1.一种以低浓度瓦斯为燃料的高温电解合成氨的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)制备质子导体固体氧化物电解池,该电解池包括质子导体电解质、阴极和阳极,其中,所述阴极的组成为:NiO、BaZr0.3Ce0.5Y0.2O3‑δ和淀粉,所述阳极的组成为:BaZr0.3Ce0.5Y0.2O3‑δ和La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3‑δ,所述质子导体电解质为:BaZr0.3Ce0.5Y0.2O3‑δ;
(2)配制低浓度瓦斯气体组分作为燃料,配制潮湿空气作为阳极气体,其中所述低浓度瓦斯气体由甲烷、氧气、氮气、水蒸气组成,其中甲烷的体积浓度为5~30%;
(3)将燃料通入固体氧化物电解池的阴极气道,将潮湿空气通入固体氧化物电解池的阳极气道,在700℃下,通过外加电压将阳极中水蒸气电解为质子并通过致密的电解质薄膜向阴极传输,传输到阴极之后与低浓度瓦斯气体中的氮气发生反应生成氨气,并对合成氨进行冷凝回收。
2.根据权利要求1所述的一种以低浓度瓦斯为燃料的高温电解合成氨的方法,其特征在于,步骤(1)中制备质子导体固体氧化物电解池的具体步骤是:a.采用自蔓延燃烧法分别制备阳极、阴极及电解质粉体材料,然后在空气气氛中1000℃下烧结3~5h;b.采用静压成型的方式制备阴极支撑体,煅烧后得到阴极支撑体素坯,在阴极支撑体素坯表面涂敷电解质浆料并高温烧结,最后在电解质表面涂敷阳极浆料后煅烧成型,制得固体氧化物电解池。
3.根据权利要求2所述的一种以低浓度瓦斯为燃料的高温电解合成氨的方法,其特征在于,所述阴极支撑体中NiO、BaZr0.3Ce0.5Y0.2O3‑δ和淀粉的质量比为65:35:30,阴极支撑体的煅烧温度为1000℃,煅烧时间为3h;所述电解质浆料为电解质粉体与粘结剂按照一定质量比混合组成,所述阳极浆料为阳极粉体与粘结剂按照一定质量比混合组成,其中粘结剂由松油醇、乙基纤维素按质量比9:1混合组成。
4.根据权利要求1所述的一种以低浓度瓦斯为燃料的高温电解合成氨的方法,其特征在于,步骤(2)中所述低浓度瓦斯气体中甲烷与氧气的体积浓度比不低于2,水蒸汽的体积浓度为3%。
5.根据权利要求1所述的一种以低浓度瓦斯为燃料的高温电解合成氨的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述潮湿空气中水蒸气的体积浓度为10~30%。
6.根据权利要求1所述的一种以低浓度瓦斯为燃料的高温电解合成氨的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述外加电压为1~2V。