氨作为燃料的发展潜力

张瀚镕(中国人民大学附属中学分校，北京　100086）

氨作为燃料的发展潜力

张瀚镕(中国人民大学附属中学分校，北京100086）

面对日益严峻的能源及环境问题，为解决现实或潜在的环境问题已经变的刻不容缓。氨作为一种富氢化合物，它的优点有很多，特别是氨有着良好的产业基础，并且在市场上价格比较低廉，氨作为燃料就变的很有发展潜力。本文设想用液态氨作为燃料，并初步探讨了其可行性。

清洁燃烧；氨燃料

近些年来，能源问题以及与此密切相关的环境问题，如温室气体排放和全球变暖，受到了人们越来越多的关注。大力开发清洁能源，以减慢全球变暖和减轻城市大气烟雾和酸雨，已是当务之急。能源问题也极大地吸引了我，为此，我翻阅了很多与能源有关的书籍和资料。

通过查阅资料，我们可以看出，研究学者们一直在探讨如何通过更加高效的方法开发清洁可燃烧的、低碳排放量的、可以用于工业化生产的化学品，以替代那些含有污染成份的传统能源燃料。截止目前，人们研究比较多的车用清洁燃料可以大致分为两种，一种是氢燃料，另一种是可充电式的蓄电池，其中氢燃料被认为是最理想的一种清洁燃料。由于氢主要以化合物的方式存在，虽然有提取方法，但是价格比较昂贵。另外，氢容易造成爆炸，无法安全使用，且不便储存，储运成本高，因此氢被称作是“未来的燃料”。在这种情况下，这样我们只能考虑别的方面。在这其中，液态氨作为一种潜在的清洁汽车燃料，开始进入人们的关注。

氨，无机化合物，常温下为气体，无色有刺激性气味，易溶于水。氨在环境温度下很难点燃，使用起来比较安全。在常压下氨即可冷却液化，或在环境温度下加压液化，采用钢瓶、管道和储罐等多种方式以液态形式储存和运输，在使用过程中运输方便，运输成本也比较低。氨在工业上是各种含氮化合物的原料，还可用作制冷剂，但最多的是用于生产氮肥。与氢的制备相比，目前氨的合成和使用技术已相当成熟。

氨的氧化或燃烧反应中，与作为燃料相关的反应主要的有以下3个：

4NH3+3O2—→2N2+6H2O

4NH3+5O2—→4NO+6H2O

4NH3+6NO—→5N2+6H2O

反应是氨在空气中燃烧时的主要反应，反应虽然在氨燃料试验机的尾气中只占很小的比率，但是NOx属于大气污染物，应该利用反应将其除去。可以采用加大燃料混合气中氨的比例或配备适当的催化转化器加以解决，从而确保氨在氧气中燃烧的全部产物为水和氮气。

氨作为燃料最大的问题是燃烧速度太慢，它和空气的混和物也不容易点燃，燃点在650℃左右。氨在空气中的最低着火限是15.5%（V/V），比氢和烃燃料要高得多。试验表明：氨气中氢气含量达到一定比例时，氨的燃烧较理想。设想让氨在进入燃烧器之前，通过预加热或选取合适的催化剂使氨部分分解，这样使得氢气含量达到要求从而提高氨的燃烧速度。当然，还可通过改变燃烧方式或加入不会对环境造成不利影响的化学添加剂等，改进氨的燃烧性能。

通过查阅相关资料，可以看出，与氢相比氨作为燃料至少有下列优势：

（1）氨是一种无污染燃料，燃烧后的产物是水和氮，而氮气是大气的主要组分。同时，由于氨极易溶于水，所以不会成为另一种潜在的温室气体。

（2）从成本和使用的角度，氨比氢有很大的优势。有关技术资料讲述，目前的发动机和能源设施在使用氨做燃料时无需进行大的改变，从而为燃料的推广应用提供了便利条件。

（3）作为大规模生产的化工产品之一，氨的产量较大且装置扩能较易。相对而言，氢的分离制备要困难得多。

（4）从能量及储能密度来看，单位体积液氨的热值明显高于液态氢，有资料显示，能量储存于液态氨的成本大致是储存于液态氢的一半。

（5）在安全性方面，氨在空气中的最低着火限比氢和烃燃料（如目前大量使用的汽柴油等）相对比较高，当保存或使用不慎发生泄漏时，该能源发展着火的危险概率也比较小。并且人体对大气中所含氨的有感浓度也相对较低，发生危险时能够迅速采取相应的避险措施。

综上所述，可以看出：氨是一种可以清洁燃烧的能源，如果能被加以推广应用，则将有助于我们减少对传统能源的依赖度，促使对于新能源的开发和利用，从而进一步减少温室气体的排放和改善我们生存的环境。

［1］能源化学北京：化学工业出版社、化学与应用化学出版中心，2004.

［2］中国新能源与可再生能源1999白皮书北京：中国计划出版社，2000.

［3］邓宝清，宫长明，李理光，刘巽俊，肖宗成，王惠萍.汽油/液化石油气两用燃料摩托车的性能与排放研究［J］.内燃机学报. 2003（01）.

［4］李业聪，黄锦成，赖立强.玉米油～柴油生物混合燃料的试验研究［J］.装备制造技术.2013（02）.

［5］李丽梅，郭和军，刘圣华，宫艳峰，周龙保.一种新型含氧燃料燃烧与排放性能研究［J］.内燃机工程.2007（04）.

张瀚镕(1998-)男籍贯：河北省张家口市学历：高三在校研究方向：化学及化学工程方向