专利名称：一种低温常压合成氨新方法
技术领域：
本发明属于催化合成氨方法技术领域，特别涉及旋转磁场作用下，使用合适的催 化剂，通过调节电压和频率，提供相应旋转磁场强度和旋转速率的磁场，以氢气、氮气混合 气为原料，在低温常压下实现磁催化合成氨。
背景技术：
氨是最重要的基础化工产品之一，既是主要的最终产品，又是重要的中间体。催化 合成氨是生物(尤其是人类)所需要的活化态氮的重要补充，而且是目前唯一具有工业规 模的获取活化态氮的方法，被认为是20世纪最重大的科学发现之一。目前工业合成氨普遍采用传统Haber-Bosch法，该方法是在高温、高压、多促进的
铁基催化剂存在条件下，利用氢气、氮气为原料合成氨
,、催化剂
N2(g) + 3 H2(g) —-— 2NH3(g)
1 温、1 压Haber-Bosch氨合成法存在能耗大、对设备要求高，转化率低(20%左右)、环境污 染严重、受热力学限制等缺陷，因此各国科学家一直在探索高效率、低能耗、环境友好、反应 条件温和的合成氨新方法，如电催化常压合成氨、光催化合成氨、生物催化室温合成氨、超 临界合成氨、常温常压合成氨等。磁化学是一门拥有广泛应用前景的新兴边缘科学，在新世纪的发展中，它必将在 工业、农业、医药卫生等方面发挥举足轻重的作用。众所周知，磁场像电流、光线一样，是一 种物理因子，而电流、光线等物理因子早已被发现对化学反应有显著的作用，于是，很久以 来科学工作者就期待着获悉磁场对化学反应的作用，力图使磁化学成为像电化学、光化学 那样具有工业应用价值的学科。目前，化学反应中存在磁场效应的观点已普遍为人接受。有 关磁场效应影响光化学反应、电化学反应、生物化学反应、有机合成反应、交联反应、材料加 工、高分子聚合等方面均有较多报道。在催化作用方面，国外较早报导的是游离基反应速率受磁场的影响。 K. A. McLauchlan等提出磁场在两个水平上对化学反应的速率和效率有影响，在高达IT的 磁场中，能使涉及自由基反应的产率增加60% 70%，甚至可以改变反应产物的类型。 Wakes等研究磁场对TW2悬浮体系中叔丁醇光催化降解反应的影响，发现施加1. 5T的磁场 能使叔丁醇的氧化转化率提高10%。王绪绪等报道磁场能提高苯气相光催化降解反应的 效率，发现以Pt/TiA为催化剂，在60mT磁场和254nm紫外光共同作用下，苯的氧化转化率 由15. 5%提高到18.0%，矿化率由19.0%提高到52.0%。李金华等利用外加磁场对合成 氨及氨触媒进行研究，发现交变磁场对合成氨有催化作用，在常压及交变磁场作用下，合成 氨的转化率可比无磁场时增加40%以上，而直流磁场对合成氨则有阻化作用。朱传征等以 铁为催化剂，在160mT、87;3K常压下进行磁化学合成氨试验，最高转化率可达0. 356%。旋转磁场的磁场方向是连续改变的，其力的作用更加复杂，将旋转磁场用于催化合成氨领域，对理论与实验研究具有重要意义。
发明内容
本发明旨在提供一种低温常压合成氨新方法。该方法利用旋转磁场效应，将有效 催化剂加工成粒状(柱状、球状、无规则形状的颗粒)或粉状，以氢、氮混合气为原料，调节 电压以提供相应强度的旋转磁场，在一定温度下合成氨。
具体实施例方式实施例1，在旋转磁场作用下，以Ba-Co/HTAC为催化剂(其中Co含量为8wt%，摩尔比Ba/ Co = 0. 87)，常压下以氢、氮混合气为原料，在U = 10-50V, T = 20_250°C之间均有氨气产 生。其中在T = 80°C，U = 30V，氢氮混合气(H2 N2 = 3 1)为60ml/min时，，氨产率为 0. 29 μ mo 1 g at.实施例2，在旋转磁场作用下，以Ce-Co/HTAC为催化剂(其中Co含量为8wt%，摩尔比Ce/ Co = 0. 6)，常压下以氢、氮混合气为原料，在U = 10-50V, T = 20-250°C之间均有氨气产 生。其中在τ = 80°C，U = 30V，氢氮混合气(H2 N2 = 3 1)为60ml/min时，氨产率为 0. 073 μ mo 1 g at.实施例3，在旋转磁场作用下，以Ba-Ce-Co/HTAC为催化剂(其中Co含量为8wt %，摩尔比 Ba/Co = 0. 87，Ce/Co = 0. 6)，常压下以氢、氮混合气为原料，在 U = 10_50V，T = 20-250°C 之间均有氨气产生。其中在T = 80°C, U = 30V，氢氮混合气(H2 N2 = 3 1)为60ml/ min 时，氨产率为 0. 85ymol s^g"1^.实施例4，在旋转磁场作用下，以Ba-Co/MgO为催化剂(其中Co含量为8wt%，摩尔比Ba/ Co = 0. 87)，常压下以氢、氮混合气为原料，在U = 10-50V, T = 20_250°C之间均有氨气产 生。其中在τ = 80°C，U = 30V，氢氮混合气(H2 N2 = 3 1)为60ml/min时，，氨产率为 0. 20 μ mo 1 g at.实施例5，在旋转磁场作用下，以Ba-Co/CeA为催化剂(其中Co含量为8wt%，摩尔比Ba/ Co = 0. 87)，常压下以氢、氮混合气为原料，在U = 10-50V, T = 20_250°C之间均有氨气产 生。其中在τ = 80°C，U = 30V，氢氮混合气(H2 N2 = 3 1)为60ml/min时，氨产率为 0.23 μ mo Is-1 g at.实施例6，在旋转磁场作用下，以Ba-CO/Mg0-Ce02*催化剂(其中Co含量为8wt %，Ba/Co摩 尔比为0. 87，Ce/Mg0摩尔比为0. 5，1，2，)，常压下以氢、氮混合气为原料，在U = 10-50V, T =20-250°C之间均有氨气产生。其中在1 = 80°〇』=3(^，氢氮混合气012 N2 = 3 1) 为 60ml/min 时，氨产率为 1. 15 μ mol s_1g_1_cat.实施例7，
在旋转磁场作用下，以CeO2MTAC为催化剂(其中( 含量为5wt% )，常压下以 氢、氮混合气为原料，在U = 10-50V, T = 20-250°C之间均有氨气产生。其中在T = 80°C, U = 30V，氢氮混合气(H2 N2 = 3 1)为 60ml/min 时，氨产率为 0. 925 μ mo 1 s^g"1^.实施例8，在旋转磁场作用下，以K-CeO2MTAC为催化剂(其中( 含量为5wt%，摩尔比K/ Ce = 12)，常压下以氢、氮混合气为原料，在U= 10-50V，T = 20-250°C之间均有氨产生。其 中在1 = 80°〇力=3(^，氢氮混合气012 N2 = 3 1)为60ml/min时，氨产率为0. 99ymol
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S S -cat·说明书附图
为低温常压合成氨新方法装置图，其中1-旋转磁场，2-反应管，3-电源线，4-催化剂。
权利要求
1.本发明为一种合成氨新方法，其特征在于低温常压下，利用旋转磁场效应，使用合适 的催化剂，通过调节电压和频率，提供相应旋转磁场强度和旋转速率的磁场，以氢、氮混合 气为原料，实现磁催化合成氨。
2.按权利要求1所述的合成氨新方法，其特征在于反应条件为低温常压，其中低温是 指合成氨反应温度T < 250°C，常压是指反应器中的压力与反应器外界环境的大气压力相 同或相近。
3.按权利要求1所述的合成氨新方法，其特征在于旋转磁场强度是通过电压来控制， 旋转磁场速率通过调节交流电频率来控制。
4.按权利要求1所述的合成氨新方法，其特征在于所用催化剂由载体、活性组分及促 进剂(助剂)三部分组成。
5.按权利要求4所述的合成氨新方法，其特征在于所用催化剂载体包括活性炭、 Y -Fe203> MgO, CeO2-MgO, CeO2-MgO-BaO 和 HZSM-5 分子筛。
6.按权利要求4所述的合成氨新方法，其特征在于所用催化剂活性组分为Mn、Co、 CeO2、Fe、Mo、Sm2O3、Dy2O3 禾口 Ru。
7.按权利要求4所述的合成氨新方法，其特征在于所用催化剂促进剂(助剂)为BaO、 K2O 及 CeO2。
全文摘要
本发明涉及一种低温常压合成氨新方法。利用旋转磁场作用，使用合适的催化剂，在温度T≤250℃范围内，常压下以氢、氮混合气为原料，通过调节电压和频率，提供相应旋转磁场强度和旋转速率的磁场，实现低温常压磁催化合成氨。本发明具有高效节能，操作简单，成本低廉等特点，具有广阔的应用前景。
文档编号C01C1/04GK102139890SQ20101010226
公开日2011年8月3日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者刘瑞泉, 崔银仓, 薛金召 申请人:新疆大学