氨作為燃料的發展潛力

張瀚镕(中國人民大學附屬中學分校，北京　100086）

氨作為燃料的發展潛力

張瀚镕(中國人民大學附屬中學分校，北京100086）

面對日益嚴峻的能源及環境問題，為解決現實或潛在的環境問題已經變的刻不容緩。氨作為一種富氫化合物，它的優點有很多，特別是氨有著良好的產業基礎，并且在市場上價格比較低廉，氨作為燃料就變的很有發展潛力。本文設想用液態氨作為燃料，并初步探討了其可行性。

清潔燃燒；氨燃料

近些年來，能源問題以及與此密切相關的環境問題，如溫室氣體排放和全球變暖，受到了人們越來越多的關注。大力開發清潔能源，以減慢全球變暖和減輕城市大氣煙霧和酸雨，已是當務之急。能源問題也極大地吸引了我，為此，我翻閱了很多與能源有關的書籍和資料。

通過查閱資料，我們可以看出，研究學者們一直在探討如何通過更加高效的方法開發清潔可燃燒的、低碳排放量的、可以用于工業化生產的化學品，以替代那些含有污染成份的傳統能源燃料。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，但是價格比較昂貴。另外，氫容易造成爆炸，無法安全使用，且不便儲存，儲運成本高，因此氫被稱作是“未來的燃料”。在這種情況下，這樣我們只能考慮別的方面。在這其中，液態氨作為一種潛在的清潔汽車燃料，開始進入人們的關注。

氨，無機化合物，常溫下為氣體，無色有刺激性氣味，易溶于水。氨在環境溫度下很難點燃，使用起來比較安全。在常壓下氨即可冷卻液化，或在環境溫度下加壓液化，采用鋼瓶、管道和儲罐等多種方式以液態形式儲存和運輸，在使用過程中運輸方便，運輸成本也比較低。氨在工業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氮肥。與氫的制備相比，目前氨的合成和使用技術已相當成熟。

氨的氧化或燃燒反應中，與作為燃料相關的反應主要的有以下3個：

4NH3+3O2—→2N2+6H2O

4NH3+5O2—→4NO+6H2O

4NH3+6NO—→5N2+6H2O

反應是氨在空氣中燃燒時的主要反應，反應雖然在氨燃料試驗機的尾氣中只占很小的比率，但是NOx屬于大氣污染物，應該利用反應將其除去。可以采用加大燃料混合氣中氨的比例或配備適當的催化轉化器加以解決，從而確保氨在氧氣中燃燒的全部產物為水和氮氣。

氨作為燃料最大的問題是燃燒速度太慢，它和空氣的混和物也不容易點燃，燃點在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。試驗表明：氨氣中氫氣含量達到一定比例時，氨的燃燒較理想。設想讓氨在進入燃燒器之前，通過預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到要求從而提高氨的燃燒速度。當然，還可通過改變燃燒方式或加入不會對環境造成不利影響的化學添加劑等，改進氨的燃燒性能。

通過查閱相關資料，可以看出，與氫相比氨作為燃料至少有下列優勢：

（1）氨是一種無污染燃料，燃燒后的產物是水和氮，而氮氣是大氣的主要組分。同時，由于氨極易溶于水，所以不會成為另一種潛在的溫室氣體。

（2）從成本和使用的角度，氨比氫有很大的優勢。有關技術資料講述，目前的發動機和能源設施在使用氨做燃料時無需進行大的改變，從而為燃料的推廣應用提供了便利條件。

（3）作為大規模生產的化工產品之一，氨的產量較大且裝置擴能較易。相對而言，氫的分離制備要困難得多。

（4）從能量及儲能密度來看，單位體積液氨的熱值明顯高于液態氫，有資料顯示，能量儲存于液態氨的成本大致是儲存于液態氫的一半。

（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）相對比較高，當保存或使用不慎發生泄漏時，該能源發展著火的危險概率也比較小。并且人體對大氣中所含氨的有感濃度也相對較低，發生危險時能夠迅速采取相應的避險措施。

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用，則將有助于我們減少對傳統能源的依賴度，促使對于新能源的開發和利用，從而進一步減少溫室氣體的排放和改善我們生存的環境。

［1］能源化學北京：化學工業出版社、化學與應用化學出版中心，2004.

［2］中國新能源與可再生能源1999白皮書北京：中國計劃出版社，2000.

［3］鄧寶清，宮長明，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］.內燃機學報. 2003（01）.

［4］李業聰，黃錦成，賴立強.玉米油～柴油生物混合燃料的試驗研究［J］.裝備制造技術.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］.內燃機工程.2007（04）.

張瀚镕(1998-)男籍貫：河北省張家口市學歷：高三在校研究方向：化學及化學工程方向