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一种利用空气中氮制作氨肥的方法及系统与流程

花匠小妙招
2025-10-31 03:20

本发明涉及一种利用空气中氮制作氨肥的方法及系统。

背景技术：

1、氮气在空气中的含量丰富，占据了大约78%的份额，这种气体对于植物生长而言，是不可或缺的元素之一。然而，植物并不能直接从空气中吸收氮气，而是需要经过一系列的转化过程，将其转变为可供植物吸收和利用的形式——氨氮。这样一来，制取氨肥就成为将空气中的氮气转化为植物养分的关键步骤。

2、氨氮在植物生长过程中的作用至关重要，它是植物合成氨基酸、蛋白质等生命活性物质的重要来源。氨氮对于植物的生长发育具有显著的促进作用，因此在农业生产中，氨肥的应用十分广泛。

3、利用空气制作氮肥，不仅具有环保优势，同时也具备经济效益。相较于传统的氮肥生产方法，例如合成氨法（haber-bosch过程），空气制氮肥可以降低对天然气等化石燃料的依赖，减少二氧化碳的排放，并且降低生产成本。这一方法有助于实现资源的合理利用，提高农作物的产量和质量，同时减轻对环境的负面影响。

4、尽管利用空气中的氮制作氨肥具有诸多优点，但目前这一方法在实际应用中仍存在一些问题。例如，作业效率较低，作业成本较高等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种能够提高空气制氮肥的效率，降低成本，使其在农业生产中发挥更大的作用的利用空气中氮制作氨肥的方法及管理监控方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种利用空气中氮制作氨肥的方法，包括以下步骤：

4、将空气通过压缩机进行压缩，并将压缩空气经由过滤器后送入空气缓冲罐，以去除其中的水分和杂质；

5、将空气缓冲罐中的空气交替送入第一空气分离机和第二空气分离机，通过气压调节装置分别对第一空气分离机和第二空气分离机进行交替增压减压；

6、通过第一空气分离机和第二空气分离机内的分子筛去除其中的氧气成分，得到富含氮气的气体输入至第一氮气储罐，并将排出的杂质气体回收至第一氧气储气罐；

7、将氮气与水蒸气混合，并输入至电解室中，在电解室内，通过电流作用下，氮气发生氧化反应，生成氮氧化物；

8、同时，将纯净水输入电解槽中，水分子被电解分解成氢气和氧气；

9、氮氧化物与水中的氢离子反应生成氨气输入至氨气回收罐内；生成的氧气和未反应的氮气则分别回收至第二氧气储罐和第二氮气储罐内；

10、最后，将生成的氨气输送至接种发酵罐中进行处理，制成氨肥。

11、作为优选，将空气缓冲罐中的空气交替送入第一空气分离机和第二空气分离机的方法为：

12、在第一空气分离机和第二空气分离机的入口端设置三通电磁阀，在第一空气分离机和第二空气分离机的出口端设置单通电磁阀；

13、当第一空气分离机的三通电磁阀与空气缓冲罐的连通打开送入空气时，则对应第一空气分离机的三通电磁阀与氮气储罐的连通关闭，同时第二空气分离机的三通电磁阀与空气缓冲罐的连通关闭，对应第二空气分离机的三通电磁阀与氮气储罐的连通打开送出氮气。

14、作为优选，通过气压调节装置分别对第一空气分离机和第二空气分离机进行交替增压减压的方法为：

15、当第一空气分离机的三通电磁阀与空气缓冲罐的连通打开送入空气时，控制气压调节装置对第一空气分离机内的进气端进行增压，对第一空气分离机内的出气端进行减压，同时带动第二空气分离机内的进气端进行减压，第二空气分离机内的出气端进行增压；

16、当第二空气分离机的三通电磁阀与空气缓冲罐的连通打开送入空气时，控制气压调节装置对第二空气分离机内的进气端进行增压，对第二空气分离机内的出气端进行减压，同时带动第一空气分离机内的进气端进行减压，第一空气分离机内的出气端进行增压。

17、作为优选，将生成的氨气输送至接种发酵罐中进行处理制成氨肥的方法为：

18、将集氨菌经摇床培养基培养后，接至一级种子罐培养12小时，再接种至二级种子罐培养12小时，再接种至发酵罐；

19、发酵液采用批式流加补料方式，发酵罐夹套设置热水冷水进口管和温度自控装置，维持发酵温度30℃±2℃；

20、从发酵罐顶部加入浓度为10%的尿素溶液，在发酵罐底部通入经净化、压力10kpa的空气以及氨气回收罐内的氨气；

21、从发酵罐口加入集氨菌的菌种，随后在发酵罐内发生生物发酵反应，持续发酵24-36小时，发酵过程中产生浓度为10%-15%含氨液体。

22、本发明所要解决的另一技术问题为提供一种利用空气中氮制作氨肥的系统，包括有：

23、压缩系统：包括压缩机和过滤器，用于将空气进行压缩并去除其中的水分和杂质；

24、空气缓冲罐：用于储存经过压缩和过滤的空气，以便后续处理；

25、空气分离系统：包括第一空气分离机和第二空气分离机，通过气压调节装置对其进行交替增压减压，该分离机中包含分子筛，用于去除氧气成分，从而得到富含氮气的气体；

26、第一氮气储罐：用于储存从空气中提取的富含氮气的气体；

27、第一氧气储气罐：用于储存从空气中分离出的氧气；

28、电解室：用于混合氮气和水蒸气，并通过电流作用下的氧化反应生成氮氧化物；

29、氨气回收罐：用于收集通过氮氧化物与水中的氢离子反应生成的氨气；

30、第二氧气储罐：用于回收未反应的氧气；

31、第二氮气储罐：用于回收未反应的氮气；

32、氨气处理系统：用于将收集到的氨气进行处理，最终制成氨肥。

33、作为优选，该第一空气分离机包括有第一罐体，及设置于第一罐体进口处的第一三通电磁阀，及设置于第一罐体进口处的第一进气腔室，及设置于第一罐体出口处的第一单通电磁阀，及设置于第一罐体出口处的第一出气腔室，及分隔于第一进气腔室与第一出气腔室之间的、用于吸附氮气的第一分子筛，及与第一分子筛相贴的、用于除去水蒸气和二氧化碳的第一氧化铝层。

34、作为优选，该第二空气分离机包括有第二罐体，及设置于第二罐体进口处的第二三通电磁阀，及设置于第二罐体进口处的第二进气腔室，及设置于第二罐体出口处的第二单通电磁阀，及设置于第二罐体出口处的第二出气腔室，及分隔于第二进气腔室与第二出气腔室之间的、用于吸附氮气的第二分子筛，及与第二分子筛相贴的、用于除去水蒸气和二氧化碳的第二氧化铝层。

35、作为优选，该第一空气分离机与第二空气分离机形成连通设置，并在连通处设置有气压调节装置进行分隔。

36、作为优选，该气压调节装置包括有设置于进口端的进口调节装置，及设置于出口端的出口调节装置。

37、作为优选，该第一进气腔室与第二进气腔室形成连通，并在连通处采用进口调节装置进行分隔，该第一出气腔室与第二出气腔室形成连通，并在连通处采用出口调节装置进行分隔。

38、作为优选，该进口调节装置包括有进口调压板，及控制进口调压板进行移动增减压的第一驱动电机，该出口调节装置包括有出口调压板，及控制出口调压板进行移动增减压的第二驱动电机。

39、作为优选，还包括有氨肥制备装置，该氨肥制备装置还包括有：

40、摇床，用于培养集氨菌的起始阶段；

41、种子罐，包括有500l-800l的一级种子罐和1500l-2000l的二级种子罐；

42、发酵罐，用于进行集氨菌的主要发酵过程，包括有800-1200l的发酵罐，该发酵罐的夹套设置有热水冷水进口管和温度自控装置；

43、尿素溶液槽，用于储存浓度为10%的尿素溶液，并通过顶部加入到发酵罐中，

44、空气净化器，用于净化空气；

45、ph自动检测仪，用于监测发酵液的ph值变化。

46、本发明的有益效果是：

47、通过将空气中丰富的氮气转化为氨气，有效地利用了氮气资源。这种方法可以减少对天然气等化石燃料的依赖，降低了生产成本；相比传统的氨肥生产方法，如合成氨法，这种方法的排放物较少。它可以减少二氧化碳的排放，并且回收了未反应的氮气和产生的氧气，减少了对环境的负面影响；通过交替增压减压的方式，实现了氮气筛分的连续作业，大幅的提高了作业效果，同时，电解水产生的氢气和氧气也可以被回收利用，进一步节约能源；由于使用纯净的空气和水进行反应，制得的氨气质量较高，可以提供优质的氨肥供应；综上所述，这个方案在氮肥生产中具有资源利用、环境友好、高效节能和优质产品等方面的优势。