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EES: 从Birkeland-Eyde工艺到节能的等离子体基NOX合成：技术经济分析

雨辰
2021-04-16


由于Haber-Bosch工艺在高温高压下合成氨，能耗较高。由于来自太阳能和风能的低成本可再生电力的出现，人们重新对电力驱动的去中心化固氮产生了兴趣。近年来，计算研究极大地提高了等离子体固氮的认识。这使得优化的等离子体反应器能够降低基于等离子体的氮氧化物合成的能耗。这激发了人们对分散和按需生产肥料的基于等离子体的固氮工艺的兴趣。

有鉴于此，安特卫普大学  Annemie Bogaerts和Fatme Jardali和屯特大学Leon Lefferts和Kevin H. R. Rouwenhorst等人，讨论了等离子体固氮技术的最新发展，以及重新商业化的能耗目标。

本文要点

1）通过Birkeland-Eyde工艺进行基于等离子体的NOX合成是最早的工业固氮方法之一。但是，由于Haber-Bosch工艺的发明，该技术从未在固氮中起主导作用。近来，由于低成本，可再生电力的出现，通过等离子体技术进行的固氮再次引起了人们的极大兴趣。

2）首先介绍基于等离子体的NOX合成的简短历史背景。此后，讨论了在各种类型的等离子体反应器中基于等离子体的NOX合成的报道性能，以及有关等离子体相以及催化表面反应机理的当前理解。最后，就投资成本和能耗而言，将基于等离子体的NOX合成工艺与基于电解的Haber-Bosch工艺与Ostwald工艺相结合进行基准测试。该分析表明，利用等离子体技术合成NOX的能耗几乎与商业工艺相竞争，其目前的最佳值为2.4 MJ mol N-1，为了变得完全有竞争力进一步降低能耗，需要进一步降低至0.7 MJ mol N-1。这可以通过进一步优化等离子体反应器和有效的等离子体-催化剂偶联来实现。

参考文献：

Kevin H. R. Rouwenhorst et al. From the Birkeland–Eyde process towards energy-efficient plasma-based NOX synthesis: a techno-economic analysis. Energy Environ. Sci., 2021.

DOI: 10.1039/D0EE03763J

https://doi.org/10.1039/D0EE03763J




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