氨作為燃料的發(fā)展?jié)摿?/h1>
2016-03-13 14:56:05張瀚镕中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)分校北京100086
化工管理 2016年9期
張瀚镕(中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)分校，北京 100086）
氨作為燃料的發(fā)展?jié)摿?/p>
張瀚镕(中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)分校，北京100086）
面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源及環(huán)境問(wèn)題，為解決現(xiàn)實(shí)或潛在的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)變的刻不容緩。氨作為一種富氫化合物，它的優(yōu)點(diǎn)有很多，特別是氨有著良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并且在市場(chǎng)上價(jià)格比較低廉，氨作為燃料就變的很有發(fā)展?jié)摿?。本文設(shè)想用液態(tài)氨作為燃料，并初步探討了其可行性。
清潔燃燒；氨燃料
近些年來(lái)，能源問(wèn)題以及與此密切相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題，如溫室氣體排放和全球變暖，受到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。大力開(kāi)發(fā)清潔能源，以減慢全球變暖和減輕城市大氣煙霧和酸雨，已是當(dāng)務(wù)之急。能源問(wèn)題也極大地吸引了我，為此，我翻閱了很多與能源有關(guān)的書(shū)籍和資料。
通過(guò)查閱資料，我們可以看出，研究學(xué)者們一直在探討如何通過(guò)更加高效的方法開(kāi)發(fā)清潔可燃燒的、低碳排放量的、可以用于工業(yè)化生產(chǎn)的化學(xué)品，以替代那些含有污染成份的傳統(tǒng)能源燃料。截止目前，人們研究比較多的車用清潔燃料可以大致分為兩種，一種是氫燃料，另一種是可充電式的蓄電池，其中氫燃料被認(rèn)為是最理想的一種清潔燃料。由于氫主要以化合物的方式存在，雖然有提取方法，但是價(jià)格比較昂貴。另外，氫容易造成爆炸，無(wú)法安全使用，且不便儲(chǔ)存，儲(chǔ)運(yùn)成本高，因此氫被稱作是“未來(lái)的燃料”。在這種情況下，這樣我們只能考慮別的方面。在這其中，液態(tài)氨作為一種潛在的清潔汽車燃料，開(kāi)始進(jìn)入人們的關(guān)注。
氨，無(wú)機(jī)化合物，常溫下為氣體，無(wú)色有刺激性氣味，易溶于水。氨在環(huán)境溫度下很難點(diǎn)燃，使用起來(lái)比較安全。在常壓下氨即可冷卻液化，或在環(huán)境溫度下加壓液化，采用鋼瓶、管道和儲(chǔ)罐等多種方式以液態(tài)形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸，在使用過(guò)程中運(yùn)輸方便，運(yùn)輸成本也比較低。氨在工業(yè)上是各種含氮化合物的原料，還可用作制冷劑，但最多的是用于生產(chǎn)氮肥。與氫的制備相比，目前氨的合成和使用技術(shù)已相當(dāng)成熟。
氨的氧化或燃燒反應(yīng)中，與作為燃料相關(guān)的反應(yīng)主要的有以下3個(gè)：
4NH3+3O2—→2N2+6H2O
4NH3+5O2—→4NO+6H2O
4NH3+6NO—→5N2+6H2O
反應(yīng)是氨在空氣中燃燒時(shí)的主要反應(yīng)，反應(yīng)雖然在氨燃料試驗(yàn)機(jī)的尾氣中只占很小的比率，但是NOx屬于大氣污染物，應(yīng)該利用反應(yīng)將其除去?？梢圆捎眉哟笕剂匣旌蠚庵邪钡谋壤蚺鋫溥m當(dāng)?shù)拇呋D(zhuǎn)化器加以解決，從而確保氨在氧氣中燃燒的全部產(chǎn)物為水和氮?dú)狻?/p>
氨作為燃料最大的問(wèn)題是燃燒速度太慢，它和空氣的混和物也不容易點(diǎn)燃，燃點(diǎn)在650℃左右。氨在空氣中的最低著火限是15.5%（V/V），比氫和烴燃料要高得多。試驗(yàn)表明：氨氣中氫氣含量達(dá)到一定比例時(shí)，氨的燃燒較理想。設(shè)想讓氨在進(jìn)入燃燒器之前，通過(guò)預(yù)加熱或選取合適的催化劑使氨部分分解，這樣使得氫氣含量達(dá)到要求從而提高氨的燃燒速度。當(dāng)然，還可通過(guò)改變?nèi)紵绞交蚣尤氩粫?huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響的化學(xué)添加劑等，改進(jìn)氨的燃燒性能。
通過(guò)查閱相關(guān)資料，可以看出，與氫相比氨作為燃料至少有下列優(yōu)勢(shì)：
（1）氨是一種無(wú)污染燃料，燃燒后的產(chǎn)物是水和氮，而氮?dú)馐谴髿獾闹饕M分。同時(shí)，由于氨極易溶于水，所以不會(huì)成為另一種潛在的溫室氣體。
（2）從成本和使用的角度，氨比氫有很大的優(yōu)勢(shì)。有關(guān)技術(shù)資料講述，目前的發(fā)動(dòng)機(jī)和能源設(shè)施在使用氨做燃料時(shí)無(wú)需進(jìn)行大的改變，從而為燃料的推廣應(yīng)用提供了便利條件。
（3）作為大規(guī)模生產(chǎn)的化工產(chǎn)品之一，氨的產(chǎn)量較大且裝置擴(kuò)能較易。相對(duì)而言，氫的分離制備要困難得多。
（4）從能量及儲(chǔ)能密度來(lái)看，單位體積液氨的熱值明顯高于液態(tài)氫，有資料顯示，能量?jī)?chǔ)存于液態(tài)氨的成本大致是儲(chǔ)存于液態(tài)氫的一半。
（5）在安全性方面，氨在空氣中的最低著火限比氫和烴燃料（如目前大量使用的汽柴油等）相對(duì)比較高，當(dāng)保存或使用不慎發(fā)生泄漏時(shí)，該能源發(fā)展著火的危險(xiǎn)概率也比較小。并且人體對(duì)大氣中所含氨的有感濃度也相對(duì)較低，發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)能夠迅速采取相應(yīng)的避險(xiǎn)措施。
綜上所述，可以看出：氨是一種可以清潔燃燒的能源，如果能被加以推廣應(yīng)用，則將有助于我們減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴度，促使對(duì)于新能源的開(kāi)發(fā)和利用，從而進(jìn)一步減少溫室氣體的排放和改善我們生存的環(huán)境。
［1］能源化學(xué)北京：化學(xué)工業(yè)出版社、化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)出版中心，2004.
［2］中國(guó)新能源與可再生能源1999白皮書(shū)北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2000.
［3］鄧寶清，宮長(zhǎng)明，李理光，劉巽俊，肖宗成，王惠萍.汽油/液化石油氣兩用燃料摩托車的性能與排放研究［J］.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào). 2003（01）.
［4］李業(yè)聰，黃錦成，賴立強(qiáng).玉米油～柴油生物混合燃料的試驗(yàn)研究［J］.裝備制造技術(shù).2013（02）.
［5］李麗梅，郭和軍，劉圣華，宮艷峰，周龍保.一種新型含氧燃料燃燒與排放性能研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程.2007（04）.
張瀚镕(1998-)男籍貫：河北省張家口市學(xué)歷：高三在校研究方向：化學(xué)及化學(xué)工程方向
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氨作為燃料的發(fā)展?jié)摿?/p>
張瀚镕(中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)分校，北京100086）
面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源及環(huán)境問(wèn)題，為解決現(xiàn)實(shí)或潛在的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)變的刻不容緩。氨作為一種富氫化合物，它的優(yōu)點(diǎn)有很多，特別是氨有著良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，并且在市場(chǎng)上價(jià)格比較低廉，氨作為燃料就變的很有發(fā)展?jié)摿?。本文設(shè)想用液態(tài)氨作為燃料，并初步探討了其可行性。
清潔燃燒；氨燃料
近些年來(lái)，能源問(wèn)題以及與此密切相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題，如溫室氣體排放和全球變暖，受到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。大力開(kāi)發(fā)清潔能源，以減慢全球變暖和減輕城市大氣煙霧和酸雨，已是當(dāng)務(wù)之急。能源問(wèn)題也極大地吸引了我，為此，我翻閱了很多與能源有關(guān)的書(shū)籍和資料。
通過(guò)查閱資料，我們可以看出，研究學(xué)者們一直在探討如何通過(guò)更加高效的方法開(kāi)發(fā)清潔可燃燒的、低碳排放量的、可以用于工業(yè)化生產(chǎn)的化學(xué)品，以替代那些含有污染成份的傳統(tǒng)能源燃料。截止目前，人們研究比較多的車用清潔燃料可以大致分為兩種，一種是氫燃料，另一種是可充電式的蓄電池，其中氫燃料被認(rèn)為是最理想的一種清潔燃料。由于氫主要以化合物的方式存在，雖然有提取方法，但是價(jià)格比較昂貴。另外，氫容易造成爆炸，無(wú)法安全使用，且不便儲(chǔ)存，儲(chǔ)運(yùn)成本高，因此氫被稱作是“未來(lái)的燃料”。在這種情況下，這樣我們只能考慮別的方面。在這其中，液態(tài)氨作為一種潛在的清潔汽車燃料，開(kāi)始進(jìn)入人們的關(guān)注。
氨，無(wú)機(jī)化合物，常溫下為氣體，無(wú)色有刺激性氣味，易溶于水。氨在環(huán)境溫度下很難點(diǎn)燃，使用起來(lái)比較安全。在常壓下氨即可冷卻液化，或在環(huán)境溫度下加壓液化，采用鋼瓶、管道和儲(chǔ)罐等多種方式以液態(tài)形式儲(chǔ)存和運(yùn)輸，在使用過(guò)程中運(yùn)輸方便，運(yùn)輸成本也比較低。氨在工業(yè)上是各種含氮化合物的原料，還可用作制冷劑，但最多的是用于生產(chǎn)氮肥。與氫的制備相比，目前氨的合成和使用技術(shù)已相當(dāng)成熟。
氨的氧化或燃燒反應(yīng)中，與作為燃料相關(guān)的反應(yīng)主要的有以下3個(gè)：
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通過(guò)查閱相關(guān)資料，可以看出，與氫相比氨作為燃料至少有下列優(yōu)勢(shì)：
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（2）從成本和使用的角度，氨比氫有很大的優(yōu)勢(shì)。有關(guān)技術(shù)資料講述，目前的發(fā)動(dòng)機(jī)和能源設(shè)施在使用氨做燃料時(shí)無(wú)需進(jìn)行大的改變，從而為燃料的推廣應(yīng)用提供了便利條件。
（3）作為大規(guī)模生產(chǎn)的化工產(chǎn)品之一，氨的產(chǎn)量較大且裝置擴(kuò)能較易。相對(duì)而言，氫的分離制備要困難得多。
（4）從能量及儲(chǔ)能密度來(lái)看，單位體積液氨的熱值明顯高于液態(tài)氫，有資料顯示，能量?jī)?chǔ)存于液態(tài)氨的成本大致是儲(chǔ)存于液態(tài)氫的一半。
（5）在安全性方面，氨在空氣中的最低著火限比氫和烴燃料（如目前大量使用的汽柴油等）相對(duì)比較高，當(dāng)保存或使用不慎發(fā)生泄漏時(shí)，該能源發(fā)展著火的危險(xiǎn)概率也比較小。并且人體對(duì)大氣中所含氨的有感濃度也相對(duì)較低，發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)能夠迅速采取相應(yīng)的避險(xiǎn)措施。
綜上所述，可以看出：氨是一種可以清潔燃燒的能源，如果能被加以推廣應(yīng)用，則將有助于我們減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴度，促使對(duì)于新能源的開(kāi)發(fā)和利用，從而進(jìn)一步減少溫室氣體的排放和改善我們生存的環(huán)境。
［1］能源化學(xué)北京：化學(xué)工業(yè)出版社、化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)出版中心，2004.
［2］中國(guó)新能源與可再生能源1999白皮書(shū)北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2000.
［3］鄧寶清，宮長(zhǎng)明，李理光，劉巽俊，肖宗成，王惠萍.汽油/液化石油氣兩用燃料摩托車的性能與排放研究［J］.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào). 2003（01）.
［4］李業(yè)聰，黃錦成，賴立強(qiáng).玉米油～柴油生物混合燃料的試驗(yàn)研究［J］.裝備制造技術(shù).2013（02）.
［5］李麗梅，郭和軍，劉圣華，宮艷峰，周龍保.一種新型含氧燃料燃燒與排放性能研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程.2007（04）.
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