日本开发可低温低压合成氨的催化剂

新技术 2018年05月31日
日文

日本国立研究开发法人产业技术综合研究所(以下简称“产综研”)可再生能源研究中心氢研发小组的高级主任研究员难波哲哉,开发出了能应对可再生能源特点的新型氨合成催化剂,还与日挥株式会社合作,开发出了利用该催化剂的实证试验装置,近期将正式开始推进氨制造的实证试验。

为了使用可再生氢能(利用可再生能源制造的氢)合成氨(可再生氨能),产综研的难波哲哉克服了钌催化剂特有的压力升高后性能下降的问题,开发出了在10MPa(约100个大气压)以下的压力范围内能维持高活性的新型催化剂。日挥利用该催化剂新开发了工艺流程,可以利用供应量不固定的可再生氢能制造氨。双方在福岛可再生能源研究所内建设了使用该催化剂的实证试验装置,目前已正式开始推进实证试验。

氨是有效的储氢物质,可以大量运输,而且,氨本身也能作为燃烧时不排放二氧化碳(CO2)的燃料使用,因此作为能源载体备受期待。今后,将通过利用可再生氢能制造可再生氨能,为实现创新型低碳氢能源社会做出贡献。这项技术的详细内容在2018年5月29日于郡山市(郡山景观酒店分馆)举行的FREA成果报告会上做了发表。

アンモニア合成実証試験装置外観

产综研开发的新型催化剂将催化剂的成分——钌以纳米颗粒的状态分散到载体中,克服了普通钌催化剂因氢中毒,在高压下性能降低的问题,可在10MPa以下的压力维持高活性,而以往进行氨合成的压力范围只能在20MPa至30MPa。此外,一般的化工厂要在最佳条件下维持一定水平的运转,但为了应对并不稳定的可再生氢能的供应,需要不同的运转方式,也就是说,需要根据原料的浓度和流速变化控制设备的运转。新工艺下的催化剂特点是,不仅在最佳运转条件下、在运转条件发生变化时也能稳定制造氨。研究人员已经确认,新工艺能在比以往更低的压力和温度下合成液体氨。

目前主要利用“哈柏法”合成氨,这种方法通过高温高压的催化反应,让天然气和水蒸气及空气相互反应获得的氢和氮转换为氨。利用天然气制造氢,会排放大量的二氧化碳。因此,作为削减制氢过程中的二氧化碳排放量的方法,利用太阳能和风力等可再生能源电解水制氢的方法备受期待。不过,利用这种方法制造的氢处于低温低压状态,而且存在普通的化学工艺所没有的问题,那就是氢的供应量会随时间变动。“哈柏法”是在高温、高压且氢的供应量稳定的状态下制氨,与使用可再生氢能相比,制造条件大不相同。所以有必要开发出能在低温、低压而且供应量随时变化的条件下,利用可再生氢能合成氨的工艺。

文 客观日本编辑部

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