最近被人們熱議的“氨能"，本質(zhì)上就是把氨作為一種能量介質(zhì)，是“Power to X"中的一種，也可以理解成“H to X"的一種。下面我們就從“氨氣"的一些基本物性、應(yīng)用、生產(chǎn)來源方式等層面來給大家簡單科普“氨"到底是一個什么東西，以及氨在未來的能源系統(tǒng)中如何扮演能源的角色。
一、氨的物性、應(yīng)用、以及制取介紹
1、氨氣的基本物性介紹：
氨氣（Ammonia），是一種無機(jī)化合物，化學(xué)式為NH3，分子量為17.031，無色、有強(qiáng)烈的刺激氣味。密度 0.7710g/L。相對密度0.5971（空氣=1.00）。易被液化成無色的液體。在常溫下加壓即可使其液化（臨界溫度132.4℃，臨界壓力11.2兆帕，即112.2大氣壓）。沸點(diǎn)-33.5℃。也易被固化成雪狀固體。熔點(diǎn)-77.75℃。溶于水、乙醇和億醚。在高溫時會分解成氮?dú)夂蜌錃?，有還原作用。有催化劑存在時可被氧化成一氧化氮。用于制液氮、氨水、硝酸、以及銨鹽和胺類等?？捎傻蜌渲苯雍铣啥频?，能灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入過多，能引起肺腫脹，以至死亡。1.氨極易液化 ，在常壓下冷卻至-33.34℃或在常溫下加壓至700KPa至800KPa，氣態(tài)氨就液化成無色液體，同時放出大量的熱。 液態(tài)氨汽化時要吸收大量的熱，使周圍物質(zhì)的溫度急劇下降，所以氨常作為 制冷劑 。 2.燃燒熱值：燃燒熱，25℃（77oF）氣態(tài)時 18603.1kJ/kg；空氣中爆炸低限含量：16.1%；空氣中爆炸高限含量：25%。
請注意：理論值是沒有氮氧化物出現(xiàn)的。當(dāng)實(shí)際在空氣環(huán)境中燃燒是有氮氧化物出現(xiàn)的。
2、氨的常規(guī)應(yīng)用
十九世紀(jì)中期，也就是戰(zhàn)爭前后，隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)的發(fā)展，人們已經(jīng)認(rèn)識到氮源對植物生長的重大意義，有意識地使用氨作為人工氮源提升農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量。這也是氨最早作為肥料的一種在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，直到后續(xù)擴(kuò)展到工業(yè)領(lǐng)域，甚至未來的能源領(lǐng)域。
現(xiàn)狀，氨用于制造氨水、氮肥（尿素、碳銨等）、復(fù)合肥料、硝酸、以及銨鹽、純堿等，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、化肥、制藥、合成纖維等領(lǐng)域。含氮無機(jī)鹽及有機(jī)物中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料。此外，液氨常用作制冷劑，氨還可以作為生物燃料來提供能源。
1774年英國化學(xué)家普利斯特利通過加熱氯化銨與熟石灰制備了氨氣。
1784年，法國科學(xué)家，貝托萊證明了氨是由氫與氮組成的。
1898年，德國化學(xué)家首先采用化學(xué)方法完成了合成氨。
20世紀(jì)初，科學(xué)家就希望通過氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)得到氨氣。所用的手段可以說是五花八門，包括但不限于使用催化劑或者高壓電弧等等，尤其是后者，主要希望通過模擬自然界的固氮過程進(jìn)行合成氨。但是無一例外這些手段最終都失敗了。甚至人們一度以為合成氨是不可行的。
1908年~1910年，德國化學(xué)家哈伯完成了合成氨的實(shí)驗(yàn)。
1911年，哈伯與大名鼎鼎的BASF合作完成，建成合成氨工廠，年產(chǎn)量9000噸。哈伯本人因?yàn)樵诤铣砂鳖I(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎。
3.2.工業(yè)上氨是以哈伯法通過N2和H2合成。
（反應(yīng)條件為高溫、高壓、催化劑），一般為鐵觸媒作催化劑，壓強(qiáng)20-50 mPa，溫度450℃左右。
3.3工業(yè)制備流程
工業(yè)制氨絕大部分是在高壓、高溫和催化劑存在下由氮?dú)夂蜌錃夂铣芍频?。氮?dú)庵饕獊碓从诳諝?；氫氣主要來源于含氫和一氧化碳的合成氣（純氫也來源于水的電解）。由氮?dú)夂蜌錃饨M成的混合氣即為合成氨原料氣。從燃料化工來的原料氣含有硫化合物和碳的氧化物，它們對于合成氨的催化劑是有毒物質(zhì)，在氨合成前要經(jīng)過凈化處理。無論哈伯法、天然氣制氨法、重質(zhì)油制氨法、煤（煤炭）制氨法等，其本質(zhì)上都是基于氮?dú)夂蜌錃?/span>的合成。只是不同的過程氫氣和氮?dú)獾膩碓床灰粯?，生產(chǎn)過程副產(chǎn)物和工藝參數(shù)不一樣。所以氫氣作為其中合成需求原料之一，其來源剛好也是現(xiàn)在被大家熱炒的氫能源的氫氣來源。因?yàn)楹蜌湎啾劝本哂幸幌盗袃\(yùn)相對方便和成熟的特性，所以也就有了“氨能"、“氫能第二代"等等網(wǎng)絡(luò)熱詞出現(xiàn)。結(jié)合這些我們下面簡單說明一下氨是如何在未來的能源系統(tǒng)中扮演角色。（氨的工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用不再展開說明了）
二、“氨"在未來的能源系統(tǒng)中扮演的角色
1、首先我們先明確為什么會有“氨能"一說。
1.1我們根據(jù)氨的制取方式來看，其本質(zhì)上是由氫氣和氮?dú)獾暮铣?，所以不解決其中相對獲得成本較高的氫氣來源問題，就無從談起“氨能"。另由于氫氣的儲運(yùn)存在一些問題（無論是高壓氣態(tài)、金屬固態(tài)、有機(jī)液體或者液氫等），所以為了更好的實(shí)現(xiàn)氫氣的儲運(yùn)有了"H to X"的各種技術(shù)路線，其中目前比較典型的就是氫氣合成甲醇、合成、甲烷、合成氨。長遠(yuǎn)系統(tǒng)來看，本質(zhì)上還是可再生能源“P to H to X"的一種技術(shù)路線。（至于為什么會有“ P to H"的必要性，本公眾號《氫眼所見》有很多文章描述原因）1.2 氫氣合成氨和其他相比具備什么優(yōu)勢，我們從下面兩個表格去做一些簡單了解,從下面兩個表中的能量密度、體積成本、能量成本來比較是否能得出一個氨是相對來說實(shí)現(xiàn)氫氣儲運(yùn)的方式？各位客官自行分析，本人不做結(jié)論。
表1：氨與其他燃料的儲運(yùn)比較
表2：不同形式氫氣儲運(yùn)的比較
2.氨能該如何釋放
目前把氨作為一種能源體來做終端利用，目前能利用的方式不外乎直接燃燒和裂解制氫。
從燃燒熱值的角度，大家可以參考下表（當(dāng)然里面給的是單位重量下的熱值，非體積熱值，可以結(jié)合上面兩表的能量密度以及密度來分析）
氨的燃燒既有純氨燃燒也有混氫燃燒、也有氨混合碳?xì)淙紵?，主要要解決的問題是提高氨-空氣火焰的燃燒速度從而使火焰增強(qiáng)是氨燃料能夠成為可靠的替代燃料并廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵；另外還有就是避免氮氧化物的出現(xiàn)。
2.2氨的分解制氫。
氨的分解最終產(chǎn)物是氫氣和氮?dú)?。氮?dú)饪梢灾苯优趴栈蛘咦鳛楣I(yè)氣體再利用，氫氣如何利用更是一個老生長談的話題了，這里就不再贅述了。順便提一下目前已經(jīng)有直接氨燃料電池出現(xiàn)了。如能夠規(guī)?；瘧?yīng)用，肯定也是對“氨能"市場化的一種促進(jìn)。
我們討論這個問題實(shí)際上也會牽涉到很多問題，我們簡單提列一些如下：3.1首先我們還是要解決氫氣的來源，沒有氫能就沒有氨能。當(dāng)然隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步會不會有一天基于太陽光就可以直接利用空氣中的氮?dú)夂退苯雍铣砂币彩且环N可能。3.2如果再生能源未來是全球能源供應(yīng)的主要來源，勢必會有個再生能源再分配的問題，看起來氨不失為為一種跨洲際實(shí)現(xiàn)再生能源再分配的好的載體之一。3.3“氨能"不是的，在一些相對較短的范圍內(nèi)和直接用氫比不見得有經(jīng)濟(jì)性。3.4氨的大規(guī)模合成非常成熟，但是大規(guī)模裂解再制氫還是有很多問題要克服。比如所有技術(shù)路徑都存在的攔路虎經(jīng)濟(jì)性評價。3.5氨能終端應(yīng)用場景的打開像現(xiàn)在的氫能源一樣，既有多重限制又有多點(diǎn)開花的可能，但需要開發(fā)的場景卻任重而道遠(yuǎn)。3.6全球范圍內(nèi)氨的儲運(yùn)等法規(guī)盡管也比較苛刻，但是相對氫氣的儲運(yùn)來看法規(guī)體系已經(jīng)比較健全和完善。3.7回應(yīng)現(xiàn)狀大家也在熱炒的儲能問題，如果打通來源和應(yīng)用兩頭，那“氨"作為一種儲能體就更不是問題了。
結(jié)語：如果非得對“氨能"的未來下一個判斷性的結(jié)論，我想應(yīng)該是有了氫能就有機(jī)會有氨能，因?yàn)槠湓谀承用姘蹦苡?的優(yōu)勢。但氨能不是一個獨(dú)立體就能存在的能源體系，僅僅是再生能源的“P to X"的其中之一而已！
文章來源：《氫眼所見》，作者馬震
聲明：本網(wǎng)站基于分享的目的轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載文章的版權(quán)歸原作者或原公眾號所有，如有涉及侵權(quán)請及時告知，我們將予以核實(shí)并刪除。
掃一掃，關(guān)注微信
史愛奈
咨詢電話