[绿色化学][文献]高效率电弧法固氮的探索实验
warmonkey2024/09/11化工矿冶 IP:广东
中文摘要
电弧法合成氨
关键词
合成氨硝酸电弧等离子

attachment icon 滑动弧等离子体固氮研究进展.pdf 5.12MB PDF 87次下载 预览

attachment icon Sustainable ammonia production via nanosecond-pulsed plasma oxidation and electrocatalytic reduction.pdf 7.21MB PDF 65次下载 预览

attachment icon NOx production in a rotating gliding arc plasma potential avenue for sustainable nitrogen fixation.pdf 660.66KB PDF 40次下载 预览


以前的电价很贵,而且多半是化石燃料发电。所以哈伯法(高温高压,铁催化合成)会比较简易经济,化石燃料直接作为原料和能源。

现在不一样了。中国有很大的太阳能发电产能,利好新能源直接电能合成氨。学术界有许多分布式合成氨设备的研究。我认为这会是未来新能源行业发展的重要方向之一。


超短总结:

常压空气输入2L/min,反应室D13x40mm。火花塞电极,稳态放电,外部辅助散热,电源2kv功率200W,速率15.4g/hr。


稍长总结:

其中效率最高的是NOx production in a rotating gliding arc plasma potential avenue for sustainable nitrogen fixation这篇文献。常压空气输入能达到3MJ/mol能效比,也就是3000000/63/3.6/1000=13kWh/kg (HNO3)


装置构造:

Screenshot 2024-09-11 095006.jpg

红色电极位置用的是成品火花塞NGK BP6ES,割掉侧面电极(用金属外壳充当阳极)。切线方向灌入氮气氧气混合物,右侧为出口,气流量2L/min。电源规格2kv 100mA。锥形反应室内径13mm,出口4mm,内长38.2mm。 切向喷嘴内径1mm。


旋转电弧模式下(功率108W)气体混合物的NOx浓度最高为3.4%,能效最高为2.4MJ/mol。稳态电弧模式下(功率200W)NOx浓度最高为5.5%,NOx浓度最高为能效最高为2.5MJ/mol。

Birkeland-Eyde process(古老的电弧法工厂)是3.4-4.1MJ/mol,维基给出的是15kWh/kg (HNO3)。


Screenshot 2024-09-11 102032.jpg

气体比例对产率有影响但不是数量级的差别。查阅其他文献有观点认为:低气压提升能效,只对微波等离子体方式可能有效,对于电弧法差别不大。


吸收效率是一个关键因素,NO氧化并被水吸收需要大约3分钟,需要多级吸收装置(先浓再稀)才能改善吸收率到80%以上。只有1级或者2级吸收也不会太差,估计在30-50%

关于吸收装置可以看这本书(下图的参考文献[11])

attachment icon Absorption_of_Nitrous_Gases.pdf 6.74MB PDF 70次下载 预览

Screenshot 2024-09-11 150610.jpg



[修改于 2个月12天前 - 2024/09/11 15:10:35]

来自:工业技术 / 化工矿冶
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~~空空如也
warmonkey 作者
2个月12天前 IP:广东
937338
引用虎哥发表于3楼的内容
可以用微波等离子体火炬吗,好处是没有烧蚀,就是稍有点贵😂

attachment icon From the Birkeland-Eyde process towards energy-efficient plasma-based NOx systhesis a techno-economic analysis.pdf 3.89MB PDF 36次下载 预览

Screenshot 2024-09-11 182624.jpg

Screenshot 2024-09-11 182952.jpg

在低气压条件下(约66mbar)有可能产率和能效都高得惊人,能效达到0.28MJ/mol,远低于哈伯法0.5MJ/mol。一定要低压,复现实验没用低气压的,能效都差劲很多。

得到最高能效的方法,有可能是直接加热空气,也有可能是将氮气等离子火炬吹入氧气中。


在低压微波(MW)等离子体中获得了最佳的产品产率和能量消耗结果。据报道,在使用催化剂的MW等离子体中,能量消耗为0.84 MJ/mol N,NO浓度为6 mol%。[64] 在磁场(所谓的电子回旋共振)下的MW等离子体中,报告了最高的14% NO浓度和最低的0.28 MJ/mol N的能量消耗。[65] 然而,这些数据是在20世纪80年代报告的,近年来未被重复验证。类似的情况也存在于基于等离子体的CO2裂解中,20世纪80年代的结果未能在类似反应器中被近年来重复验证。[99] 因此,应批判性地评估20世纪80年代MW等离子体中的基于等离子体的NOX合成的能量产率计算。

这些MW等离子体在降低压力(降至66 mbar)的条件下操作,这确实促进了振动–平动不平衡,从而引发了振动诱导的Zeldovich机制。因此,这部分解释了它们高产品产率和低能量消耗的原因。然而,低报告的能量消耗仅考虑了等离子体功率,并未包括真空设备和反应器冷却系统的能量消耗。因此,MW等离子体中NOX生产的总能量成本会更高。

MW反应器在更高压力下操作也是可能的,但由于碰撞频率的增加,热损失也会增加。[100]

Screenshot 2024-09-11 184558.jpg


33 F. Jardali, S. van Alphen, J. Creel, H. A. Eshtehardi,
M. Axelsson, R. Ingels and A. Bogaerts, NOx production
in a rotating gliding arc plasma: potential avenue for
sustainable nitrogen fixation, Green Chem., 2021, 23(4),
1748–1757, DOI: 10.1039/D0GC03521A. (已经上传到楼主位,第3个附件)

64 B. Mutel, O. Dessaux and P. Goudmand, Energy cost
improvement of the nitrogen oxides synthesis in a low
pressure plasma, Rev. Phys. Appl., 1984, 19(6), 461–464,
DOI: 10.1051/rphysap:01984001906046100.
65 R. I. Asisov, V. K. Givotov, V. D. Rusanov and A. Fridman,
High energy chemistry, Sov. Phys., 1980, 14, 366

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