Name: Düşük basınçta amonyak sentezi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 14 s
Description: Keşfedin düşük basınçta amonyak sentezi yöntemini hava, su ve rüzgar enerjisi kullanarak. Bu süreçte katı amonyak seçici emici, reaksiyon verimliliğini artırır ve karbon emisyonlarını minimize eder.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu eser öncelikle yasama-vatandaş komisyon Minnesota kaynaklardaki ve MNDRIVE, bir girişim tarafından tavsiye edilen şekilde ARPA-E, bize Enerji Bakanlığı'nın, Minnesota çevre ve doğal kaynaklar güven fonu, tarafından bir parçası tarafından desteklenen yapıldı. Minnesota Üniversitesi. Ek destek Dreyfus Vakfı'ndan geldi.

1. pilot tesisi açılış <ol><li>nitrojen üretim sistemi <ol><li>dönüş hava kurutma makinesi, hava kompresörü ve nitrojen jeneratörü. Hava kompresör tankında hava en az 800 kPa olduğundan emin olun. Bundan böyle %0,004 (40 ppm) oksijen azot olana bu arabellek tank azot gönderip duruyor.</li>
		<li>Dönüşte nitrojen gaz güçlendirici. Gaz güçlendirici baskılar 17 MPa yüksek, azot kaynağı tankları doldurmaya başlar.</li>
	</ol></li> <li>Hidrojen üretim sistemi <ol><li>chiller, su Deiyonizasyon ünitesi ve elektroliz açın. Çünkü başlatmak elektroliz izin için havalandırma negatif basınç ölçer bir akış sensoru elektroliz bir havalandırma sistemi olmadan çalışmaz. Hidrojen 0,54 kg/h oranı ile üretilen ve deşarj basıncı 1.5 MPa olacak.</li>
		<li>Dönüşte hidrojen gaz güçlendirici. Chiller çalışır durumda olduğundan ve soğutma sıvı üzerinden akan doğrulayın. Hidrojen kaynağı tankları 17 MPa dolu olacak.</li>
	</ol></li> <li>Amonyak skid başlangıç <ol><li>bilgisayar kontrol odasında aşağıdakileri yapmak için kullanın: <ol><li>bina için Acil çıkışlar doğrulayın.</li>
			<li>Binanın içinde oksijen, hidrojen ve amonyak konsantrasyonu daha az %20, 19 ppm ve 35 ppm, sırasıyla olduğundan emin olun.</li>
			<li>Hidrojen ve azot kaynağı tankları için 17 MPa uygulanır doğrulayın.</li>
			<li>Amonyak örnekleyici ve ağırlık tank vanaları atlanır emin olun.</li>
			<li>Basınç azot ile skid kızak ayarlayarak &#39; s azot giriş regülatör 2.5 MPa için. Azot basıncı regülatörü 300 psi için ayarlayın ve sonra açık azot bypass Vana skid 300 psi için azot ile doldurmak için. Bu basınç ulaşıldığında azot vanayı kapat. Hidrojen 1200 psi için düzenli ayarla ve kızak 1200 psi için doldurmak izin vermek için hidrojen Vanayı aç. Hidrojen Bay-pas valfi kapatmak.</li>
			<li>Hidrojen giriş Vana açıp skid ayarlamak &#39; s hidrojen giriş 10 MPa Regülatöre.</li>
			<li>NH 3 basınç regülatörü için 1 MPa ayarla.</li>
			<li>Kapat / kızak, kompresör ve hava vanaları birden çok bypass vanaları aç için yazılım kontrol GUI kullanın.</li>
			<li>Birkaç skid N 2 1:3 oranında ile beslenen emin olmak için PID denetleyicileri için yazılım kontrol GUI kullanın: H 2.</li>
			<li>Kontrol odası ve yazılım kontrol ana GUI kullanarak, skid başlatma. Skid gaz recirculate ve taze yem enjekte kompresör başlıyor.</li>
			<li>GUI yazılım, kontrol tepki ve yoğuşma sıcaklığı ayarlayın. Reaktör ve kondansatör sıcaklıklar 440 ve -25 ° C sırasıyla ayarlanır. 
			Not: Bu ayar noktası sıcaklığı almak ve kararlı duruma durumu elde etmek reaktör için ilâ 4 yaşam alır.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. Deneysel cihazları başlangıç <ol><li>reaktör hazırlık ve azaltma <ol><li>tartmak 3 g ön azaltılmış katalizör. Az 1 mm için bir harç ve havaneli kullanarak katalizör partiküller parçacık boyutunu küçültmek.</li>
		<li>Katalizör 0,25 boru içinde yüklemek ve her iki tarafta yer kuvars yün.</li>
		<li>Bir PID denetleyicisi kullanın ve uygun rampaları ile reaksiyon ısısı (400 ° C) reaktör sıcaklığı artırmak iken bir akış hızı (SCCM) dakikada 500 standart kübik santimetre ile reaktör üzerinden akan hidrojen. (Tablo 1 ' de özetlenen) rampalar kullanın. 
		Not: Sıcaklık artışı uygun katalizör etkinlik elde etmek için çok iyi olması.</li>
		<li>24 h hiçbir hava veya kirlilik katalizör ile temas gelir sağlamak için azaltma işlemine devam edin. Her zaman bir azot battaniyenin altında reaktör devam.</li>
	</ol></li> <li>Emici hazırlık <ol><li>80 g CaCl 2 emici emici sütuna yük (ID: 2.3 cm, uzunluk: 30 cm). Paketlenmiş yatakta hareketsiz için emici, her iki tarafında farklı emici destekler ambalaj kullanılacak farklı emici boyutları göre.</li>
		<li>Herhangi bir nem kaldırmak için 350 ° c emici sıcaklık artışı ise akan azot ile 200 SCCM 24 h için akış hızı</li>
	</ol></li> <li>Başlangıç tepki ayırma testleri <ol><li>sırasıyla 400 ° C ve 180 ° C de reaktör ve emici sıcaklık artışı. 
		Not: uygun sıcaklık rampalar reaktör sıcaklığı artırmak için kullanın. Transformers sıcaklık kontrolü daha düzgün yapmak için kullanın. Azot battaniyenin altında boş modda almak belgili tanımlık sistem. Başlamadan önce herhangi bir test, sistem 5 MPa için azot ile bir kaç kez şarj ve basınç bırakın.</li>
		<li>GUI hidrojen ve azot kitle Akış kontrolcüler denetlemek için kullanın.</li>
		<li>Cihaz hedef baskılar için azot ve 1:3 oranında hidrojen ile şarj edin.</li>
		<li>Bir kez hedef basınç elde edilir, giriş vanaları kapatın, reaktör çıkış vanası açmak ve dolaşım pompa çevirmek. Ekzotermik reaksiyon ve emilimi nedeniyle, reaktör ve emici sıcaklıklar daha dikkatli denetim sürecinin başında gerektirebilir.</li>
		<li>Emici atılım için başladığında nokta kadar 5 h, sınava devam.</li>
	</ol></li> <li>Desorpsiyon amonyak <ol><li>giriş ve çıkış vanaları açın.</li>
		<li>Sistem azaltmak &#39; s-basınç atmosferik basınç ve emici sıcaklık artışı ise akan azot 100 SCCM 5 h için amonyak emici malzeme desorb bir Debi ile.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Erisman, J. W., Sutton, M. A., Galloway, J., Klimont, Z., Winiwarter, W. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/ngeo/journal/v1/n10/abs/ngeo325.html">How a century of ammonia synthesis changed the world.</a> Nat Geosci. 1 (10), 636-639 (2008).</li>
<li>Vojvodic, A., Medford, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000926141400147X">Exploring the limits: A low-pressure, low-temperature Haber-Bosch process.</a> Chem Phys Lett. 598, 108-112 (2014).</li>
<li>Jennings, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJennings%2C+JR+%22Catalytic+Ammonia+Synthesis%22">Catalytic Ammonia Synthesis</a>. , Springer Science and Business Media. Plenum Press. (1991).</li>
<li>Apodaca, L. E. Nitrogen (Fixed) - Ammonia. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nitrogen/mcs-2016-nitro.pdf">https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/nitrogen/mcs-2016-nitro.pdf</a> (2016).</li>
<li>IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg3/">http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg3/</a> (2014).</li>
<li>Gielen, D. Tracking Industrial Energy Efficiency and CO2 Emissions - Organization for Economic Co-operation and Development. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.iea.org/w/bookshop/pricing.html">http://www.iea.org/w/bookshop/pricing.html</a> (2007).</li>
<li>Worrell, E., Phylipsen, D., Einstein, D., Martin, N. LBNL-44314 Energy Use and Energy Intensity of the U.S. Chemical Industry. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://ateam.lbl.gov/PUBS/doc/LBNL-44314.pdf">http://ateam.lbl.gov/PUBS/doc/LBNL-44314.pdf</a> (2000).</li>
<li>Wojcik, A., Middleton, H., Damopoulos, I., Van herle, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ammonia+as+a+fuel+in+solid+oxide+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Ammonia as a fuel in solid oxide fuel cells.</a> J Power Sources. 118 (1-2), 342-348 (2003).</li>
<li>Zamfirescu, C., Dincer, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775308004461">Using ammonia as a sustainable fuel.</a> J Power Sources. 185 (1), 459-465 (2008).</li>
<li>Christensen, C. H., Johannessen, T., Sørensen, R. Z., Nørskov, J. K. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920586105007157">Towards an ammonia-mediated hydrogen economy?</a> Catalysis Today. 111 (1-2), 140-144 (2006).</li>
<li>Hummelshøj, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((reversible+high-density+hydrogen+storage+in+compact+metal+ammine+salts%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">reversible high-density hydrogen storage in compact metal ammine salts.</a> J Am Chem Soc. 130 (27), 8660-8668 (2008).</li>
<li>Ni, M., Leung, M. K. H., Leung, D. Y. C. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/er.1588/abstract">Ammonia-fed solid oxide fuel cells for power generation-A review.</a> Int J Energy Res. 33 (11), 943-959 (2009).</li>
<li>Zamfirescu, C., Dincer, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378382009000241">Ammonia as a green fuel and hydrogen source for vehicular applications.</a> Fuel Process Technol. 90 (5), 729-737 (2009).</li>
<li>Ertl, G. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/03602458008067533">Surface Science and Catalysis-Studies on the Mechanism of Ammonia Synthesis: The P. H. Emmett Award Address.</a> Catal Rev. 21 (2), 201-223 (2006).</li>
<li>Nielsen, A., Kjaer, J., Bennie, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021951764900946">Rate equation and mechanism of ammonia synthesis at industrial conditions.</a> J Catal. 3 (1), 68-79 (1964).</li>
<li>U.S. Department of Energy. DE-FOA-0001569 Sustainable Ammonia Synthesis. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://science.energy.gov/~/media/grants/pdf/foas/2016/SC_FOA_0001569.pdf">https://science.energy.gov/~/media/grants/pdf/foas/2016/SC_FOA_0001569.pdf</a> (2016).</li>
<li>Chen, J., Miranda, R., Fitzsimmons, T., Stack, R. Sustainable Ammonia Synthesis - Exploring the scientific challenges associated with discovering alternative, sustainable processes for ammonia production. DOE Roundtable Report. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://science.energy.gov/~/media/bes/pdf/reports/2016/SustainableAmmoniaReport.pdf">https://science.energy.gov/~/media/bes/pdf/reports/2016/SustainableAmmoniaReport.pdf</a> (2016).</li>
<li>Reese, M., Marquart, C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.5b04909">Performance of a Small-Scale Haber Process.</a> Ind Eng Chem Res. 55 (13), 3742-3750 (2016).</li>
<li>Schlögl, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+Synthesis+of+Ammonia-A+%22Never-Ending+Story%22%5BTitle%5D)+AND+%22Ange+Chemie+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Catalytic Synthesis of Ammonia-A "Never-Ending Story".</a> Ange Chemie Int Ed. 42 (18), 2004-2008 (2003).</li>
<li>Dyson, D. C., Simon, J. M. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/i160028a013">Kinetic Expression with Diffusion Correction for Ammonia Synthesis on Industrial Catalyst.</a> Ind Eng Chem Fund. 7 (4), 605-610 (1968).</li>
<li>Temkin, M., Pyzhev, V. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie051398g">Kinetics of ammonia synthesis on promoted catalysts.</a> Acta Physiochim USSR. 12, 327-356 (1940).</li>
<li>Annable, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009250952870113">Application of the Temkin kinetic equation to ammonia synthesis in large-scale reactors.</a> Chem Eng Sci. 1 (4), 145-154 (1952).</li>
<li>Guacci, U., Traina, F., Ferraris, G. B., Barisone, R. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/i260062a002">On the Application of the Temkin Equation in the Evaluation of Catalysts for the Ammonia Synthesis.</a> Ind Eng Chem Prod DD. 16 (2), 166-176 (1977).</li>
<li>Hummelshøj, J. S., Sørensen, R. Z., Kustova, M. Y., Johannessen, T., Nørskov, J. K., Christensen, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+nanopores+during+desorption+of+NH3+from+Mg%28NH3%296Cl2%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Generation of nanopores during desorption of NH3 from Mg(NH3)6Cl2.</a> J Am Chem Soc. 128 (1), 16-17 (2006).</li>
<li>Huberty, M. S., Wagner, A. L., McCormick, A., Cussler, E. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.13744/abstract">Ammonia absorption at haber process conditions.</a> AIChE Journal. 58 (11), 3526-3532 (2012).</li>
<li>Himstedt, H. H., Huberty, M. S., McCormick, A. V., Schmidt, L. D., Cussler, E. L. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.14733/abstract">Ammonia synthesis enhanced by magnesium chloride absorption.</a> AIChE Journal. 61 (4), 1364-1371 (2015).</li>
<li>Malmali, M., Wei, Y., McCormick, A., Cussler, E. L. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.6b01880">Ammonia Synthesis at Reduced Pressure via Reactive Separation.</a> Ind Eng Chem Res. 55 (33), 8922-8932 (2016).</li>
<li>Wagner, K., Malmali, M., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aic.15685/abstract">Column absorption for reproducible cyclic separation in small scale ammonia synthesis.</a> AIChE Journal. , (2017).</li>
</ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Kritik adımlar tepki-emme deneysel cihazları:
Nitrojen ve hidrojen sistemde hiçbir kirlilik olduğundan emin olun. Emici malzeme her döngüsü sonra değişecek. Çoğu durumda, yüksek sıcaklıkta ve amonyak, huzurunda emici malzeme sigorta ve büyük sağlam beton formu. Her metal halide ve ammine karmaşık termodinamik özelliklerinin göre uygun sıcaklık emme ve desorpsiyon için istihdam edilmelidir. Önce her test basınç düşüşü arasında (emici, reaktör, boru, Vana, bağlantı parçaları, vb) sistemi k...

Amonyak önemli bir endüstriyel kimyasal bileşiktir. 20inci yüzyılın1,2en önemli yeniliklerden biri olarak bilinen Haber - Bosch sürecinde üretilir. Amonyak sentezi yapılmaktadır yüksek sıcaklıklardaki türdeş olmayan bir katalizör varlığında (&#62; 375 ° C) ve basınç (&#62; 100 bar)3. Yüksek sıcaklık ve basınç gerekleri amonyak sentezi çok enerji - yapmak ve büyüme. Yaklaşık olarak, amonyak 150 milyon ton üretilen dünyanın enerji tüketimi, doğal gaz tüketiminin % %5 1-3 hesapları her yıl4ve İklim değişen gaz emisyon5,6, % 3'e kadar 7.
Amonyak iki büyük potansiyel kullanımı vardır. İlk olarak, amonyak sentetik azot gübre1' dir. Bu gübre geçerli Nüfusun yarısının yeterli gıda erişim olmazdı. İkinci olarak, amonyak bir enerji vektörü, karbon-nötr sıvı yakıt olarak veya dolaylı hidrojen taşıyıcı8,9,10,11olarak hizmet verebilir. Genellikle, yenilenebilir kaynaklar (örneğin Rüzgar) underpopulated kırsal alanlarda, nerede yakalanabilir kullanılabilir; Bu tür izole Rüzgar ve güneş enerjisi "telli" adı verilir. Bu senaryoda, elektrik, ısı enerji yenilenebilir enerji kaynağından enerji-yoğun karbon-nötr Sıvı amonyak dönüştürülür. Üretilen Sıvı amonyak sonra kent merkezleri, nerede amonyak bazlı yakıt hücreleri12 ve içten yanmalı motorları13doğrudan kullanılabilir veya hidrojen çürümüş ve sonra hidrojen yakıt hücreleri içinde kullanılmak için sevk edilebilir veya Hidrojen istasyonları. Sonuç olarak, biz ABD kalabalık kentsel alanlarda için ABD prairies Rüzgar taşıyabilirsiniz
Çoğunlukla gübre kullanımı nedeniyle, amonyak üretimi önemli bir endüstridir. Oda sıcaklığında amonyak sentezi tepki ekzotermik ve dolayısıyla — en azından ilke olarak — tepki ortam koşulları altında elde spontan14, ancak, güçlü azot-azot bağ nedeniyle son derece zor olduğunu 15. bu sorunu aşmak için Fritz Haber ünlü yüksek sıcaklıklarda hızlı Kinetik elde etmek için kullanılan, ancak ters tepki üretimi inhibe bu yüksek sıcaklıklarda anlamına geliyordu. Bu ters tepki çekingenliklerini azaltmak için Haber yüksek basınç dönüşüm iyileştirmek için kullanılır. Hala Ludwigshafen BASF fabrikasında süsleyen bir silah varil içinde büyük ölçekli tepki gerçekleştirmiştir.
Reaksiyon potansiyel olarak çok daha mütevazı şartlar altında çalıştırdığınızda yüksek sıcaklık ve basınç kullanmak için gerekliliği üzerinde bir yüzyıl2için sinirli kimyagerler var. Sonra bile işleminin ticari, Karl Bosch ve BASF, büyük bir grup için daha iyi katalizörler seyir tüm periyodik tablo aracılığıyla churned. Bosch küçük başarı varken arama hala devam ediyor. Hatta geçen yıl başlatılan16,17amaçlayan yeni bir katalizör arayan yeni bir araştırma programı oldu. Amonyak sentezi detaylı kimya şimdi iyi anlaşılan14ve yeni catalyst için arama başarılı olursa, kesinlikle değer çaba olacaktır. Ancak, bize göre geçmiş hataları gelecekteki başarı olasılığını azaltır.
Aşağıdaki metin, küçük ölçekli amonyak sentezi işlemi açıklanmıştır ve alternatif bir işlem araştırmak için motivasyon açıkladı.
Küçük ölçekli süreci:
Rüzgar tarafından oluşturulan amonyak Amonyak, sentezleme için Haber - Bosch işlemi yerel olarak işletilen ancak ihmal edilebilir tutarlar karbon dioksit üreten çok daha küçük, daha basit bir işlem arayan gelişiyordu. Fizibilite Rüzgar gelen yerel amonyak imalatı, Morris, MN, yer ve şekil 118içinde gösterilen bir pilot tesis içinde zaten kanıtlanmıştır. Morris Buffalo sırtı, Minnesota güneybatı köşesinde tepeler haddeleme 60 millik bir oluşumu oturur. Sırtın alışılmadık derecede sabit kuvvetli rüzgar çayır inişli çıkışlı, vardır. Sonuç olarak, Rüzgar tarafından üretilen elektrik için bir Mekke olduğunu.
Bu elektrik ile zaten amonyak Rüzgar, kırk bin kez fosil yakıtlar mevcut ticari işlemlerde daha küçük olan bu bitki kullanarak üretiyoruz. Bazı Rüzgar tarafından üretilen elektrik nitrojen hava basıncı salıncak adsorpsiyon ile örneğin, oksijen zenginleştirilmiş hava ihtiyacı olan amfizem olan hastalar için kullanılan hava ayrılması için kurulan bir yöntem üzerinden yapmak için kullanılır. Ancak, daha fazla elektrik hidrojen yapmak için kullanılan su elektroliz tarafından. Bu gazların işleminin şematik Şekil 2' de gösterilen geleneksel bir katalizör üzerinde birleştirilir. Reaksiyon sonra gaz Sıvı amonyak yoğunlaşmaya soğutma tarafından ayrılır. Unreacted gazlar, hem de uncondensed amonyak geri dönüştürülmektedir.
Pilot tesis ayrıntılarını Bizim pilot tesis, University of Minnesota yenilenebilir hidrojen ve amonyak Pilot tesis, elektrik enerjisi bir eş 1.65 MW rüzgar türbini sağlanır. Pilot tesis, Minnesota Üniversitesi'nde, kullanılan kalan güç ile oluşturulan güç yaklaşık yüzde 10'u kullanır Morris kampüs.
Bir elektroliz, bir güçlendirici kompresör ve termal soğutma hidrojen üretim sistemi kullanır. Bu sistem 0,54 kg hidrojen gaz saatte 2400 psi 24 kullanarak depolanan üretir elektrik kWh. Yerinde bir kuyudan su ters ozmoz ve Deiyonizasyon sistemiyle saf. Su o zaman ilâ 15 L/h azot nitrojen jeneratörü, ön hava kompresörü, bir hava kurutma makinesi ve bir güçlendirici kompresör kullanılarak oluşturulan bir hızda elektroliz için sağlanır. Azot gazı 2400 psi yaklaşık 6 kullanarak depolanır kWh elektrik.
Amonyak sentezi özel bir skid kullanır. Bir kompresör, bir reaktör, soğutma soğutma döngüsü ve 20 kW elektrikli ısıtıcı içerir. Skid yaklaşık 28 kullanır kWh elektrik amonyak sonra 150 PSI depolanan saat başına 2,7 kg üretmek için. Amonyak üretim süreci entegre PLC ve operatör panel sistemleri ile kontrol edilir. Üretilen hidrojen ve azot 18 azot stora sitesinde depolanırGe tankları ve 54 Hidrojen depolama tankları. Amonyak da 3.100-galon gemi içinde saklı otel bünyesinde mevcuttur.
Rüzgar üretimi pahalı olduğunu Bu işlem için elektrik gelen Rüzgar yapılır ve böylece yakıt amonyak yapmak için herhangi bir fosil yakıt kullanmadan, ücretsizdir. Ancak, bu pilot tesis için sermaye maliyeti yatırımlar için hidrojen üretimi ve amonyak sentezi için hakim. Tarihi operasyonlara küçük ölçekli amonyak yapma maliyetini yaklaşık iki kez geleneksel amonyak fosil yakıtlara bağlı olduğunu göstermektedir. Biz bizim süreci optimize etmek devam ederken, küçük ölçekli Rüzgar oluşturulan amonyak geçerli Doğalgaz fiyatlarla rekabet olmayacaktır inanıyorum. Kitle amonyak yapılan maliyeti daha büyük bir geleneksel sürecinin veya alternatif bir süreç bu şekilde azaltılabilir sermaye bu kağıt bir sonraki nitelendirdi.
Emme işlemi:
Üretim emilimini artırır Amonyak sentezi için kullanılan katalizör sırasında geçen yüzyılın19hemen hemen değişmeden kalmıştır. Sonuç olarak, bu araştırmada farklı bir yaklaşım dışarı taşıdı. Geçerli katalizör ve çalışma sıcaklığı geçerli, ancak en kısa zamanda o mütevazı baskılar, amonyak emmek. Biz herhangi bir unreacted hidrojen ve azot geri dönüşüm. İşleminin şematik şekil 3' te geleneksel işlemine benzer like that ama bir dolu yatak emici ile kondansatör yerine.
İlk tepki Kinetik değişmez Bu sistem3,14,15,20,21 önceki çalışmaların bir çoğu ile tutarlı bir ilk tepki hızı düşük dönüşüm de bu sistemi ile deneyler göster , 22 , şekil 4' te gösterildiği gibi 23. Sol panelde şiddetle sıcaklık ile değişir ilk fiyatlar, gösterir. Bu oranlar da basınç ile değişir, varyasyonlar sağ panelde gösterildiği gibi daha küçük, iken. Bizim yeni süreçte biz aynı catalyst ve benzer çalışma koşulları kullanır, ancak daha düşük basınçta emme kullanarak Amonyak üretimi artırmak için yollar aramak. Biz böylece amonyak sentezi için sermaye maliyeti azaltmak umuyoruz.
Dönüşüm emilimini artırır Çalışmamızda, silindirik bir gemi emici küçük parçacıklar ile dolu dolu bir oda küçük süreçte kondansatör yerine. Öncelikle magnezyum klorür ve Kalsiyum klorür11,24emiciler vurgulamıştık. Böyle ammine emiciler iki etkileri vardır. İlk olarak, onlar amonyak konsantrasyonu sıfır yakınındaki için geri dönüşümlü gazlar içinde mevcut azaltır. İkinci olarak, onlar etkili azaltmak belgili tanımlık zaman sıfır yakınındaki ayrılması için. Bu strateji üretken25,26,27yaşında. Örneğin, şekil 5' te, sistemdeki toplam basıncında düşüş orantılıdır, amonyak yapma oranı emme ile çok daha fazla olduğunu göstereceğiz. Özellikle, 90 Bar, kırmızı daireler tarafından gösterilen tepki daha az daha emici ile reaksiyon tamamlandıktan tarafından mavi üçgen27gösterilen. Reaksiyon emici olmadan bir basınçta neredeyse iki katı bu emme ile reaksiyon gerçekleşir olsa bile bu durum geçerlidir. (Burada gösterilmeyen) önceki deneylerde ayrıca işlemin nihai dönüşüm emici ile % 95'ama emici olmadan yaklaşık % 20 olduğunu gösterdi.
Reaksiyon oranı çok daha az ısı emme ile olmadan daha değişir. Bu tekrar amonyak sentezi toplam basınç karşı saat27olarak rapor şekil 6, gösterilir. Reaksiyon ısısı 60 ° C tarafından değiştirme reaksiyon hızı üzerinde küçük etkisi. Reaksiyon oranı neredeyse bir büyüklük, değişikliği gösteren şekil 4' deki ilk oranları ile karşıttır. Ters tepki etkisini azalttı, kimyasal kinetik artık böylece tek adım için genel oranı sorumlu sonuçları şekil 4 ve şekil 6 farklıdır.

<table><tbody><tr><td><güçlü>Deneysel Cihaz< / güçlü></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Magnezyum Klorür</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7786-30-3</td><td>St. Louis, MO</td></tr><tr><td>Kalsiyum Klorür</td><td>Sigma Aldrich</td><td>10043-52-4</td><td>St. Louis, MO</td></tr><tr><td>Ultra Saf Hidrojen</td><td>Matheson</td><td>SG PHYF30050</td><td>New Brighton, MN</td></tr><tr><td>Ultra Saf Azot</td><td>Matheson</td><td>SG G1881112</td><td>New Brighton, MN</td></tr><tr><td>Demir Bazlı Katalizör</td><td>Clariant/Sud Chemie-Charlotte</td><td></td><td>, NC</td></tr><tr><td>Değişken Pistonlu Pompa</td><td>PumpWorks Inc.</td><td>PW2070N</td><td>Minneapolis, MN</td></tr><tr><td>Omega Seramik Isıtıcı</td><td>Omega</td><td>CRFC-36/115-A</td><td>Stamford, CT</td></tr><tr><td>PID Kontrol</td> Cihazı <td>Omega</td><td>CN96211TR</td><td>Stamford, CT</td></tr><tr><td>Sinyal Düzenleyici</td><td>Omega</td><td>DRG-SC-TC</td><td>Stamford, CT</td></tr><tr><td>Basınç Dönüştürücü</td><td>WIKA</td><td>50426877</td><td>Lawrenceville, Georgia</td></tr><tr><td>Kütle Akış Kontrol Cihazı</td><td>Brooks Araçlar</td><td>SLA5850</td><td>Hatefield, PA</td></tr> <<tr><td>strong>Name</td><td>Company</td><td>Katalog Numarası</td><td>Yorumlar</td></tr><tr><td>Pilot Plant</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Electrolyzer</td><td>Proton OnSite</td><td>H6 Serisi</td><td>Wallingford, CT</td></tr><tr><td>Gaz Güçlendirici</td><td>PDC Makinesi</td><td>3 2500&nbsp;</td><td>Warminster, Pensilvanya</td></tr><tr><td>Rüzgar Türbini</td><td>Vestas</td><td>V82</td><td>Portland, VEYA</td></tr><tr><td>Chiller</td><td>Termal Bakım</td><td>SQ Serisi</td><td>Niles, IL</td></tr><tr><td>Su Arıtma</td> Cihazı <td>Elga Pure Lab</td><td>S-15</td><td></td></tr><tr><td>Azot Jeneratörü</td><td>Yenilikçi Gaz Sistemi</td><td>NS-10</td><td>Huoston, TX</td></tr><tr><td>Hava Kompresörü</td><td>Hydrovane</td><td>HV05</td><td></td></tr></tbody></table>

düşük basınçta amonyak sentezi

Ammonia Synthesis at Low Pressure

Amonyak düşük basınçta bir amonyak seçici emici kullanımı ile sentez. İşlem, Rüzgar enerjisi, yerel olarak amonyak için sentetik gübre gerektiren alanlarda kullanılabilir ile kurulabilir. Sadece uzak yerleşim merkezleri nerede doğrudan kullanılabilir kullanılabilir çünkü böyle rüzgar enerjisi genellikle "telli," adı verilir.
Önerilen düşük basınçlı proses azot basıncı salıncak emme kullanarak havadan yapılır ve hidrojen su elektroliz tarafından üretilir. Bu gazların yaklaşık 400 ° c yükseltilen bir geleneksel katalizör varlığında tepki verebilir süre dönüşüm kez bu reaksiyon yüksek basınçlarında tek mümkün kılan ters tepki ile sınırlıdır. Bu sınırlama bir ammine benzeri kalsiyum veya magnezyum klorür üzerinde emme tarafından kaldırılabilir. Böyle alkali metal halojenürlerden etkili amonyak, böylece tepki denge kısıtları baskılayarak kaldırabilirsiniz. Önerilen emme gelişmiş amonyak sentezi süreçte, reaksiyon hızı sonra kimyasal kinetik ne de emme oranları tarafından değil ama unreacted gazlar geri dönüşüm oranı tarafından kontrol edilebilir. Olumlu bir geleneksel küçük ölçekli Haber - Bosch işlem yapılan amonyak ile karşılaştırılması.

Morris, MN bir pilot tesis için yerel Amonyak üretimi18, Rüzgar kullanarak fizibilite şekil 1' de gösterildiği gibi göstermiştir. Rüzgar nitrojen ve hidrojen basınç salıncak emme hava ve su, elektroliz sırasıyla yapmak için kullanılan elektrik üretir. Bir reaktör geleneksel bir katalizör amonyak yapma nitrojen ve hidrojen gazları birleştirmek için kullanır. Amonyak sonra bir kondansatör kullanılarak ayrılır.
<p class="jove_content"...

Amonyak düşük basınçta geleneksel bir katalizör ve amonyak seçici emici kullanarak sentez.

Düşük basınçta amonyak sentezi

Ammonia can be synthesized at low pressure by the use of an ammonia selective absorbent. The process can be driven with wind energy, available locally in ...

Bu prosedürün genel amacı; hava, su ve rüzgar enerjisi kullanılarak, ihmal edilebilir düzeyde karbondioksit emisyonu ile düşük basınçlı bir işlemle amonyak üretmektir. Bu yöntem, amonyak üretimindeki reaksiyon verimliliği, ürün dağılımı ve karbondioksit emisyonları gibi temel sorunların çözümüne yardımcı olabilir. İşlemde, bir kondenser yerine katı bir amonyak seçici adsorban kullanılmaktadır.Sistemden sürekli olarak amonyak uzaklaştırılması, ters kimyasal reaksiyonun meydana gelme olasılığını azaltır. Bu sürecin temel avantajı, daha güvenli ve daha az maliyetli olan daha düşük basınçlarda gerçekleştirilebilmesidir. Cory Marquart ve ben, geleneksel süreç için tipik tesislerden 30.000 kat daha küçük olan bir tesisi işletmekteyiz.Bu, absorpsiyon işlemi ile karşılaştırma yapmak için bir standart sağlar. Mike Reese ve Cory Marquart, Minnesota'nın Morris şehrindeki geleneksel küçük ölçekli tesisi işletmektedir. Absorpsiyon tabanlı işlemi, laboratuvarımıza bağlı bir doktora sonrası araştırmacı olan Mahdi Malmali uygulamaktadır.İşleme başlamadan önce, amonyak üretim tesisini çalıştırın ve katalitik reaktörü 440 °C'ye ısıtın. Kondenser sıcaklığını -18 °C'ye ayarlayın. Ardından, hava kurutucuyu, hava kompresörünü ve azot jeneratörünü açın.Azot tedarik tanklarını doldurmak için azot gazı güçlendiricisini açın. Soğutucuyu, su deiyonizasyon ünitesini, elektrolizörü ve hidrojen gazı güçlendiricisini açın. Soğutucunun çalıştığını ve soğutma sıvısının aktığını doğrulayın.Ardından azot giriş regülatörünü 300 PSI'ye ayarlayın. Proses şasisini basınçlandırmaya başlamak için azot vanasını açın. Şasi 300 PSI'ye ulaştığında azot bypass vanasını kapatın.Ardından, hidrojen giriş regülatörünü 1.200 PSI'ye ayarlayın ve hidrojen valfini açın. Skid 1.200 PSI'ye ulaştığında, hidrojen valfini kapatın. Sisterden bire üç oranında azot-hidrojen gaz karışımını sirküle etmeye başlamak için skidi çalıştırın.İşlem tamamlandıktan sonra, yoğunlaştırılmış amonyağı 150 PSI basınçta saklayın. Reaktörü hazırlamak için, katalizör partiküllerini havan ve havan eli kullanarak bir milimetreden daha küçük olacak şekilde öğütün. Öğütülen katalizörü 0,25 inçlik tüplere yerleştirin.Absorberi hazırlamak için, 80 gram kalsiyum klorür veya eşdeğer miktarda başka bir amonyak seçici absorbenti, 2,3 santimetre iç çapında ve 30 santimetre uzunluğundaki bir kolona doldurun. Absorbenti sabitlemek için kolonun uçlarını yeterli miktarda dolgu destek malzemesi ile tıkayın. Absorberi ve reaktörü deney düzeneğine yerleştirin.Katalizör aktivasyonunu tamamlamak için, reaktörden 500 SCCM hızında hidrojen akışı sağlarken, önerilen aktivasyon sıcaklığı prosedürünü kullanarak reaktörü 450 °C'ye ısıtın. Sistem boşta olduğunda, aktive edilmiş katalizörü ultra saf azot gazı battaniyesi altında tutun. Amonyak üretim sürecini başlatmak için çıkış valfini kapatın; reaktörü 400 °C'ye ve absorbörü 180 °C'ye yükseltin.Sistemi tekrar tekrar basınçlandırıp tahliye ederek ultra saf azot gazı ile yıkayın. Ardından, sistemi bir-üç oranında azot ve hidrojen gazı karışımıyla basınçlandırın. Azot ve hidrojen kütle akış kontrolcülerini durdurun.Reaktör giriş vanasını kapatın. Reaktör çıkış vanasını açın ve resirkülasyon pompasını çalıştırın. Reaksiyon başladığında reaktör ve absorber sıcaklıklarını izleyin ve ekzotermik süreçleri dengelemek için gerektiğinde bunları ayarlayın.İşlemi beş saat boyunca veya sistem basıncındaki zamanla meydana gelen değişimin azalmasıyla belirtilen absorbacı kırılma noktasına ulaşana kadar sürdürün. Azot giriş vanasını ve amonyak çıkış vanasını açarak sistemi atmosferik basınca düşürün. Amonyağı uzaklaştırmak için absorbacıyı beş saat boyunca ısıtırken sistemden 100 SCCM hızında azot akışı sağlayın.Konvansiyonel yöntemde kullanılan yüksek basınçlar, yüksek sıcaklıklarda ileri reaksiyonu desteklemek için gereklidir. Düşük basınçlı ayırma yönteminde amonyak, ters reaksiyona uğramadan önce daha eksiksiz bir şekilde ayrıştırılır. Konvansiyonel yönteme kıyasla dönüşüm hızında belirgin bir artış gözlemlenmiştir.Ayırma yönteminin başlangıç reaksiyon hızları, yayınlanmış değerlerle ve ayrı kimyasal kinetik deneylerle tutarlılık gösterdi. Reaksiyon absorbsiyon yönteminin başlangıç reaksiyon hızlarında sıcaklık değişimi gözlemlendi. Genel reaksiyon hızının sıcaklığa çok daha az bağımlı olması, katalitik reaksiyon hızının ayırma yöntemindeki dönüşüm oranı için ana sınırlayıcı faktör olmadığını göstermiştir.Absorbent, amonyağı sistemden verimli bir şekilde uzaklaştırmış ancak kolonun kapasitesi her döngüden sonra azalmıştır. Absorbent kolonun ömrünü uzatmaya yönelik incelemeler devam etmektedir. Absorpsiyon kinetiğinin, amonyak üretimi için anlamlı bir sınırlayıcı faktör olmadığı saptanmıştır.Resirkülasyon akış hızının reaksiyon hızıyla korele olduğu bulunmuştur; bu durum, akış hızının süreç için temel kontrol edici adım olduğunu göstermektedir. Bu süreç; havadan, sudan ve rüzgardan amonyak üretebilir. Hava ve su, sırasıyla basınç salınımlı adsorpsiyon ve elektroliz yoluyla azot ve hidrojen kaynaklarıdır.Süreç için gerekli enerji rüzgardan sağlanmaktadır. Haber-Bosch süreci, dünya nüfusunun büyük bir kısmının beslenmesini sağlayan, yüzyıllık bir reaksiyondur. Bu süreci iyileştirmeye çalışmak yüksek risk taşırken, potansiyel olarak yüksek getiriler sunmaktadır.Bu çalışma için orijinal fikrimiz, kırsal Minnesota'daki aile çiftliklerinin azot gübresi konusunda daha kendi kendine yeterli hale gelmelerini sağlamaktı. Rüzgar tabanlı enerjiyi sıvı amonyak olarak depolayarak, enerji yetersizliği çeken şehirler için bir yakıt sağlama vaadi beklenmedik bir kazanım oldu. Absorpsiyon tabanlı sürecin anahtarı, amonyak üretilirken onu verimli bir şekilde hapseden, kararlı ve yeniden kullanılabilir bir absorbant geliştirmektir.Geleneksel kondanseri bir absorbent yatağı ile değiştirerek, küçük ölçekli üretim için uygun, daha ucuz ve daha güvenli bir amonyak üretim sürecine daha çok yaklaştık.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Burada bu tür bunların kararlılığını ve hidrofobikliğini geliştirmek için metal-organik çerçeveler gibi mikro gözenekli malzemeler üzerinde perfluorobütanlar plazma geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme için işlemler açıklanmaktadır. Ayrıca, numune miligram miktarları atılım test ayrıntılı olarak anlatılmıştır.

Plazma ile Hidrofobik Metal-Organik Altyapıları hazırlanması Amonyak Kaldırma için perfluorobütanlar Kimyasal Buhar Kaplama Geliştirilmiş

Amonyak, çeşitli hastalık ve sağlık durumlarıyla ilgili önemli bir fizyolojik metabolittir. Aynı zamanda nefeste ölçülmesi zor bir moleküldür ve doğru sonuçlar elde etmek için özel önlemler alınmasını gerektirir. Amonyağı etkileyen tüm faktörler bilinmemektedir, ancak bu faktörler hesaba katılmadan ilerleme zor olabilir.

Hızlı ve Doğru Üfürükle Amonyak Ölçüm

Burada, mevcut bir protokol CH3NH3sentezi için ben ve CH3NH3Br öncüleri ve iğne deliği-Alerjik, sürekli CH3NH3PBI3-xBrx ince filmler için sonraki oluşumu uygulama yüksek verimli güneş hücreleri ve diğer opto-elektronik aygıtlar.

Alçak basınç buhar destekli çözüm işlemini Tunable Grup Gap iğne deliği-Alerjik Methylammonium kurşun Halide Perovskite filmler için

Amonyak elyaf genişletme (AFEX), lignocellulosic biyokütle (örneğin, mısır stover, pirinç saman ve şeker kamışı bagasse) hem biyoyakıt lar hem de hayvan yemi uygulamaları için son derece sindirilebilir bir hammaddeye dönüştürebilen termokimyasal bir ön işlem teknolojisidir. Burada, lignoselülozik biyokütle üzerinde AFEX ön işlem yapmak için laboratuvar ölçeğinde bir yöntem açıklanmaktadır.

Amonyya Lif Genleşme (AFEX) Lignoselülozik Biyokütle Ön Arıtma

Burada basit reaksiyon damarlarının CO2düşük orta baskısı altında tepkiler gerçekleştirmek için bir protokol mevcut. Tepkiler çeşitli gemiler sadece karbon dioksit Kuru buz, pahalı veya ayrıntılı ekipman veya set-up için gerek kalmadan şeklinde yönetmek olarak gerçekleştirilir.

Kuru buz katı CO2 kaynak olarak kullandığını mühürlü damarlarının Orta basınç elde

14NH4+/15NH4+ analizlerine dayalı potansiyel DNRA oranını belirlemek için bir dizi yöntem ayrıntılı olarak verilmiştir. NH4+ birkaç adımla N2O'ya dönüştürülür ve quadrupole gaz kromatografisi-kütle spektrometresi kullanılarak analiz edilir.

14NH4+/15NH4+ Sıralı Dönüşüm Yoluyla N2O'ya Göre Amonyuma Nitrat Azaltma Nın Potansiyel Oranlarının Ölçülmesi

Yüksek basınçlı bir hücreyi monte etmek, yüksek basınçlı NMR deneylerini kurmak ve kaydetmek ve son olarak basınç altında hem pik yoğunluk hem de kimyasal kayma değişikliklerini analiz etmek için gereken adımların ayrıntılı bir açıklamasını sunuyoruz. Bu deneyler, proteinlerin katlanır yolları ve yapısal stabilitesi hakkında değerli içgörüler sağlayabilir.

Protein Düşük Yatan Konformasyon durumlarını tespit etmek için Yüksek Basınçlı NMR Deneyleri

Burada, karbon nanotüpler üzerinde desteklenen Co nanopartiküllerini hidrojen üretimleri için Co- ve N- katkı maddeleri ile sentezlemek için bir protokol sunuyoruz.

Karbon Nanotüp Üzerinde Katkılı Co ve N Atomları ile Desteklenen Metal Nanopartiküllerin Sentezi ve Hidrojen Üretiminde Katalitik Uygulamaları

Biz yıldız biçimli altın Nanostars gümüş tohum aracılı büyüme yöntemi kullanılarak sentezlendi. Nanostars çapı 200 ila 300 nm arasında değişir ve ipuçları sayısı 7 ila 10 arasında değişmektedir. Nanopartiküller, yakın kızılötesi merkezli geniş bir yüzey plazmon rezonans modu var.

Gümüş Tohum aracılığı Büyüme Yöntemi ile Altın Nanostar Sentezi

Bu protokol, fokal adezyon oluşumu ve transmembran reseptör matrisi, syndecan-4 nişan taklit ederek Rac1 aktivasyon sürücüler düşük yoğunlukta kesikli ultrason ile kültüre fibroblast stimülasyonu açıklar. Bu yaklaşım, böylece tedavinin arıtma için fırsatlar sağlayarak, hücresel düzeyde başarılı bir klinik tekniğin soruşturma sağlar.

Düşük yoğunluklu Ultrason Kullanımı Yapışma bağımlı Sinyalleri indüksiyonu

Keşfedin düşük basınçta amonyak sentezi yöntemini hava, su ve rüzgar enerjisi kullanarak. Bu süreçte katı amonyak seçici emici, reaksiyon verimliliğini artırır ve karbon emisyonlarını minimize eder.

Düşük basınçta amonyak sentezi

Daha fazla video keşfet