[发明专利]空气和水加热后放电固氮

说明书

本项目所属技术领域：化学。

有关参考资料：高等学校教材的普通化学、无机化学、合成氨工艺学、高压电工程等。有关物理学中的光谱学、物理化学等、化学学报、化学通报、化学文摘等。

本发明的目的：寻求一种简便而有效的固氮方法，取代现在生产上的合成氨法，以满足农业生产的需要。

本发明的内容：把空气和水蒸气或空气加热到700℃至1200℃，一般在1000℃左右。在常压和无催化剂的条件下。通过一个绝缘介质的放电管，管内装有一个电极，管壁之间有一定间隙，管外表面也装有一个电极。通上交流电。内电极与管壁之间产生一束橙红色的放电区。根据光谱分析，为氮的原子光谱。证明氮分子已变成了氮原子。氮原子与氧生成一氧化氮，与氢生成氨。冷却到常温后，一氧化氮与氧生成二氧化氮。用水吸收即得硝酸铵和硝酸。

主要化学反应式如下：

主要装置如附图一所示。

按工业化生产的要求，必须突破两个主要指标。即浓度指标和能耗指标。浓度指标是指放电后气体中二氧化氮和氨的总和。达到3%就可进行工业化吸收，就算过关。能耗指标，主要是放电的耗电量和加热的能耗。总能耗比目前世界上最先进的合成氨设备的能耗低，就算过关。由于物质条件的限制，试验时用普通空气，只利用其中的自然水蒸气，生产时再加水蒸气。浓度和能耗指标问题分别解决。生产时，把放电电极加多若干，可共用其中一种电极，装置扩大就行了。

如附图二所示。

解决浓度指标问题时，空气流速低，放电频率也很低。放电后气体中的二氧化氮（氨很少，未计）达到4.1%。放电区只有放电管内空横断面的1/6左右，则反应平衡浓度为24%左右。但此时能耗很高。

解决能耗指标问题时，把空气流速加大，放电频率也加大。耗电量降到每固定1公斤纯氮，耗电0.45度。加上加热和其他耗能，推算为合成氨法的一半左右。但此时浓度又很低。

加水或水蒸气，因为空气中的氮多（78%），氧少（21%），不平衡。加后能提高产物浓度，并相应降低能耗。尾气循环使用，不排空、不污染环境。

六、本发明的性质：本课题从1959年开始试验研究，到1970年5月，空气不加热放电时，有氧化氮生成。但浓度很低。1972年11月9日，用天然气和空气放电，当加入二氧化氮时。意外发现，放电发光的颜色由紫红色变成了兰色。根据光谱分析，证明放电对氮有选择活化的特点。于是，就用空气，包括其中自然水蒸气，加热后放电。使氮变成氮原子，在高温下，氧和水的氢及氧也活化了。因是在产物分解温度1200℃以下进行，不会被还原。所以反应良好。

本放电类型尚未确定，与现在公认的电弧放电、火花放电，电晕放电和辉光放电等。都有不同的地方。是一种新的放电方法。用这种方法固氮，也未见有过报导。

七、本方法与合成氨法比较之优点与积极效果：工艺流程短、设备简单、投资少、能耗低。可以小型化。农村一个乡就可建一个小氮肥厂。硝酸还可以用来制造硝酸磷肥和硝酸钾肥等。可以回收部份柴草制成煤气。用来加热空气和水、废热发电自用。这样，就可在一个小区内循环，间接利用太阳能。就不需要外界供应原料和能源。那时人类就将进入一个新的时代。