在工業(yè)合成氨生產(chǎn)中，大型合成氨廠反應(yīng)條件通常是在400℃～500℃和20.0mpa～30.0mpa,對設(shè)備的要求也比較苛刻,能耗巨大。而壓力的降低,不僅可降低壓縮氣體能耗,還可采用廉價易得的機(jī)械和設(shè)備,使投資和操作費(fèi)用降低。本膜反應(yīng)器將活性組分負(fù)載在透氫膜上，在實(shí)際應(yīng)用中使氫氣透過膜，通過原位催化氫原子提高了反應(yīng)效率，降低了反應(yīng)壓力。

背景技術(shù)：

1、本發(fā)明屬于合成氨技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于合成氨的膜反應(yīng)器的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種一種用于合成氨的膜反應(yīng)器的技術(shù)；

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、采用冷軋的方法，或者在支撐體上通過化學(xué)鍍，磁控濺射，化學(xué)沉積的方法得到金屬透氫膜。之后通過化學(xué)鍍，磁控濺射，化學(xué)沉積在膜表面負(fù)載活性組分。

4、利用石墨墊片對膜進(jìn)行密封，并使用金屬氫透膜將反應(yīng)器分為兩個腔室，分別為氫氣腔和氮?dú)馇弧?/p>

5、氫氣腔和氮?dú)馇豢梢苑謩e加壓控制壓力，以達(dá)到反應(yīng)條件。

6、膜反應(yīng)器放入燃燒催化腔，燃燒催化的原料為未透過氫選擇性透過膜的氫氣和空氣。

7、實(shí)際操作中，先在氫氣腔通入氫氣，氫氣進(jìn)入燃燒催化腔和空氣反應(yīng)為反應(yīng)器加熱，到達(dá)反應(yīng)溫度后，氫氣腔加壓使氫氣透過氫透膜到達(dá)氮?dú)馇慌c氮?dú)夥磻?yīng)生成氨。

8、工業(yè)上合成氨需要高溫高壓且單程轉(zhuǎn)化率低，本膜反應(yīng)器將催化劑負(fù)載在透氫膜上，通過原位催化氫原子提高了反應(yīng)效率，降低了反應(yīng)壓力。

1.一種用于合成氨的膜反應(yīng)器，其特征在于：包括燃燒催化腔和膜反應(yīng)器；

2.如權(quán)利要求1所述的膜反應(yīng)器，其特征在于：透氫膜為氫選擇性透過膜氫選擇性透過膜的材質(zhì)為：金屬鈀、銅、鎂、釩、金中的一種或二種以上，制備方法為化學(xué)鍍、磁控濺射、化學(xué)沉積、冷軋中的一種或二種以上；厚度為0.004mm-1mm。

3.如權(quán)利要求2所述的膜反應(yīng)器，其特征在于：

4.如權(quán)利要求2所述的膜反應(yīng)器，其特征在于：氫選擇性透過膜上兩側(cè)負(fù)載的活性組分，活性組分為銠、鉑、鈀、銅、鐵、鈷、鎳中的一種或二種以上，負(fù)載方法為化學(xué)鍍、磁控濺射、化學(xué)沉積中的一種或二種以上，以單質(zhì)的狀態(tài)存在,通過稱重確定活性組分含量，活性組分含量范圍為總催化劑含量的0.01％wt-1％wt。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：膜反應(yīng)器分為兩個腔室，分別為氫氣腔和氮?dú)馇?，通過氫選擇性透過膜隔離；并于其外部采用催化燃燒加熱。

6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的膜反應(yīng)器，其特征在于：氫選擇性透過膜通過多孔不銹鋼管進(jìn)行支撐，平均孔徑為0.3-0.5微米，最佳為0.4微米，孔隙率20-40％，最佳為30％，其二端與密閉容器內(nèi)壁面間接觸處采用環(huán)狀石墨片進(jìn)行密封連接，二端分別作為支撐點(diǎn)。

7.一種權(quán)利要求1-6任一所述膜反應(yīng)器進(jìn)行合成氨的方法，其特征在于：膜反應(yīng)器通過燃燒催化進(jìn)行加熱；實(shí)際操作中，將膜反應(yīng)器放入燃燒催化腔內(nèi)，燃燒催化的原料為膜反應(yīng)器未透過氫選擇性透過膜的氫氣和空氣，使氫氣在空氣中的體積比例為1-4％，優(yōu)選2％-3％。

8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：膜反應(yīng)器的反應(yīng)條件為：溫度200℃到600℃，氫氣腔壓力為2bar到30bar，氮?dú)馇粔毫?bar到10bar；于氫氣腔通入的為氫氣，于氮?dú)馇煌ㄈ氲臑榈獨(dú)狻?/p>
技術(shù)總結(jié)
一種用于合成氨的膜反應(yīng)器的技術(shù)，涉及合成氨技術(shù)領(lǐng)域。膜反應(yīng)器包括負(fù)載了活性組分的透氫膜，催化劑，氫氣腔和反應(yīng)腔，并通過氫氣催化燃燒加熱。實(shí)際應(yīng)用中，在膜的兩側(cè)分別通入氫氣和氮?dú)猓ㄟ^在氫氣腔加壓使氫氣透過氫透膜與另一側(cè)的氮?dú)膺M(jìn)行合成氨反應(yīng)。工業(yè)上合成氨需要高溫高壓且單程轉(zhuǎn)化率低，本膜反應(yīng)器將催化劑負(fù)載在透氫膜上，通過原位催化氫原子提高了反應(yīng)效率，降低了反應(yīng)壓力。

技術(shù)研發(fā)人員：張玉峰,陳昊哲,張玉濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中科美安（大連）能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15