.97 g硫酸/g溶液)都由奧德裡奇(Aldrich)供應。製備合成根圍介質聚合物
SRS介質聚合物是納米結構交聯親水性彈性離子型微孔材料，一般稱為PolyHIPE聚合物(PHP)，其通過如阿卡伊等人在美國專利7 820 729中揭示的高內相乳液(HIPE)聚合和後續功能化路線來製備。功能化PHP的製備具有3個階段:1)穩定HIPE形成；2)聚合；和3)功能化。製備高內相乳液 相的組成
HIPE的水相由去離子水、聚合引發劑(過硫酸鉀)和0.05 g硫酸/g溶液(作為納米結構劑)組成。水相的體積分率(相體積)是0.90。當所得聚合物用於催化劑應用中時，HIPE的油相由單體、交聯劑、非離子型表面活性劑和油相引發劑(如通常是油相的2重量％的月桂基過氧化物)組成。油相組成是:油相中苯乙烯的重量分率=0.76 (g苯乙烯/g油相)，交聯劑(二乙烯基苯，DVB) =0.1 g DVB/g油相，非離子型表面活性劑(脫水山梨糖醇單油酸酯，Span 80) =0.14 g表面活性劑/g油相。乳化
在室溫下將油相的組分混合在一起。水相也在室溫下製備。乳化在室溫下在密閉容器中進行。就在開始乳化之前將油相放置到混合容器(內徑12 cm)中，並且然後通過蠕動泵將水相投置到混合容器中的油相中，同時其混合是通過3個呈直角堆疊的平槳(9 cm直徑)來實現。底部葉輪儘可能接近於容器底部並且其它葉輪被間隔開，以使得當投置所有水相時，頂部葉輪浸入乳液表面以下I cm。水相向混合容器中的投置以一定方式從容器頂部進行，使得水相在容器壁上以膜形式落下，以使得液體的衝擊不會產生噴射混合。投置時間是5分鐘並且在投置期間葉輪速度是300 rpm。投置完成之後，通過以300 rpm葉輪速度混合I分鐘時間來使乳液均質化。油相體積是25 ml並且水相體積是225 ml。使HIPE聚合以獲得PolyHIPE聚合物(PHP)
使苯乙烯單體高內相乳液在60°C下在密封聚丙烯圓柱形管(2.3 cm直徑)中聚合8小時。少量硫酸的存在引起不穩定性，然而此不足以導致完全相分離。這種不穩定性導致在聚合期間在PHP壁上形成納米結構。聚合之後，將其功能化。在本應用中需要高水吸附容量和彈性。當交聯聚苯乙烯通過磺化而轉化為高度親水性聚合物時，彈性通過在水吸附後膨脹而實現。在去除水後，磺化的PHP恢復其初始剛性。聚合之後，將PHP樣品切成4 mm厚的片(其在磺化和後續水吸附期間膨脹到5 mm)，並且然後將其用蒸餾水在過量水中洗滌2小時同時換兩次水。然後在通風櫥中乾燥PHP片24小時，隨後磺化。使PolyHIPE聚合物功能化:磺化和中和
在如上文所述進行聚合、洗滌和風乾之後，將聚合物片浸泡在97 g硫酸/g溶液中2小時的時間，並且然後使用松下(Panasonic)廚房微波烘箱(1000 W)用微波進行照射。然而，微波烘箱照射的不規則分布是為人熟知的，其通常導致樣品內顯現有熱點。熱點會導致聚合物燒焦，因此要進行質量控制測量，每隔30秒照射樣品，其後使片冷卻60秒並且將其上端朝下地翻過來並且隨機分布到微波盤的新位置。繼續照射直到總照射時間對於14個片來說典型地是150秒，到此時聚合物已經膨脹成柔軟海綿狀結構。在這些條件下，磺化度是約70%。延長磺化不會增加磺化度但增加元素碳形成。因此，發現此額定功率下的此照射時間是最佳的。還可能僅使用0.1 g硫酸/g水相溶液來磺化，但這些PHP的水吸收容量較低。磺化之後，用水 充分地洗滌PHP樣品以去除過量酸。將這些聚合物乾燥，切成大小約為5X5X5 mm (體積約125 mm3)的立方形塊,並且在30°C下儲存用於氨和水吸附。這些材料的水吸收容量大約是其自身重量的18倍。在30°C下，氨在水中的溶解度是0.4 g氨/g水。因此，通過使用已經以10 g水/g PHP水平含有水的ΡΗΡ,ΡΗΡ的吸附容量增加到4 g氨/gPHP。當PHP中充滿氨時，通過使用合適的酸(如硝酸(以增加氮含量)或磷酸)將其中和以用作肥料。實例B.納米結構微孔負載型催化劑製備
有關製備負載型金屬催化劑的現有技術使用微粒多孔載體，如鋁的氧化物(Al2O3 ;氧化鋁)或矽的氧化物(SiO2 ;二氧化矽)。使用金屬催化劑前體鹽(如鎳、鈷、鐵、釕的硝酸鹽)的水溶液來浸潰載體，並且在高溫(典型地60(TC)下熱處理所得系統以使催化劑前體鹽分解以獲得金屬氧化物，然後將其在類似溫度下還原以將金屬氧化物還原成活性金屬催化劑。我們發現，代替使用多孔固體催化劑載體，高表面積負載型催化劑可以通過使用分散在水中的穩定納米級載體粒子來獲得，所述分散液還容納有催化劑前體鹽(如Ni (NO3)2),這是因為所述催化金屬的硝酸鹽高度可溶於水中。因此，所得溶液確保催化劑分布在納米級別上在整個載體上是均勻的。
我們還發現，通過促進其中形成液體膜的[催化劑前體鹽和穩定催化劑載體]溶液的快速沸騰，我們實現在溫度250-300°C下將催化劑前體鹽分解成金屬氧化物，此導致形成表面積典型地超過200 m2/g的納米結構微孔混合金屬氧化物薄片。金屬硝酸鹽分解期間的氣體析出導致形成納米孔，並且隨著氣體膨脹，在由於沸騰形成的膜塌陷期間還形成更大的孔。這些混合氧化物(SiO2和金屬催化劑氧化物，MxOy X，y=l_3)具有從數十微米到數納米變化的孔的分級。催化劑簇的尺寸取決於加工條件以及負載型催化劑系統的組成而典型地在2-20 nm範圍內。在另一發現中，我們發現，對[催化劑前體鹽和穩定催化劑]溶液進行微波照射對於形成SiO2和MxOy (M=N1、Co、Cu、Fe等或其混合物)的納米結構微孔混合氧化物非常有效，這是因為其導致在其形成液體膜時水相快速蒸發。其中在微波照射期間出現沸騰的容器應該優選地呈圓底燒瓶或表玻璃形式以促進膜形成和催化劑前體鹽分解。隨著含有載體材料(即SiO2)的溶液中催化劑前體鹽的濃度增加，所需微波輻射功率也增加。在微波照射期間，如果功率輸入較低，那麼在金屬鹽分解開始之前水蒸發需要較長時間。然而，如果功率並不充分地高，那麼儘管水蒸發完成了，分解過程也可能直到溫度超過約300°C才開始。製備負載型催化劑前體溶液
二氧化矽(SiO2)粒子或實際上無機材料的表面改性在文獻中是為人熟知的。這種改性允許穩定二氧化矽分散液在較高二氧化矽濃度下形成。所述二氧化矽分散液是可商購的，例如其由阿克蘇諾貝爾(AkzoNobel)以商標名Bindzil製造。在整個此研究期間，使用Bindzil CC30 (環氧基官能性甲氧基矽烷改性的二氧化矽分散液，呈含有30重量％ 二氧化娃的澄清溶液形式，粒度是7 nm)。Bindzil的其它等級包括二氧化娃尺寸是20 nm的40重量％ 二氧化矽負荷；或具有30重量％ 二氧化矽、粒度是7 nm的環氧基官能性乙氧基矽烷改性的二氧化娃(Bindzil CC301)。將適當量的催化劑前體鹽直接加入到催化劑載體分散液/溶液(Bindzil CC30)中，以便獲得所要摩爾比率的催化劑與載體[Μ/S]。如果催化劑前體鹽的溶解度較低(如鋇或鉛)，那麼必須稀釋Bindzil溶液以使所有催化劑前體鹽都溶解。製備此負載型催化劑前體溶液之後，使其 進行4種不同催化劑前體鹽分解方法以獲得不同類型的負載型催化劑氧化物，然後在用於催化反應中之前使用氫氣將其還原。如下，以方法的實例形式概述這些催化劑氧化物形成方法。我們以1/4的[Ni]/[Si]摩爾比率使用由SiO2負載的鎳作為氨合成的催化劑。因此，通過將290.8 g硝酸鎳(II)六水合物溶解於801.2 g含有240.4 g二氧化矽的BindzilCC30中來獲得負載型催化劑前體溶液。我們還製備儲備溶液以獲得[Ni]/[Si] =1/2 ；1/3 ；1/5。實例B-1通過高內相乳液聚合進行催化劑製備 通過使用含有以下的油相來形成高內相乳液(HIPE):
二乙烯基苯，DVB (交聯劑)=28重量％
SPAN 80 (表面活性劑)=10重量％
乙烯基三甲氧基矽烷(VTMS，共聚單體)=30重量％
苯乙烯=30重量％月桂基過氧化物(油相引發劑)=2%
水相含有與 72.70 g Ni (NO3)2.6H20 鹽混合的 250 g Bindzil CC-30 以獲得[Ni]/=l/5。水相體積分率是90%。將225 g水相在10分鐘內投置到25 g油相中；使用實例A中所述的方法繼續混合另20分鐘。HIPE形成之後，在60°C下進行聚合隔夜，然後切害I]，並且在室溫下乾燥，並且在100°C下繼續乾燥，隨後在600°C下煅燒。以兩個步驟進行煅燒。起初，在氮氣下在經60分鐘時間從室溫加熱到600°C下進行煅燒。將樣品保持在這一溫度下持續另一小時，隨後通過將樣品保持在600°C下在空氣中來使其氧化。然後使其冷卻下來。樣品的掃描電子顯微照片指示如圖14 (a，b，c)中所示的高度多孔的結構。這種催化劑的透射電子顯微照片以兩種不同倍率展示於圖15 (a，b)中。此圖指示催化劑尺寸在10-30 nm範圍內。化學和X射線衍射(XRD)分析指示完全不存在碳。實例B-2.使用微波輻射來形成納米結構微孔催化劑
我們使用具有可變功率輸入和溫度控制的微波輻射反應器。其由義大利裡程碑(Milestone/Italy)以商標名Ethos-1製造。將20 ml負載型催化劑前體儲備溶液([Ni]/[Si]=l/5或[Co]/[Si]=l/5)放置於具有出口供氣體逸出的250 ml圓底燒瓶中，並且在微波輻射反應器中對其進行照射。此機器中可用的最大功率是1000 W。硝酸鎳或硝酸鈷分解所用的時間取決於微波功率輸入而不同。硝酸鎳分解伴有氮氧化物析出和黑色氧化鎳固體或氧化鈷固體以膨脹薄片形式形成。表I說明反應時間隨功率輸入增加的大幅度削減。在所有情況下，溫度都不升高到250°C以外。表1:在與二氧化矽的混合氧化物形成中硝酸鎳和硝酸鈷分解反應時間的變化。在100 W微波功率下不發生反應。
權利要求
1.一種氨生產方法，所述方法包含以下步驟: 使可燃物質氣化以產生合成氣，所述氣化過程包括從用於所述氣化過程的空氣中提取氧氣，從而產生富氮空氣； 實質上從所述富氮空氣中去除氧氣以產生實質上不含氧氣的空氣； 從所述合成氣中分離氫氣；以及 使所述氫氣與所述實質上不含氧氣的空氣反應以產生氨。
2.根據權利要求1所述的方法，其中使用氧選擇性膜從所述空氣中提取所述氧氣。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中通過與已去除氫氣的合成氣一起燃燒來去除所述氧氣。
4.根據權利要求1到3中任一權利要求所述的方法，其中使用至少一個氫選擇性膜從所述合成氣中提取所述氫氣。
5.根據權利要求1到4中任一權利要求所述的方法，其中所述產生氨的反應發生在等離子體反應器中。
6.一種用於 生產氨的設備，所述設備包含: 至少一個用於使可燃物質氣化以產生合成氣的氣化器，所述氣化器包括至少一個用於從用於所述氣化過程中的空氣中提取氧氣從而產生富氮空氣的第一氧去除裝置； 至少一個用於從所述富氮空氣中實質上去除氧氣以產生實質上不含氧氣的空氣的第二氧去除裝置； 至少用於從所述合成氣中分離氫氣的氫分離裝置；以及 至少一個用於使所述氫氣與所述實質上不含氧氣的空氣反應以產生氨的反應裝置。
7.根據權利要求6所述的設備，其中至少一個第一氧去除裝置包含氧選擇性膜。
8.根據權利要求6或7所述的設備，其中至少一個所述第二氧去除裝置包含至少一個用於與已去除氫氣的合成氣一起燃燒的燃燒裝置。
9.根據權利要求6到8中任一權利要求所述的設備，其中所述氫分離裝置包含至少一個氫選擇性膜。
10.根據權利要求6到9中任一權利要求所述的設備，其中所述反應裝置包含等離子體反應器。
11.一種氨生產方法，其實質上如下文參考隨附圖式所述。
12.一種用於生產氨的設備，其實質上如下文參考隨附圖式所述。
13.—種用於氣化器的空氣輸入系統,所述輸入系統包含: 至少一個用於接收空氣的輸入端； 至少一個經調適以鄰近氣化器的燃燒區定位的氧選擇性膜，所述膜允許來自所述的所接收空氣的氧氣穿過所述膜並且進入所述氣化器中。
14.根據權利要求13所述的系統，其進一步包含用於引導已經提取掉氧氣的空氣的空氣提取構件。
15.根據權利要求13或14所述的系統，其進一步包含至少一個黏結於所述膜的支撐層。
16.根據權利要求13到15中任一權利要求所述的系統，其中所述膜進一步包含至少一個第一催化劑層。
17.根據權利要求16所述的系統，其中所述膜進一步包含相較於所述第一催化劑層定位於距所述膜更遠處的至少一個第二催化劑層。
18.根據權利要求13到17中任一權利要求所述的系統，其中所述膜是金屬-陶瓷氧選擇性膜。
19.一種用於氣化器的空氣輸入系統，其實質上如下文參考隨附圖式所述。
20.一種催化劑，其包含: 至少一個包含至少一種催化劑材料的催化劑主體；以及 至少一個塗層，其實質上圍繞所述催化劑材料延伸並且包括至少一種多孔材料，從而允許反應物擴散穿過所述多孔材料並且與所述催化劑材料配合。
21.根據權利要求20所述的催化劑，其中所述塗層實質上電絕緣。
22.根據權利要求20所述的催化劑，其中所述塗層具有高電容率。
23.根據權利要求20到22所述的催化劑，其中所述塗層包含氧化鋇(BaO)。
24.根據權利要求20到22所述的催化劑，其中所述塗層包含鈦酸鋇(BaTiO3X
25.一種製備催化劑的方法，其包含用多孔材料塗布催化劑主體的步驟，所述步驟經調適以允許反應物擴散穿過所述材料並且與所述催化劑配合。
26.一種催化劑，其實質上如下文參考隨附圖式所述。
27.一種製備催化劑的方法，其實質上如下文參考隨附圖式所述。
28.一種催化反應的方法，其包含根據權利要求1到5中的任一權利要求使反應物與催化劑混合的步驟。
29.一種等離子體反應器，其包含: 至少一個容器，其經調適用於接收反應物； 多個電極，其包含於所述容器的最外層體積內；以及 至少一種顆粒狀催化劑材料，其經多孔且實質上電絕緣的材料塗布。
30.根據權利要求29所述的等離子體反應器，其中所述容器包含至少一個電極。
31.根據權利要求29或28所述的等離子體反應器，其中所述容器是管狀的。
32.根據權利要求30所述的等離子體反應器，其中至少一個電極實質上沿所述管狀容器的中心延伸。
33.一種等離子體反應器，其實質上如下文參考隨附圖式所述。
34.一種從包括氨、氫氣和氮氣的氨生產氣體流中提取氨的方法，其包含以下步驟: 使包括氨的氣體流通過強酸離子交換樹脂床，其中至少一些氨被吸附到所述床上； 一旦為了進一步反應而去除至少一些氨後，就將所述氣體流再循環。
35.根據權利要求34所述的方法，其中所述強酸離子交換樹脂包含磺化PolyHIPE聚合物。
35.根據權利要求34所述的方法，其中所述強酸離子交換樹脂包含高交聯磺化離子交換樹脂。
36.一種產物，其通過根據權利要求33所述的工藝來製備。
全文摘要
本發明揭示一種氨生產方法。所述方法利用生物質廢物等等氣化來產生合成氣，所述合成氣使用整合系統，包括使用富氮空氣和多孔塗布催化劑，在等離子體反應器中產生氨。最終使用磺化PolyHIPE聚合物回收氨，所述磺化PolyHIPE聚合物可在中和後用作肥料。
文檔編號C01B3/02GK103249667SQ201180050829
公開日2013年8月14日 申請日期2011年8月30日 優先權日2010年8月27日
發明者加利普 阿卡伊 申請人:紐卡斯爾大學