氮气制植物化能自养专用氮离子肥系统及工艺的制作方法

1.本发明属于农用肥料制造技术领域，具体涉及氮气制植物化能自养专用氮离子肥系统及工艺。


背景技术：

2.随着氮肥的大量施用，许多地方出现随氮肥施用量增加作物产量反而减少的现象。氮肥利用率低不仅造成资源浪费和环境污染，还威胁到了人体健康。
3.因此，设计一种节约制造成本，工艺可靠性强，可产生大量氮等离子，能催化形成水溶性肥料的氮气制植物化能自养专用氮离子肥系统及工艺，就显得十分必要。
4.例如，申请号为cn201911424342.5的中国专利文献所述的一种硝酸盐的合成方法，包括以下步骤，由氮气经电化学反应后，得到硝酸盐。利用对氮气分子有活化能力的贵金属及合金纳米颗粒，在催化剂表面发生氧析出反应同时，打破稳定的氮氮三键，生成氮氧化物，其后氮氧化物溶于水生成亚硝酸根和硝酸根，由于该催化反应在氧化电位区间，可以使亚硝酸根迅速氧化成硝酸根离子。采用更加直接和环保电化学反应方式，以氮气为原料，进行电催化合成硝酸盐，该方法综合考虑了占空气体积78％氮气和可再生资源的综合利用，在异相催化剂表面合成硝酸盐。虽然能将有助于缓解温室气体的排放，更环保，设备器件小型化，但是其缺点在于，无法将空气中氮气瞬间裂解为氮等离子，在水中催化成含no
3_
的高效水溶肥。


技术实现要素：

5.本发明是为了克服现有技术中，现有氮肥装置制造设备存在制造成本高，工艺可靠性差，氮等离子产生量少，能催化形成水溶性肥料的问题，提供了一种节约制造成本，工艺可靠性强，可产生大量氮等离子，能催化形成水溶性肥料的氮气制植物化能自养专用氮离子肥系统及工艺。
6.为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
7.氮气制植物化能自养专用氮离子肥系统，包括高温等离子中央控制系统、膜法空气纯氮分离器、高温等离子电源、高温等离子磁约束焰电源、高温等离子启动电源、高温等离子焰发生器氮气射流控制器、高温等离子焰发生器水冷却控制器、纯氮罐、纯水罐、纯水发生器、高温氮等离子发生器、磁束焰装置、水溶催化罐和高浓度硝态氮液体肥储存罐；所述高温等离子电源、高温等离子磁约束焰电源、高温等离子启动电源、高温等离子焰发生器氮气射流控制器、高温等离子焰发生器水冷却控制器、纯氮罐、纯水罐和高温氮等离子发生器均与高温等离子中央控制系统连接；高温氮等离子发生器通过管道与水溶催化罐连接；所述水溶催化罐通过高浓度硝态氮液体肥储存罐连接；所述磁束焰装置位于高温氮等离子发生器上；所述纯氮罐与膜法空气纯氮分离器连接；所述纯水罐与纯水发生器连接。
8.作为优选，所述水溶催化罐内设有永久催化剂放置网罐。
9.作为优选，所述高温氮等离子发生器包括主电极、设于主电极两侧的辅电极和设
于主电极和辅电极之间的圆柱型空间电场。
10.作为优选，所述辅电极包括第一辅电极、第二辅电极和第三辅电极。
11.作为优选，所述永久催化剂放置网罐内采用的催化剂为带有1nm-600nm 孔状直径的硼陶瓷粒体。
12.作为优选，所述硼陶瓷粒体的直径小于100mm；所述硼陶瓷粒体表面镀有稀有金属。
13.本发明还提供了氮气制植物化能自养专用氮离子肥工艺，包括以下步骤：
14.s1，膜法空气纯氮分离器从空气中分离并回收氮气，并储存于纯氮罐中；纯水发生器从自来水中分离产生纯水，并储存于纯水罐中；
15.s2，打开高温等离子中央控制系统，上电后，与高温等离子中央控制系统连接的设备，进入工作状态；
16.s3，开启高温氮等离子发生器，并启动焰炬点火启动程序，高温等离子启动电源工作，点火1-60秒后，自动启动焰炬并进入正常工作状态，高温氮等离子电源开启，高温氮等离子发生器焰炬工作；
17.s4，高温等离子磁约束焰电源与磁束焰装置工作；
18.s5，高温等离子焰发生器水冷却控制器给水，对高温氮等离子发生器焰炬进行冷却；
19.s6，高温等离子焰发生器氮气射流控制器，对高温氮等离子发生器焰炬提供纯氮气，纯氮气经高温氮等离子发生器电离，转变为氮等离子气体；
20.s7，氮等离子气体通过管道进入水溶催化罐中，在永久催化剂放置网罐中催化剂作用下，变成强酸状态的硝态氮；
21.s8，当水溶催化罐中的溶液ph值到2-3时，通过管道抽送将溶液送入到高浓度硝态氮液体肥储存罐中储存。
22.作为优选，步骤s2中，所述与高温等离子中央控制系统连接的设备包括高温等离子电源、高温等离子磁约束焰电源、高温等离子启动电源、高温等离子焰发生器氮气射流控制器、高温等离子焰发生器水冷却控制器和高温氮等离子发生器。
23.本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明利用分布式高温氮等离子发生器，将空气中氮气瞬间裂解为氮等离子，在水中催化成含no
3_
高效水溶肥；(2)本发明采用的氮等离子发生器是磁约束焰射流环形电场可递进电极焰炬，本发明可以将氮离子在水中进行催化反应，形成含矿质硝态氮(no
3-)的植物速效肥；(3)本发明具有节约制造成本，工艺可靠性强，可产生大量氮等离子，能催化形成水溶性肥料的特点。
附图说明
24.图1为本发明中氮气制植物化能自养专用氮离子肥工艺的一种流程图；
25.图2为本发明中高温氮等离子发生器内焰炬的一种结构示意图。
26.图中：膜法空气纯氮分离器1、纯氮罐2、纯水发生器3、纯水罐4、高温等离子启动电源5、高温等离子磁约束焰电源6、高温等离子焰发生器氮气射流控制器7、高温等离子电源8、高温等离子焰发生器水冷却控制器9、高温等离子中央控制系统10、高温氮等离子发生器11、磁束焰装置12、管道13、水溶催化罐14、永久催化剂放置网罐15、高浓度硝态氮液体肥储
存罐16。
具体实施方式
27.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
28.实施例1：
29.如图1所示，氮气制植物化能自养专用氮离子肥系统，包括高温等离子中央控制系统10、膜法空气纯氮分离器1、高温等离子电源8、高温等离子磁约束焰电源6、高温等离子启动电源5、高温等离子焰发生器氮气射流控制器7、高温等离子焰发生器水冷却控制器9、纯氮罐2、纯水罐4、纯水发生器3、高温氮等离子发生器11、磁束焰装置12、水溶催化罐14和高浓度硝态氮液体肥储存罐16；所述高温等离子电源、高温等离子磁约束焰电源、高温等离子启动电源、高温等离子焰发生器氮气射流控制器、高温等离子焰发生器水冷却控制器、纯氮罐、纯水罐和高温氮等离子发生器均与高温等离子中央控制系统连接；高温氮等离子发生器通过管道13与水溶催化罐连接；所述水溶催化罐通过高浓度硝态氮液体肥储存罐连接；所述磁束焰装置位于高温氮等离子发生器上；所述纯氮罐与膜法空气纯氮分离器连接；所述纯水罐与纯水发生器连接。
30.由于氮等离子体是由高能电子，各种氮离子(n
2
，n
3
，n
4
)基态和激发态氮原子、氮分子等组成的准中性集合体。氮正离子对于深入理解离子形成的物理化学过程、低温等离子体过程等具有重要的意义。
31.当等离子发生器能量场强度可以与原子或分子的库仑势能比拟时，原子或分子将会出现电离现象，电离后的分子离子会在其内部库仑势的作用下解离，形成离子碎片，表现在飞行时间质谱上是一个谱峰分裂的现象。分子在等离子发生器能量场中的电离解离行为是一个复杂的多体动力学过程。
32.本发明采用的高温氮等离子发生器是磁约束焰射流环形电场可递进电极焰炬。
33.本发明可以将氮离子在水中进行催化反应，形成含矿质硝态氮(no
3-)的植物速效肥。
34.进一步的，所述水溶催化罐内设有永久催化剂放置网罐15。
35.进一步的，如图2所示，所述高温氮等离子发生器包括主电极、设于主电极两侧的辅电极和设于主电极和辅电极之间的圆柱型空间电场。
36.进一步的，所述辅电极包括第一辅电极、第二辅电极和第三辅电极。
37.本发明的高温氮等离子发生器主电极与辅电极之间使用的是圆柱型空间电场，避开了锥形电极产生的锥形电场而电极电蚀，且锥形电极电蚀，造成了主电极与辅电极之间电场间隙发生变化而产生不了焰状氮等离子；本发明采用圆柱型空间电场，主要目的是为了可以递进补偿主电极正常段到圆柱型空间电场，将已电蚀主电极推进到火焰段烧溶气化。锥形电场是为了氮等离子焰有突然减小的空间而产生束流动力，可以到第二第三辅电极处，形成稳流状火焰，不至于焰回缩而熄焰。本发明采用的是圆柱型空间电场，为了将氮等离子焰引到第二第三辅电极处，采用的是磁场靶向约束导引技术，将氮等离子焰引到第
二第三辅电极处。
38.进一步的，所述永久催化剂放置网罐内采用的催化剂为带有1nm-600nm 孔状直径的硼陶瓷粒体。所述硼陶瓷粒体形成驻极体功能。
39.进一步的，所述硼陶瓷粒体的直径小于100mm；所述硼陶瓷粒体表面镀有稀有金属，如铂金等。
40.基于实施例1，本发明还提供了氮气制植物化能自养专用氮离子肥工艺，包括以下步骤：
41.s1，膜法空气纯氮分离器从空气中分离并回收氮气，并储存于纯氮罐中；纯水发生器从自来水中分离产生纯水，并储存于纯水罐中；
42.s2，打开高温等离子中央控制系统，上电后，与高温等离子中央控制系统连接的设备，进入工作状态；
43.s3，开启高温氮等离子发生器，并启动焰炬点火启动程序，高温等离子启动电源工作，点火1-60秒后，自动启动焰炬并进入正常工作状态，高温氮等离子电源开启，高温氮等离子发生器焰炬工作；
44.s4，高温等离子磁约束焰电源与磁束焰装置工作；
45.约束焰流到第二第三辅电极处，防止焰火乱流引起熄焰；
46.s5，高温等离子焰发生器水冷却控制器给水，对高温氮等离子发生器焰炬进行冷却；
47.s6，高温等离子焰发生器氮气射流控制器，对高温氮等离子发生器焰炬提供纯氮气，纯氮气经高温氮等离子发生器电离，转变为氮等离子气体；
48.s7，氮等离子气体通过管道进入水溶催化罐中，在永久催化剂放置网罐中催化剂作用下，变成强酸状态的硝态氮；
49.s8，当水溶催化罐中的溶液ph值到2-3时，通过管道抽送将溶液送入到高浓度硝态氮液体肥储存罐中储存。
50.其中，步骤s2中，所述与高温等离子中央控制系统连接的设备包括高温等离子电源、高温等离子磁约束焰电源、高温等离子启动电源、高温等离子焰发生器氮气射流控制器、高温等离子焰发生器水冷却控制器和高温氮等离子发生器。
51.本发明利用分布式高温氮等离子发生器，将空气中氮气瞬间裂解为氮等离子，在水中催化成含no
3_
高效水溶肥；本发明采用的氮等离子发生器是磁约束焰射流环形电场可递进电极焰炬，本发明可以将氮离子在水中进行催化反应，形成含矿质硝态氮(no
3-)的植物速效肥；本发明具有节约制造成本，工艺可靠性强，可产生大量氮等离子，能催化形成水溶性肥料的特点。
52.以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。