[发明专利]一种基于低温等离子体催化固氮的氮氧化物吸收利用系统

说明书

本发明公开了一种基于低温等离子体催化固氮的氮氧化物吸收利用系统，包括低温等离子体反应装置、加压氧化装置、气体吸收装置、尾气处理装置、吸收液接收装置、混合处理装置。低温等离子体反应装置采用磁旋射流法产生等离子体。经低温等离子体反应装置产生的氮氧化物在气体吸收装置、吸收液接收装置之间进行双重水循环吸收，并与有机肥料中的游离态氨结合。本发明在改善肥料性质的同时将作物不可利用的氮氧化物、氨转变成可吸收的硝酸铵，增强有机肥料的肥力；简便的工艺和设施使落后地区利用低温等离子体进行自主固氮成为可能；工艺排放量低，低温等离子体反应装置由太阳能驱动，符合可持续发展的理念。

技术领域

本发明涉及一种基于等离子体催化的固氮方法，尤其涉及一种绿色环保的、基于低温等离子体催化固氮的氮氧化物吸收利用系统。

背景技术

诞生于19世纪的哈伯固氮法改变了整个肥料工业和农业生产方式，并逐渐发展成为最主要的人工固氮手段。但苛刻的反应条件和复杂的生产过程决定了合成氨工业产业密集、规模庞大的特点，使其无法在土地资源、能源等条件匮乏的偏远、落后地区发展。而该技术巨大的能量消耗和温室气体排放问题也在环境资源问题日益严峻的今天愈加凸显。另一方面，农业生产过程中存在严重的氮流失情况。基于人工固氮的合成氨产品大多用作农肥生产，提高作物产量。但事实上，我国蔬菜作物的氮利用率不足20％，而自然界中可利用氮元素的流失甚至超过施肥总量(120Tg)。如果能够将这部分氮有效固定，减少氮流失，那么肥料利用率将得到极大提升，从需求端缓解固氮工业带来的环境问题。

近几年来，太阳能光伏发电的发展以及科学界对等离子体研究的深入，为人工固氮提供了新的思路。低温等离子体是一种宏观温度在5000K以下的、非平衡态的等离子体。如果能将低温等离子体技术运用到固氮领域，将为当今现存的人工固氮体系提供有益补充。低温等离子体的制造方式多种多样，选择采用磁旋射流的方式制造大面积、高催化效能低温等离子体符合工业生产的要求。其原理是，通过在一个由金属套筒和内部锥形导体组成的发生器中施加一定的电压形成稳定低温等离子体。空气通过进气口进入套筒，形成旋转的气流，推动锥形导体和金属套筒之间的电弧沿电极向下作螺旋运动，最终形成稳定、圆盘状的低温等离子体区域。

实验证明，由低温等离子体催化生成的氮氧化物气体具有浓度低、无杂质、活性物质含量高的特点。但气体活性具有随时间减弱的特性，因此需要即时反应、即时吸收、及时处理的后续吸收利用方法。除此之外，由于氮氧化物是多种酸性氧化物的结合，故需要经过酸碱中和形成可靠盐类，才能被植物吸收。有机肥料主要由餐厨垃圾和牲畜排泄物组成，在发酵的过程中会产生大量的氨。这些氨如果能被具有活性的氮氧化物固定，则可以实现“生产一份氮、固定两份氮”的目标。因此利用等离子体产生的氮氧化物吸收有机肥料中氨的工艺，可以为人工固氮提供一种新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于基于低温等离子体催化固氮的氮氧化物吸收利用系统，能够将太阳能驱动的低温等离子体射流固定的氮氧化物有效溶解于水中，形成中间产物稀硝酸，然后利用稀硝酸捕获有机肥料中的游离态的氨，产生可被植物高效吸收的硝酸铵。

HNO₃+NH₃＝＝NH₄NO₃

上述的固氮目标是通过以下技术方案来实现的：一种基于低温等离子体催化固氮的氮氧化物吸收利用系统，该系统的结构包括低温等离子体反应装置、加压氧化装置、气体吸收装置、尾气处理装置、吸收液接收装置、混合处理装置；所述加压氧化装置入口连接低温等离子体反应装置，出口连接气体吸收装置；所述气体吸收装置上端连接尾气处理装置，下端与吸收液接收装置相连并使用离心泵实现吸收液体循环；吸收液处理装置下口与混合处理装置相连，从而定时定量地向混合处理装置中提供吸收液。