CN100379681C - 氨氧电池及其在硝酸铵生产中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氨氧电池，属于化工生产节能技术领域。该氨氧电池结构装置与一般质子交换膜氢氧燃料电池一致，以氨和氧气为原料，电池负极涂渍有催化剂钙钛矿型稀土复合氧化物LaNiO3或LaMnO3或LaCoO3或LaFeO3中的一种或二种，在电池内，NH3·H2O被氧化生成NH4NO3溶液。该电池可作为合成器用于工业化生产硝酸铵，同时能提供大量的电能，将硝酸铵的工业化生产和化学发电结合起来，大大降低了生产成本。

Description

氨氧电池及其在硝酸铵生产中的应用
技术领域：
本发明属于化工生产节能技术领域，具体涉及氨氧电池及其在硝酸铵生产中的应用。
背景技术：
目前，世界上硝酸生产几乎全部采用氨氧化法，其生产过程是：在有催化剂的情况下，将氨氧化成一氧化氮，生成的一氧化氮继续被空气氧化为二氧化氮，二氧化氮再与水作用生成硝酸和一氧化氮。硝酸铵是硝酸盐中产量最大的化工产品，主要用于化肥和炸药。硝酸铵工业生产的方法是用硝酸与氨发生中和反应。
工业生产中，以氨为原料生产硝酸及硝酸氨都存在能耗较大的问题，如何采用先进技术降低化工生产的能耗是当今世界各国研究的核心问题之一。
在一定的条件下，NH3·H2O和O2可发生反应生成NH4NO3：
2NH3·H2O(l)+2O2(g)＝NH4 + (aq)+NO3 - (aq)+3H2O(l)
                               ΔrGm θ(298K)＝-394kJ/mol
上述反应在电池装置中进行，化学能转换为电能，Eθ(298K)＝0.51V。当电池消耗约310g NH3，可生成730克硝酸铵，同时电池输出一度电的电能。
根据文献检索，未发现有关氨氧电池以及该电池在硝酸铵生产中的应用等方面的相关文献报道，在实际工业生产中也没有使用。该电池装置不仅可以作为化学电池提供电能，而且可以作为硝酸铵化工生产的合成器。
发明内容：
本发明提供一种氨氧电池，结构装置与一般质子交换膜氢氧燃料电池一致，其特征是：该电池以氨水和氧气为原料，电池负极涂渍有催化剂钙钛矿型稀土复合氧化物LaNiO3、LaMnO3、LaCoO3、LaFeO3中的一种或二种，催化剂的作用是抑制电池负极有N2的生成。
氨氧电池的结构简图见说明书附图。氨氧电池正极的电极反应为：
2O2+8H++8e＝4H2O
氨氧电池负极的电极反应为：
NH4 ++NO3 -+8H++8e＝2NH3·H2O+H2O
负极反应生成的H+通过电解质膜传递到正极与O2-生成H2O。氨氧电池的电池反应为：
2NH3·H2O(l)+2O2(g)＝NH4 + (aq)+NO3 - (aq)+3H2O(l)  Eθ(298K)＝0.51V
氨氧电池负极通入为0.2-30％氨水溶液，流速10-350cm3/min；正极通入空气或氧气，氧气分压20-300kPa，流速3-1500cm3/min；电池工作温度为-20--200℃，电池内反应生成浓度0.4-70％硝酸铵溶液并流出电池装置，同时，电池输出电能。负极流出的硝酸铵溶液中可能存在过量的NH3·H2O或过量的HNO3，加热硝酸铵溶液脱水成固体产品过程中，过量的NH3·H2O或过量的HNO3随水蒸汽逸出，冷却后可作为原料氨水的稀释剂循环使用。
上述氨氧电池可以成为工业化生产硝酸铵的反应器，同时提供电能。利用氨氧电池将硝酸铵的工业化生产和化学发电结合起来，节省了能源，大大降低了生产成本。2004年，我国硝酸铵产量约450万吨，这些硝酸铵采用氨氧电池方法生产，可提供电能60亿度。
附图说明：
图：本发明氨氧电池的结构简图
图中：1、催化剂；2、电池负极电极；3、电解质膜；4、电池正极电极
具体实施方式：
实施例1：
见附图所示，装备氨氧电池，负极电极为特制铂电极，电极表层涂渍有LaMnO3，电解质膜为美国杜邦公司的Nafion全氟磺酸膜。氨氧电池负极流入10％NH3水溶液，流速2cm3/min；正极通入O2，分压为120kPa，流速400cm3/min；电池工作温度为25℃，电池负极端流出23％的NH4NO3水溶液，同时，电池电压为0.50V。1000个上述电池组成电池堆，1小时可生产NH4NO328公斤，输出电能38度。
实施例2：
见附图所示，装备氨氧电池，负极电极为特制石墨电极，电极表层涂渍有LaNiO3，电解质膜为美国杜邦公司的Nafion全氟磺酸膜。氨氧电池负极流入16％NH3水溶液，流速1cm3/min；正极通入空气，氧气分压为21kPa，流速1500cm3/min；电池工作温度为25℃，电池负极端流出37％的NH4NO3水溶液，同时，电池电压为0.51V。2000个上述电池组成电池堆，1小时可生产NH4NO345公斤，输出电能60度。

Claims (2)

1.一种氨氧电池，结构装置与一般质子交换膜氢氧燃料电池一致，其特征是：该电池以氨水和氧气为原料，电池负极涂渍有催化剂钙钛矿型稀土复合氧化物LaNiO3或LaMnO3或LaCoO3或LaFeO3中的一种或二种。
2.根据权利要求1所述氨氧电池在硝酸铵生产中的应用，其特征是：利用氨氧电池反应装置生产硝酸铵，同时提供电能。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB1167541A (en) * 1965-09-30 1969-10-15 Leesona Corp Improvements in or relating to Electrochemical Cells
CN1039002A (zh) * 1988-07-01 1990-01-24 赫多特普索化工设备公司 制造氨的方法
CN1543002A (zh) * 2003-04-11 2004-11-03 ���µ�����ҵ��ʽ���� 燃料电池以及燃料电池用空气净化装置

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