一种在反应器中通过使用磁场和AC或DC电流将电弧移动穿过空气流的方式来从空气或氧气富集空气的进料气流生产NO气体的工艺，其中使用低于1bar的压力，其中所激励的弧中的温度调整至3000至5000开尔文的范围内并且其中空气流通过在弧上游或仅下游使用精细水滴喷雾、过量的空气进料或旁路的空气来淬灭以获得具有低于2000开尔文温度的稳定的含有NO的等离子体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产氧化氮的高能效工艺
本专利技术涉及在反应器中通过使用磁场和AC或DC电流将电弧移动穿过空气流的方式来从空气或氧气富集空气的进料气流生产NO气体的工艺。所述工艺可通过使用包含弧和等离子体盘段和热交换段的反应器来进行。
技术介绍
工业固氮自20世纪初被J.W.Mellor描述为六种不同的技术原理，Inorganic andtheoretical chemistry, “The fixation of atmospheric nitrogen”第 366 页:(1)在电弧等离子体反应器中用氧气固定氮气。Birkeland-Eyde (B-E)和Schdnherr;⑵氰氨化钙工艺。经由碳化钙的反应。Frank-Caro; (3)氰化钡工艺。采用钙和氮气的一步反应；(4)用铁催化剂上用氢气固定氮气。Haber-Bosch ; (5)利用暴露于水时与氨的反应吸收金属中的氮；和(6) —般燃烧过程中的氮固定。在工业发展中，前四个工艺是主要的并且在一段时期内它们互相竞争。在第一个工艺中，电弧工艺根据以下反应式将氮气与氧气反应I Ν2+02=2Ν0 Δ Hf=6.4GJ/tN氨工艺的发展 涉及将氮气与来自水和空气的氢气反应:II 3H20(l)=3H2(g)+l.502 (g)AHf= 14.64GJ/tNIII+ N2(g) +3H2(g) =2ΝΗ3(1)ΔHf=-4.80GJ/tNIV= 3Η20 (I) +N2 (g) =1.502 (g) +2ΝΗ3 (I) Δ Hf=9.84GJ/tN当今，生产氨的最具竞争力的方法是通过对甲烷的水蒸汽重整，其中化学当量最小值是18GJ/tNH3而最好工业实行为相应于33-35GJ/tN的27_30GJ/tNH3。在这一工艺中，优点是氢同样来自于能量来源。自主使用电弧的第一个大规模生产是位于尼亚加拉大瀑布的“Atmospheric AirProducts Company”所进行的。所述工艺因为低于预期的产量和高能耗而失败了，并且在很短的实验期后关闭了。能够为全球肥料市场提供强有力的贡献的首个直接固氮是Birkeland-Eyde工艺。建立了 “Norsk Hydroelektrisk Kvelstoff Aksjeselskap^ 以便将这一工艺工业化。B-E因为其通过磁场的方法控制电弧密度而与其他工艺完全不同。电弧被成形为二维盘。空气正交通过盘两侧陶瓷的打孔板进料至等离子盘中。空气放射状地离开进入外部的环形收集管。相较于其他工艺，B-E工艺易于放大，起始，操作和控制。BASF开发的Schdnherr工艺是管反应器中的电弧，具有来自进料和产物气体之间的逆流热交换的热量回收。管反应器为在较高压力下操作提供了更大的可能。Schonherr反应器同样安装在诺托登。在电弧工艺中，弧中的温度经计算在3000和4000K之间的范围内。产量通常以在空气出口中获得的NO百分比来描述并且为1%至2%。使用了几种类型的小规模反应器的全球性研究已经获得了更高的产量，但是增加规模和容量的努力并未达到期望。B-E工艺的能量消耗描述为kgHN03/千瓦年。3200K时的能量消耗为285kgHN03/千瓦年而其对应于474GJ/tN。这包括所有的工业损失。反应器在密切跟进的短时期运行的好得多。每个反应器的装载量同样对能量消耗具有显著影响。高能量消耗通过对反应给出的框架来说明:.高反应温度，需要3000-4000K离解氮气。.最大产率为空气中2%N0，这意味着大多数的能量被用于加热空气。.没有应用热回收，因为极端的温度和低价的废弃能量。在科研领域中改进潜能是基本的并被记录的。如何显著的改进工艺的共识为:?在较高的压力操作工艺已知产生较高的NO产率。挑战在于如何发现能够承受压力和温度的材料。.使用催化剂以便将裂解N2分子所需要的温度降低。下文三项Norwegian专利支持最初的工业实现和发展并且限定了电弧工艺的基本特征。`1903年2月20日的挪威专利12961是初始的Birkeland法，其中电弧通过使用磁场并且改变电流的方式成成形为盘。专利中没有给出性能数据，但是工业化的工艺获得1-2%N0以及300-500GJ/tN的总能量消耗。1908年7月22日BASF的挪威专利20487描述了通过对等离子体的直接接触冷却，可以获得9.5%至14%的产率。接触冷却通过将压力降低以扩大等离子体的体积和外表面积来实现的。所报道的能量消耗是90gHN03/kWh=8.8GJ/tN。专利引用Journal of chemicalSoc.1897，第71卷，第181页并且表明仅降低压力对产率没有独立的影响。专利进一步主张较高的压力对于向NO的转化来说较好，但是较低的压力是直接接触冷却所需要的，并且减少NO的分解。1909年7月9日BASF的挪威专利19862，主张通过使用空气冷却的管型阳极，可能产生冷的等离子体。专利主张降低阳极和所产生的等离子体的温度需要正常至稍微低的压力。下一代的专利集中在用不同的实行方案改进各个以及初始的特征。1917年4月5日瑞士专利描述使用所安排的若干弧获得连续的等离子弧，所述等离子弧仅通过外部气体或采用含有固体的气体进一步冷却。没有给出性能数据。1921年3月10日的英国专利159709描述了使用磁场将喷嘴样电弧成形的方法。没有给出性能数据。1933年3月21日的美国专利2，485，476描述了通过磁场的方式将等离子弧成形而无需改变电流的方法。没有给出性能数据。1949年10月的美国专利2，485，476描述了将周期操作的高势能和低势能电极组合的方法。所主张的结果是通过波长调整可将产率优化。一个权利要求同样覆盖在半个大气压下的操作。所报道的结果范围从30至120gHN03，其相应于6.6至24GJ/tN。1953年12月9日的英国专利700，801描述了通过高频改变电场获得两个等离子体相的方法，一个产生阴离子而另一个产生阳离子。将来自等离子区的混合物混合并提取进一步减少了所形成的的氧化物的分解。性能数据，总的结果14，5-115gHN03/kwh而净结果 100-300gHN03/kwh。1963年I月16日的英国专利915，771描述了在超过400mmHg操作的方法，其使用无线电频率的变化的电场产生冷的等离子体。所述工艺被用于不同的工艺。没有来自用于NO的400mmHg操作结果。在Iatm的操作，报道了 0.3%至5%的NO，以及16_68gHN03/kwh的能耗。16gHN03/kwh在理论可能之下。1969年4月15日的美国专利3，439，196和1969年10月7日的美国专利3，471，723描述了以在磁流体动力生成器中提供能量并且回收其的改进的工艺为基础的用于生产硝酸的概念性的完全工业的工艺。在大气压以上操作该工艺。专利中没有记录结果。1972年5月30日的美国专利3，666，408描述了一种工艺，其中氧和氮等离子体被制备并且扩散至混合区域中。该专利取代了 1968年12月27日的美国专利805，069和1967年5月19日的美国专利639,880。所使用的扩散率范围从30:1至200:1。这一工艺所报道的最小能量消耗为2000-3000BTU/lb所处理的气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在反应器中通过使用磁场和AC或DC电流将电弧移动穿过空气流的方式来从空气或氧气富集空气的进料气流生产NO气体的工艺，其中使用低于1bar的压力，其中所激励的弧中的温度调整至3000至5000开尔文的范围内并且其中空气流通过在弧上游或仅下游使用精细水滴喷雾、过量的空气进料或旁路的空气来淬灭以获得具有低于2000开尔文温度的稳定的含有NO的等离子体。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.04 NO 201106591.一种在反应器中通过使用磁场和AC或DC电流将电弧移动穿过空气流的方式来从空气或氧气富集空气的进料气流生产NO气体的工艺，其中使用低于Ibar的压力，其中所激励的弧中的温度调整至3000至5000开尔文的范围内并且其中空气流通过在弧上游或仅下游使用精细水滴喷雾、过量的空气进料或旁路的空气来淬灭以获得具有低于2000开尔文温度的稳定的含有NO的等离子体。2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述压力为0.Ι-lbar，优选地0.2-0.8bar，更优选地约 0.5bar。3.根据权利要求1或2所述的工艺，其中所述所激励的弧中的温度被调整为3500-4700开尔文的范围内。4.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中所述空气流通过在弧上游或仅下游使用...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁内·英格尔斯，
申请(专利权)人：N二应用有限公司，
类型：
国别省市：
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