文献综述
1 引言
当今世界经济持续高速发展，人口不断增加，使得能源的消耗以及需求量日益增加，环境资源与社会经济发展的矛盾日益突出。我国作为能源大国，面临日益严重的环境资源问题。2020年3月中国石油企业协会在《中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书(2019-2020)》[1]提到，2019年我国原油进口同比增长9.5%，石油对外依存度达70.8%；天然气进口同比增长6.9%，对外依存度达42%。我国石油、天然气对外依存度极高，能源安全面临极大挑战。因此发展无碳能源，对燃料进行清洁利用，开发高效、低成本的新能源利用技术迫在眉睫。
氢能是实现低碳经济的重要推动力，但氢气存在无法大规模储存和长距离运输的缺点。在理想情况下，氨气完全燃烧时仅产生氮气和水以及少量氮氧化物，属于无碳燃料，没有温室气体排放，可以作为清洁能源来代替化石燃料。氨的能量密度高于汽油、甲醇等燃料；辛烷值高，又极易压缩液化，储运安全方便。氨气相比于氢气拥有更高的燃烧热值；并且氢气在常温下（25℃）液化需要70MPa，氨气在常温下（25℃）液化仅需要1.03MPa，这就使得氨气压缩、储运的成本远低于氢气[2]。此外氨作为富氢化合物（含氢质量分数17.6%），也可以作为燃料电池制氢的原材料。氨不光可以做燃料还有其他很多用处，比如制成制冷剂等。
合成氨工业在20世纪初期形成，Haber-Bosch法仍是当下合成氨工业的基础。该方法是在高温（400~600℃）、高压（20~40MPa）的环境中，在催化剂的催化作用下，氮气与氢气直接反应生成氨气[3]。其反应在高温高压下进行的，反应条件苛刻，能耗高，并且该过程需要使用大量化石资源用于产氢和供能，每年排放大约5亿吨二氧化碳，约占全球二氧化碳排放量的1.8%。全球每年在工业合成氨领域的能源消耗量占世界能源消耗总量的3%。在节能减排和可持续发展为首要任务的今天，开发高效、低能耗的“绿色”合成氨工艺尤为重要和迫切。
近100年，各国科研工作者针对合成氨工艺提出了多种优化措施，如研发低压合成氨技术、尾气深度利用技术、优化催化剂组成以及在哈伯法基础上对合成氨技术路线进行创新等[4]，但均未从根本上打破热力学限制，氨转化率始终维持在25%左右[5]。为进一步解决这一问题，近年来提出了合成氨与化学链技术耦合的概念，目的是从根本上突破合成氨技术的瓶颈。
2 正文
2.1 化学链合成氨
将合成氨反应分解为吸氮和释氮两个或两个以上的分步反应，并通过中间产物将各个分步反应依次串联起来实现物质和能量传递的过程被称为化学链合成氨过程。化学链技术的发展为合成氨工艺提供了新思路，将合成氨过程解耦为吸氮和释氮产氨两个或多个分步反应，可较好地缓解合成氨热力学和动力学矛盾，规避反应物竞争吸附。同时，各分步反应可分别优化，使整个化学链合成氨工艺达到最佳反应效果[6,7]。
