способ получения окиси азота

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСИ АЗОТА, включающий нагрев воздуха в безэлектродном плазмотроне при повышенном давлении с применением ВЧ-разряда, отличающийся тем, что, с целью снижения удельных энергозатрат и упрощения способа за счет исключения стадии закаливания продукта, процесс ведут в трансформаторном плазмотроне с вихревой стабилизацией при давлении 50 - 100 кПа и частоте разряда до 10 кГц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к плазмохимии, в частности к технологии получения окиси азота (фиксации атмосферного азота) с помощью электрического разряда.

Известен способ получения окислов азота в безэлектродном плазмотроне при атмосферном давлении с применением ВЧ- и СВЧ-разрядов, позволяющий получать высокие концентрации окислов азота NO 9-10%, что непосредственно связано с неравновесностью плазменного процесса, вследствие высокой частоты источника питания. Известно также, что широкое применение ВЧ- и СВЧ-технологий всегда ограничено низкими КПД системы источник питания - нагрузка (плазменный разряд). Даже для ВЧ-разрядов КПД не превышает 0,5-0,6%; кроме того, требуются достаточно дорогие источники питания и другое промежуточное оборудование, например, для защиты питающей сети.

При таких концентрациях окиси NO (9-10%) выход составляет 2,6 моль на 1 кВт, что соответствует расходу электроэнергии 28000 кВт.ч на 1 т.

Целью изобретения является снижение удельных энергозатрат и упрощение способа за счет исключения стадии закаливания продукта.

Цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в нагреве исходных компонентов с помощью энергии, выделяющейся в электрической дуге, и фиксации продукта, согласно изобретению нагрев осуществляют безэлектродным замкнутым разрядом с частотой тока до 10 кГц при давлении 50-100 кПа в разрядной камере трансформаторного плазмотрона с вихревой стабилизацией, в которой одновременно происходит фиксация получаемого продукта.

Способ поясняется чертежом.

Трансформаторный плазмотрон содержит трансформатор 1, выполненный из отдельных магнитопроводов с первичной обмоткой каждый, и замкнутую разрядную камеру 2, охватывающую сердечник трансформатора. Разрядная камера изготавливается из отдельных металлических водоохлаждаемых секций 3, между которыми помещены изолирующие прокладки 4. Камера имеет также завихритель газа 5 и узел вывода плазмы 6. Камера снабжена вспомогательными электродами 7 для поджига тлеющего разряда.

Устройство работает следующим образом. Предварительно осуществляется продувка воздуха. На вспомогательные электроды 7 подается напряжение порядка 3 кВт от повышающего неонового трансформатора, зажигается тлеющий разряд при давлении (1,3-13,3) Па. Если плазменный трансформатор обеспечивает необходимое напряжение для горения дуги на вторичном витке, то возникает устойчивый разряд. При этом неоновый трансформатор отключается. При подаче газа в завихритель 5 давление в камере возрастает до атмосферного и осуществляется стабилизация дуги потоком газа.

Трансформаторный плазмотрон с подачей на вход воздуха испытан в диапазоне давлений 30-100 кПа в камере диаметром 70 мм. При давлении в камере 30 кПа наблюдается переход от белого свечения к светло-желтому, при этом хорошо видно, что столб дуги начинает контрагироваться. При дальнейшем увеличении давления до 40-60 кПа свечение разряда становится ярко-желтым, а затем оранжевым, при этом столб дуги сильно контрагирован (радиус дуги составляет примерно 40-50 мм. При дальнейшем увеличении давления до атмосферного яркость свечения усиливается, а радиус дуги уменьшается до 30-40 мм. Ток в этом режиме поддерживается 85 А, мощность в разряде 70 кВт. В результате концентрация окислов в перерасчете на NO₂ при атмосферном давлении достигает 40 г/м³ без применения закалочных схем. Удельный расход электроэнергии может быть снижен до удельного расхода в химическом способе получения окислов азота.

Использование данного способа получения окиси азота в трансформаторном плазмотроне обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1. Заявляемые параметры давления и частоты разряда при вихревой стабилизации потока позволяют осуществить фиксацию получаемого продукта непосредственно в разрядной камере и, как следствие, исключается вероятность обратного процесса разложения окиси азота. Таким образом, повышается выход готового продукта. Кроме того, отпадает необходимость последующей закалки и тем самым упрощается технологический процесс.

2. Отсутствие электродов приводит к значительному увеличению ресурса работы установки, к наращиванию мощности, что ведет, в свою очередь, к увеличению выхода готового продукта.