洁净煤技术

作者：吴烨, 冯鸣谦, 方婧, 刘冬, 张睿, 应遥瑶, 徐磊

关键词：无碳燃料,合成氨,Haber-Bosch,催化,化学链

氨气不仅是重要的化工原料和良好的氢载体，它可以作为无碳燃料的属性也引起了越来越多科研工作者的关注。低能耗高效率的合成氨工艺是实现氨能够作为燃料应用的关键。笔者阐述了合成氨工艺的发展历程，概述了以Haber-Bosch 工艺为基础的多相催化和光、电等外场力驱动的合成氨工艺的新发展，重点介绍了化学链合成氨的最新研究成果，并对其研究方向进行展望。传统Haber-Bosch 工艺苛刻的反应条件以及热力学和动力学之间的矛盾，促使科研工作者一直努力探索可持续的环境友好型合成氨技术。随着催化科学和表面科学的进步，人们对合成氨的反应机理和催化剂的物化性质有了更深入的认识，这为开发“绿色”合成氨工艺提供了有价值的参考信息，如要提高过渡金属催化合成氨性能，须尽量规避表面物种吸附能间的线性关系。另外，以可再生能源为能量来源的光、电催化合成氨，借助外场作用可以有效地影响反应速率和机理。化学链技术的发展为合成氨工艺提供了新思路，将合成氨过程解耦为吸氮和释氮产氨两个或多个分步反应，可较好地缓解合成氨热力学和动力学矛盾，规避反应物竞争吸附。同时，各分步反应可分别优化，使整个化学链合成氨工艺达到最佳反应效果。未来采用太阳能聚热供能以及以生物质炭为碳源，并对化学链合成氨工艺进行经济性分析反馈指导工艺流程的优化，可降低碳基化学链制氨工艺的成本和能耗。

来源：2021年第02期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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