一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统，包括：空气净化器、干燥器、第一进氧管线、加压装置、电弧反应器、冷却器、第二进氧管线、硝酸生成器；干燥器的进料口与空气净化器的出料口连通；干燥器的出料口、第一进氧管线的出料口与加压装置的进料口连通；加压装置的出料口与电弧反应器的进料口连通；电弧反应器的出料口与冷却器的进料口连通；冷却器的出料口、第二进氧管线的出料口与硝酸生成器的进料口连通。本实用新型专利技术引入氧气，并与空气混合后一同加压、使氮气与氧气浓度成倍提高，同时利用电弧高温固氮合成氮氧化物，实现氮到硝酸一步高效转化的方法，具有极大的现实意义与经济价值。有极大的现实意义与经济价值。有极大的现实意义与经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统


[0001]本技术涉及电弧高温法制备硝酸
，进一步地说，是涉及一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统。

技术介绍

[0002]固氮是将空气中的游离氮转化为化合态氮的过程。固氮可分为人工固氮、天然固氮和生物固氮。
[0003]硝酸是化工行业中重要的产品之一，在各类酸中，其世界产量仅次于硫酸而位居第二位，硝酸及其盐类在国民经济中具有极其重要的意义。硝酸可制得硝酸铵、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙等氮肥，可用做爆破作业和制造其他炸药的原料，可以用来制造硝酸钡、硝酸银等其他硝酸盐类，在有色冶金工业中用于分离贵金属，另外，在有机化学中，浓硝酸与浓硫酸的混合液是重要的硝化试剂，可制得很多非常重要的产品和半成品。
[0004]生产硝酸常用的方法有氨氧化法和电弧法。
[0005]氨氧化法生产硝酸是现代应用最广泛的方法，反应主要原料为氮气、氢气、空气和水，该方法硝酸生产率高，但在技术上较为复杂，生产成本高，且对环境污染严重。氨氧化法生产硝酸的过程分为以下四步：第一步：氮气和氢气在高温高压，有催化剂条件下生成氨；第二步：氨氧化生成一氧化氮；第三步：一氧化氮氧化生成二氧化氮；第四步：二氧化氮水吸收生成硝酸。苛刻的反应条件和复杂的生产过程决定了氨氧化法生产硝酸工艺设备规模庞大、成本高的特点，使其无法在土地资源、能源等条件匮乏的偏远地区发展。该方法巨大的能量消耗和温室气体排放问题在当今碳中和、碳达峰的低碳经济形势下难以大力发展。该方法在合成氨过程中，排放废水量大，对环境造成污染。
[0006]随着世界工业、农业的发展，人类对硝酸的需求量越来越大，而工业合成氨需在高温高压条件下进行，造成严重的能源浪费和环境污染。此外，关于电弧固氮的研究虽然有了一定成果，但大多数研究尚处于理论阶段，未能应用于实际生产中。因此，研究用电弧法固氮生产硝酸的技术具有非常重要的意义。
[0007]电弧法是将空气直接通过3000℃高温的电弧炉，使空气中的氮气和氧气直接化合成一氧化氮。电弧法主要优点是原料取自空气，且设备简单。但由于生成的一氧化氮在高温下极易分解，而且在冷却过程中也会分解，最后获得的一氧化氮浓度很低，在1.5％～2％左右，要把这样低浓度的一氧化氮氧化成二氧化氮需要很长时间，就需要增加吸收设备的反应体积，这样就会提高设备建设及维护费用，因此没有得到很大发展。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中出现的问题，本技术提出了一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统。本技术引入氧气，并与空气混合后一同加压、使氮气与氧气浓度成倍提高，同时利用电弧高温固氮合成氮氧化物，实现氮到硝酸一步高效转化的方法，具有极大的现实意义与经济价值。
[0009]本技术的目的之一是提供一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统，包括：空气净化器、干燥器、第一进氧管线、加压装置、电弧反应器、冷却器、第二进氧管线、硝酸生成器；
[0010]所述干燥器的进料口与所述空气净化器的出料口连通；
[0011]所述干燥器的出料口与所述加压装置的进料口连通；
[0012]所述第一进氧管线的出料口也与所述加压装置的进料口连通；
[0013]所述加压装置的出料口与所述电弧反应器的进料口连通；
[0014]所述电弧反应器的出料口与所述冷却器的进料口连通；
[0015]所述冷却器的出料口与所述硝酸生成器的进料口连通；
[0016]所述第二进氧管线的出料口也与所述硝酸生成器的进料口连通。
[0017]优选的，
[0018]所述生产系统还包括计量装置，所述计量装置安装在空气净化器的进料口之前。
[0019]优选的，
[0020]所述生产系统还包括送风机，所述送风机的进料口与所述干燥器的出料口连通，所述送风机的出料口与所述加压装置的进料口连通。
[0021]优选的，
[0022]所述第一进氧管线的出料口与所述送风机的进料口连通。
[0023]优选的，
[0024]所述加压装置为压缩机。
[0025]优选的，
[0026]所述电弧反应器的加热温度在3000度以上电弧炉。
[0027]本专利技术中电弧法采用现有技术中常用的电弧炉即可。电弧反应器中，设置若干个电弧发生装置(根据装置产量而定)，电弧局部温度控制在3000℃。
[0028]优选的，
[0029]所述冷却器为热交换器。
[0030]优选的，
[0031]所述硝酸生成器为吸收塔。
[0032]优选的，
[0033]所述第一进氧管线、第二进氧管线上还安装有计量装置。
[0034]优选的，
[0035]所述生产系统还包括硝酸出料管路，所述硝酸出料管路与所述硝酸生成器的出料口连通。
[0036]本技术的有益效果如下：
[0037]本技术的一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统，环保无废水废气排放、工艺流程简单高效、投资和运行成本低、产率高、占地少，解决了现有技术中先合成氨，再将氨转化为生产硝酸所用氮源进而再生产硝酸成本高、装置复杂的问题。
[0038]综上所述，本技术具有显著的经济效益及社会效益。
附图说明
[0039]图1为本技术的利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统示意图。
[0040]其中，1
‑
空气净化器，2
‑
干燥器，3
‑
第一进氧管线，4
‑
送风机，5
‑
加压装置，6
‑
电弧反应器，7
‑
冷却器，8
‑
第二进氧管线，9
‑
硝酸生成器。
具体实施方式
[0041]下面结合具体附图及实施例对本技术进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本技术的进一步说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，本领域技术人员根据本
技术实现思路
对本技术做出的一些非本质的改进和调整仍属本技术的保护范围。
[0042]本技术的一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统，如图1所示如下：
[0043]该生产系统包括：空气净化器1、干燥器2、第一进氧管线3、加压装置5、电弧反应器6、冷却器7、第二进氧管线8、硝酸生成器9；
[0044]所述干燥器2的进料口与所述空气净化器1的出料口连通；
[0045]所述干燥器2的出料口与所述加压装置5的进料口连通；
[0046]所述第一进氧管线3的出料口也与所述加压装置5的进料口连通；
[0047]所述加压装置5的出料口与所述电弧反应器6的进料口连通；
[0048]所述电弧反应器6的出料口与所述冷却器7的进料口连通；
[0049]所述冷却器7的出料口与所述硝酸生成器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统，其特征在于，包括：空气净化器、干燥器、第一进氧管线、加压装置、电弧反应器、冷却器、第二进氧管线、硝酸生成器；所述干燥器的进料口与所述空气净化器的出料口连通；所述干燥器的出料口与所述加压装置的进料口连通；所述第一进氧管线的出料口也与所述加压装置的进料口连通；所述加压装置的出料口与所述电弧反应器的进料口连通；所述电弧反应器的出料口与所述冷却器的进料口连通；所述冷却器的出料口与所述硝酸生成器的进料口连通；所述第二进氧管线的出料口也与所述硝酸生成器的进料口连通。2.根据权利要求1所述的利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统，其特征在于，所述生产系统还包括计量装置，所述计量装置安装在空气净化器的进料口之前。3.根据权利要求1所述的利用空气直接实现从氮气到硝酸一步转化的生产系统，其特征在于，所述生产系统还包括送风机，所述送风机的进料口与所述干燥器的出料口连通，所述送风机的出料口与所述加压装置的进料口连通。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林，金长浩，但勇，高波，李莉，何永，赵澎，赵顶，
申请(专利权)人：四川顺应动力电池材料有限公司，
类型：新型
国别省市：