JPH075418B2

JPH075418B2 - アンモニアから窒素肥料溶液をつくる装置及び方法

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Publication number: JPH075418B2
Application number: JP59009926A
Authority: JP
Inventors: ジヨン・アルヴイン・イーステイン
Original assignee: カムターター・インコーポレーテッド
Priority date: 1975-05-27
Filing date: 1984-01-23
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: CA1089249A; AU2508684A; US4427434A; EP0148967A1; AU2356884A; AU570432B2; GB2154572B; CA1089665A; CA1234962A; GB1546871A; GB2154572A; CA1089248A; GB1546872A; CA1207128A; CA1258360C; EP0148967B1; NZ180789A; US4435201A; AU570026B2; AU1380476A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は窒素肥料溶液の製造方法と装置に関するもので
ある。

アンモニウムイオンおよび硝酸塩イオンが植物の根によ
って吸収される主要な窒素形態であることが知られてい
る。各イオンは植物作付け系内で異なる収量と生理的な
応答をもたらすことはBiological Review1978年55:465-
510において記載されている。その上、ある種の普通の
作物および異なる作物の範疇は、作物成長期間中に土壌
溶液中で適切なイオン比が存在するときに植物の成長と
収量の増加を与えることにより、土壌溶液中でこの二つ
のイオンの異なる比率に応答する。例えば、とうもろこ
しは1:3のアンモニウム；硝酸塩のイオン比において通
常の温度の土壌溶液において最も迅速に成長し、一方、
トマトは土壌溶液中に硝酸塩イオンが圧倒的に多い場合
に最も効率的に成長する。

このように硝酸塩肥料を作物へ施用し、作物の要求に応
じて特定作物について土壌溶液中のアンモニウム：硝酸
塩のイオン比を調節することは、利点があることが知ら
れている。

窒素肥料工業は、大抵の国においては、無水アンモニウ
ムを一つの主成分として使用する。これは、無水アンモ
ニウムが、（１）比較的低い初期コストをもち；（２）
他の合成窒素肥料用の原料であり；（３）高い窒素含量
をもち、その含量が約82重量％であり；そして（４）長
距離のパイプライン、鉄道およびトラツク輸送を効率的
にするからである。

無水アンモニウムは液化ガスであり、それが故に、ある
環境下においてはいくつかの欠点をもち、例えば、
（１）特別な貯蔵と取扱いの設備を必要としこれが無水
アンモニアの貯蔵を農場水準および局地的小売水準にお
いて節約を与えるほどに高価であり；（２）アンモニア
損失を施用時において避けるための特別の地下施用設備
を必要とし；（３）潅漑用水中の施用に不適であり、な
ぜならば、潅漑設備中で炭酸カルシウム沈着を生じかつ
禁止的量の肥料窒素が蒸発によつて大気へ失なわれるか
らであり；（４）作付けシーズン中の施用可能の時期が
地下施用を必要とする故に制限され；そして（５）ある
時期において施用せねばならないので兵站的問題と経済
的負担が当工業において生ずる。

経済的問題の一つは多くの土壌、特に比較的粗い潅漑土
壌が作物値付け前の唯一回のアンモニア施用で供給され
れる窒素を十分に保持して経済的な作物収量を持続する
ことができないためおこる。アンモニアを分割施用で根
際に施肥できる収穫サイクル中の時期は作物植物の成長
によつて制限を受け、なぜならばその作業はアンモニア
ガスを土壌の中へ切り込めることを必要とするからであ
る。

これらの困難性のいくつかを減らすために圧力のない窒
素溶液を使用することは知られており、それらの溶液が
取扱い、貯蔵および施用方法に適するからである。その
上、圧力のない肥料窒素溶液の施用は作物の必要に応じ
て行うことができ、このことは作物サイクルのはじめま
たは始まって間もなく土壌中で濃アンモニア帯として窒
素を施用する通常の方法よりも、施用窒素の単位あたり
のより良い作物成長の応答を引出す。

圧力のない窒素溶液は機械的にあるいは潅漑用に使う水
の中で作物に施用することができ、従つて作物が窒素を
必要とするときに実際的な方式で施要することができ
る。

しかし、在来法の技法によつて製造され施用される圧力
のない窒素溶液肥料は無圧窒素溶液としての窒素の配送
単位は無水アンモニアとして窒素のそれのほぼ２倍のコ
ストであるという欠点がある。無圧窒素溶液のコストを
減らす多くの在来法の試みがあつた。

在来法においては、農場使用のための無圧窒素肥料溶液
を提供する一つの商業的系は、比較的濃厚な硝酸アンモ
ニウム溶液をつくりそれを販売店へ出荷し次いで農場水
準で分配および使用するために尿素溶液と混合すること
から成る。農場へ売られる通常の溶液は28％から32％の
窒素を含み、これは長距離輸送に製造された低濃度製品
である。またそれは多段階（multi-tier）配送系を通し
て取扱はねばならない。

硝酸アンモニウム溶液はアンモニアを空気で以て触媒存
在下で窒素酸化物へ酸化し、この窒素酸化物を二酸化窒
素へ酸化し、二窒素酸化物を水中で吸収して硝酸を生成
させることによつて製造される。ある従来法の具体化に
おいては、この方法を高圧で実施して所望の酸濃度をつ
くり窒素酸化物転化および吸収の系の寸法を減らす。あ
る系では30から35段の酸化物転化と吸収を含む。ある系
においては、濃硝酸をアンモニアと反応させて硝酸アン
モニウム溶液を形成させる。

これらの商業的方法は次の欠点をもつている：（１）経
費がかかり；（２）かなりの空気汚染問題があり；
（３）製品が高価になる。製品のコストはいくつかの理
由のために高価になり、例えば、（１）濃硝酸および濃
厚尿素の溶液の製造コストが高く；（２）大気汚染の制
御に経費がかかり；（３）製造工程中に実質的原料損失
があり；（４）低濃度の28％から32％の窒素製品を市場
へ長距離にわたつて輸送および配送することが高価につ
く；からである。

硝酸アンモニウムの製造方法は公知であり、これらは、
工業的プラント特に硝酸プラントの流出ガスから窒素酸
化物類を、大気の窒素酸化物汚染を防止し一方同時に有
用窒素質最終生成物を窒素酸化物類除去工程から取出す
主要目的で、除去することに依存している。これらの方
法は、（１）酸性およびアンモニア性硝酸アンモニウム
の吸収溶液を使用し、これらの溶液は各種の方式で用い
られ、（２）工程中で形成される亜硝酸アンモニウムを
有用な硝酸アンモニウムへ転化するための酸化剤として
硝酸を使用する、ことを教えている。それらの方法の例
は米国特許第3,453,071;4,151,265;および4,219,534号
に記載されている。

米国特許第3,453,071号は、（１）酸化窒素水二酸化窒
素のモル比が、アンモニア性硝酸アンモニウム吸収溶液
の中への供給原料ガスを工程実施のために通す前に、約
1:1であることを必要とし、そして（２）多段のアンモ
ニア添加吸収段階を必要とする、とい欠点をもつ。硝酸
プラントの通常の操作中においては、テールガス中の酸
化窒素対二酸化窒素の比が周辺操作条件の変動とともに
かなり変動し、酸化物比を実際的作業条件下において1:
1において調節することが困難であり、それらの比は提
示される方法の提示される多段階の間でかなり変動し従
つての方法の実施を商業的に複雑なものにしそうであ
る。その上、この方法は窒素酸化物回収率が低くガス流
からの窒素酸化物類の除去における成績はよくない。

米国特許第4,151,265号および第4,129,534号の方法は、
2,000から6,000ppmの窒素酸化物類を代表的に含む硝酸
プラントのテールガスからの窒素酸化物ガス類の除去に
適用される。この方法においては、入つてくるテールガ
スをまず酸性の硝酸アンモニウムと反応させ、この第一
段階からの流出ガスをアンモニア性硝酸塩液と反応さ
せ、第二段階の流出ガスを第三段階において酸性化水と
接触させる。

低圧または低酸素条件の下で、二酸化窒素分の多いガス
を第一段階において添加してこの第一段階の流出ガスに
約2:1の二酸化窒素対酸化窒素比をもたせそれによつて
第二段階の効率を助ける。この系の反応剤液体類は、亜
硝酸アンモニウムの形成を最小化し形成される亜硝酸ア
ンモニウムを硝酸アンモニウムへ酸性硝酸アンモニウム
液中で酸化する様式で、循環させかつ割合をきめられ
る。

この方法は代表的な高圧または中圧の硝酸プラントのテ
ーブルから、最終生成物として硝酸アンモニウム溶液を
形成させながら窒素酸化物類を回収するのに有効であ
る。この方法は３気圧から７気圧の圧力で操作し約2,00
0から6,000ppmの窒素酸化物類を含むテールガスで以て
操作する硝酸プラントのために提唱されている。

硝酸アンモニウム溶液をつくるこの方法は次の欠点をも
つている。（１）代表的テールガス流へのみ適用可能で
あり、（２）反応液体類の広汎な循環と調節を必要と
し、（３）高圧操作条件に依存し、（４）第一段階へ、
二酸化窒素分の多い酸化窒素を含まないガスを使用する
ことを必要とし、（５）最終生成物中で硝酸塩イオン対
アンモニウムイオンの特定比は便利に生成せず、（６）
低濃度窒素溶液最終生成物を生成する。

第一に、この方法は窒素酸化物類の含有量が低い代表的
テールガス流に対してのみ適用できる。このように、ガ
ス類の与えられた容積を取扱いながら製造できる硝酸ア
ンモニウム量には限度がある。このために、汚染防止用
に主として使用しない限り、製造能力とプラント投資の
経済的見返りに限度がある。

第二に、この方法は反応液類の広汎な循環と調節を必要
とする。この循環と調節を提供するには複雑な制御とポ
ンプを使用せねばならず従つて余計なコストの原因とな
る。

第三に、この方法は、窒素酸化物類を使用可能硝酸塩イ
オンへ転化する好ましい具体化において高圧操作条件を
必要とする。この要請は吸収器の大きさと構造を普通の
商業的硝酸工程と類似のものにさせる。

第四に、この方法は低圧または低酸素の条件で操作する
ときに、二酸化窒素含量が大い窒素酸化物供給原料ガス
を第一段階へ使用することを必要とする。このことは低
圧操作条件に対するこの方法の使用を複雑にする。

第五に、この方法は局地的または農場的使用場所におい
て最終生成物中で硝酸塩イオン対アンモニウムイオンの
特定比を便利に生成させない。このように、特別な作付
け用途に対して局地または農場において所望の窒素イオ
ン類比を含む経済的かつ便利な窒素溶液源として有用で
ない。

第六に、窒素溶液肥料として使用されるべき場合には農
場市場へ長距離にわたつて高コストで輸送せねばならな
い低濃度窒素溶液最終製品を生ずる。

アンモニアから窒素溶液をつくる装置は、アンモニアを
酸化して窒素酸化物類を形成するための燃焼器；窒素酸
化物類を水と混合して二酸化窒素の少くとも一部と水と
の反応によつて硝酸と酸化窒素を形成するための混合
器；反応器；および実質上すべての残りの窒素酸化物類
と二酸化窒素と水との反応によつて形成される硝酸の実
質上すべてとを反応器へ導くための導管；から成り、上
記反応器が窒素酸化物類を反応器中で水酸化アンモニウ
ムと反応させて亜硝酸アンモニウムを形成し；そしてま
たこの装置は、硝酸と亜硝酸アンモニウムを組合わせて
硝酸アンモニウム、二酸化窒素および水を形成しそれに
よつて硝酸アンモニウムを含む一つの液体が形成される
第二混合器を含む。装置はさらに亜硝酸アンモニウムを
硝酸と反応させることによつて形成した二酸化窒素の一
部を硝酸へ転化し別の部分を酸化窒素と組合わせて三酸
化二窒素を形成させるための一つの反応器を含む。

装置はまた、空気を硝酸の浴の中へその硝酸を亜硝酸ア
ンモニウムと一緒に混合しながら導入して攪乱を起こさ
せるためのバルブを含んでいる。有利には、装置は二酸
化窒素対一酸化窒素のモル比が少なくとも１であるよう
にさせる十分な酸化容積をもつ燃焼器を含んでいる。

アンモニアから窒素溶液をつくる方法は有利には、アン
モニアを酸化して窒素酸化物類を形成し；窒素酸化物類
を水と混合して二酸化窒素の少くとも一部と水との反応
によつて硝酸と酸化窒素を形成し；実質上すべての残り
の窒素酸化物類と二酸化窒素と水との反応によつて形成
される酸化窒素の実質上すべてとを反応器へ流し；反応
器中の窒素酸化物類を水酸化アンモニウムと反応させて
亜硝酸アンモニウムを形成し；この硝酸とこの亜硝酸ア
ンモニウムとを組合わせて硝酸アンモニウム、二酸化窒
素および水を形成し、それによつて硝酸アンモニウムを
含む液体を形成させる；各段階から成る。

この方法はさらに、亜硝酸アンモニウムを硝酸と反応さ
せることによつて形成された二酸化窒素の一部を水と反
応させることによつて硝酸へ転化し、一部を酸化窒素と
反応させて三酸化二窒素を形成させ；この三酸化二窒素
を水酸化アンモニウムと反応させて反応器中でさらに亜
硝酸アンモニウムを形成させ；そして、反応器中でその
三酸化二窒素から形成された該亜硝酸アンモニウムを硝
酸と連続的に混合して実質上すべての窒素酸化物類が液
状窒素溶液へ転化されてしまうまで硝酸アンモニウムを
形成させる一つの連続法を提供する；ことを含む。

有利には、硝酸と亜硝酸アンモニウムとを組合わせる段
階は空気を硝酸浴の中へ硝酸と亜硝酸アンモニウムとを
混合しながら導入して撹乱をおこさせることを含み、そ
して、硝酸の濃度の混合物のpHを２以下に保つよう十分
に高く維持する。この組合せの工程は硝酸と亜硝酸アン
モニウムの混合物のpHが実質上0.2の水準に保たれる混
合物として組合わせることを含み、導入される空気の運
動量はpHを均一に保つ撹乱をおこさせるのに十分なもの
であり、そして空気は250゜Ｆ（121℃）から300゜Ｆ（1
49℃）の範囲の温度において導入される。

さらに、窒素酸化物類と水を組合わせる方法は窒素酸化
物類と水との混合を二酸化窒素対一酸化窒素のモル比が
少くとも１であるようにさせる十分な時間の間十分に大
きい酸化容積の中でおくれさせることを含む。

有利には、この方法は更に、液体含有硝酸アンモニウム
を肥料として使用することを含む。

第１図には、農業の土地の窒素肥料を施す新規なプロセ
ス10の流れ図が示されている。プロセス10は、その主な
サブプロセス（Subprocess）として、局在場所において
アンモニアおよび窒素酸化物を得るプロセス12、窒素酸
化物が植物が利用され易い窒素化合物に転化するプロセ
ス14およびプロセス14において形成した窒素化合物を利
用するいくつかの別の工程16を有する。これらの窒素化
合物は、主としてアンモニウムイオンおよび硝酸イオン
でありそして、特に好ましい実施態様において硝酸アン
モニウムである。

この場合において、局在場所は稀溶液の移送に経済的に
適当な使用の距離以内を意味する。通常これは直接使用
する農地上であるかあるいは農地から50マイル（80.5K
m）以内の肥料デイーラーである。稀溶液は溶液の少な
くとも60％が水であることを意味する。

好ましい実施態様において、窒素酸化物を形成するサブ
プロセス12は、（１）局在場所において窒素化合物を空
気または更新可能な源から合成するプロセス21あるいは
（２）窒素酸化物をアンモニアから形成するプロセスを
包含する。窒素酸化物のアンモニアからの形成は、無水
アンモニアを局在場所に移送するか或いは、交互に、前
記場所においてアンモニアを空気および水または更新可
能な源から合成する工程18および引続く前記場所におい
てアンモニアを窒素酸化物に酸化することにより窒素酸
化物を形成する工程20を包含する。１つの実施態様にお
いて、それは肥料を製造し且つそれを畑に適用するため
の供給原料として使用する時に製造される。

無水アンモニアは、必要に応じて局在場所または農地へ
移送できる。それは、従来農地への窒素肥料の適用に農
地へ運搬される非圧力窒素肥料容積に比べて、単位重量
および体積当りの窒素濃度が比較的高い。こうして、
（１）非圧力窒素溶液の運搬と比べた無水アンモニアの
運搬のコストおよび貯蔵空間および（２）原料の回収お
よび使用において、コストが節約される。

好ましい実施態様において、窒素酸化物は窒素酸化物を
得るサブプロセス12における工程20において無水アンモ
ニアから形成される。これは肥料を形成する時必要な量
で連続プロセスにおいて、その場所において無水アンモ
ニアを窒素酸化物に酸化することによつて達成される。
この酸化は、大気圧または大気圧よりも僅かに低い圧力
において、下流の肥料溶液の形成および農地への同時の
運用またはその場所における貯蔵と実質的に同時に行わ
れる。結局、窒素酸化物を加圧下に取扱うこと、あるい
は窒素溶液を大量で貯蔵することは不必要である。

移送コストの減少、優れた原料回収および低い圧力の作
業からのコストの利益に加えて、このプロセスは比較的
安価な触媒、コバルト酸化物を相乗的に使用可能とす
る。なぜなら、アンモニアの酸化は小規模かつ低い圧力
であるからである。高圧で実施する大規模の先行技術の
商業的プロセスにおいて、アンモニアは一般に白金合金
の触媒を用いて実施される。必要な大きさのコバルト触
媒の供給物は、必要な白金合金触媒のコストのほぼ10％
である。

コバルト酸化物は先行技術の系において触媒として一般
に使用されない。なぜなら、このような系はコバルト酸
化物が最良の物質でない圧力範囲の高い圧力において実
施されるからである。他のアンモニア酸化触媒は高圧よ
りも低圧において高い転化効率ではたらくが、コバルト
酸化物触媒はとくに低圧において高率に優れかつコスト
的に効果があることがわかつた。

好ましい実施態様は低圧において小さい吸収剤体積で化
学的取扱いによる窒素酸化物の吸収を許すので、コバル
ト触媒は高い効率で使用できる。こうして、より高価な
高圧の先行技術の系よりも低い圧力、低い価格の吸収装
置を単位窒素基準で使用すると、非常に低い価格の触媒
を使用するという追加の利点が得られる。

サブプロセス12において形成した窒素酸化物は、サブプ
ロセス14において硝酸アンモニウム溶液を調製するため
に使用される。硝酸アンモニウム溶液は、連続的にか
つ、サブプロセス16に示すように、肥料それ自体として
使用されるか、あるいは他の混合肥料に形成されそして
連続的に流れるかんがい水中に使用されるか或いは貯蔵
のために移送される。全体的に14に示すように、硝酸ア
ンモニウム溶液は窒素化合物を水およびアンモニアと適
当な液体気体接触系において一緒にすることにより調製
される。何れにおいても、このプロセスにおいて濃硝酸
を取扱うこと、或いは大量の硝酸を貯蔵することは必要
ではない。

サブプロセス14において硝酸アンモニウム溶液を形成す
るためには、サブプロセス12からの窒素酸化物を工程22
において水と混合して酸化物のあるものから硝酸溶液か
ら形成し、気体の残部は第２工程23へ流れる。

工程23において、水およびアンモニウムを混合してアン
モニア化反応液体を形成する。残りの気体をこの溶液と
接触させかつ反応させて、亜硝酸アンモニウムと硝酸ア
ンモニウムとの混合物を形成する。次いでアンモニウム
の亜硝酸塩−硝酸塩を混合し、第３工程度24において工
程22で形成された硝酸溶液と混合して、硝酸アンモニウ
ムを高収率で得る。硝酸溶液とアンモニウムの亜硝酸塩
−硝酸塩を、加熱された漂白空気の存在下に混合する。
亜硝酸アンモニウムの酸化の間に発生した気体を、工程
22の水へ戻して硝酸溶液を形成する。

工程22において形成した硝酸は、水および他の気体との
反応の一部分として形成した窒素酸化物の気体を含有す
る溶液中に存在する。これらの気体は空気を溶液中に強
制的に通入されることにより除去し、前記空気は気体を
除去しかつ気体の一部分を更に酸化する。このプロセス
を「ストリツピング」と呼び、そしてそれが起こる場所
は「ストリツパー」と呼ばれる。

過剰のストリツパー−酸化器の空気および、形成しかつ
ストリツパー−酸化器の気体からストリツピングされた
窒素酸化物は、第１図にライン25で示すように回収のた
め工程22の気体−水接触ゾーンへ循環される。工程24の
液体の生産物をサブプロセス16において処理して、特定
の収穫および肥料の管理の要求についてアンモニウムイ
オン対硝酸イオンの比をコントロールすることができ
る。

硝酸イオン対アンモニウムイオンの比を調整するため
に、それが所望の点に調整されるまで、追加のアンモニ
アを加える。硝酸アンモニウムの量は溶液の密度を測定
することによつて決定することができ、そして硝酸イオ
ンに有利な比はアンモニウムを減少して所望比を確立す
ることによつて形成するとができ、あるいはアンモニウ
ムイオンに有利な比はアンモニアを増加して所望比を確
立することによつて形成することができる。主要量の硝
酸塩を含有する肥料溶液は所望の作物を直接使用するこ
とができ、或いは酸性溶液を混合しかつ使用して、他の
肥料物質例えば非窒素陽イオン、岩石リン酸塩または他
の物質を可溶化または懸濁させることができる。

硝酸アンモニウム溶液、硝酸または硝酸と硝酸アンモニ
ウムとの混合物は、サブプロセス16の工程の何れにおい
ても、例えば、26,28または30で示す３つの工程におい
て使用できる。

第１に、26に示すように、稀硝酸と硝酸アンモニウムと
の酸性混合物のような溶液を農地へ上部肥料として、あ
る作物の成長のある段階で直接適用して有益な効果を得
ることができる。この手順は、最高の成長のために主要
比率の硝酸イオンを必要とする作物に最もよく用いられ
る。

第２に、28に示すように、硝酸と硝酸アンモニウムとの
酸性溶液をそれ以上のアンモニアと混合して、農地へ適
用できる硝酸アンモニウムのみを含有する溶液を形成す
ることができる。この工程はアンモニウム窒素の半分の
みを酸化器を通して送ることを必要とするので、アンモ
ニウムイオンおよび硝酸イオンを同等または非優先的に
利用する作物に好ましい。

第３に、30に示すように、カリウムイオンのような陽イ
オンを硝酸および／または硝酸アンモニウムの酸性溶液
と混合して肥料を形成することができる。この肥料は、
他の陽イオンを添加しかつ溶液中の硝酸イオンの形の窒
素が主要比率であるため、ある作物にことに有用であ
る。他の所望の肥料の物質の代りに使用できる。また、
工程22および24の溶液を使用して岩石リン酸塩を処理し
て、例えば、硝酸リン酸塩スラリーをつくることがで
き、あるいは工程24の溶液を使用して、特に重要な微量
元素例えば亜鉛を可溶化しかつ支持することができる。

第２図には、窒素肥料の適用系32が示されている。窒素
肥料の製造系34、潅漑系の溜め36、潅漑系38、窒素酸化
物を製造する系42および無水アンモニア源44例えばアン
モニア槽を有する。

供給原料および水を肥料適用系32へ供給するために、
（１）無水アンモニア源44の出口を窒素酸化物製造系42
および窒素肥料製造系34へ接続し、そして（２）潅漑系
の溜め36および潅漑系38を窒素肥料製造系34へ接続す
る。

水および窒素肥料を提供するために、窒素肥料製造系34
の出口を潅漑系38へ接続して、窒素肥料を潅漑系を経て
作物へ適用する。窒素酸化物製造系42を窒素肥料製造系
34へ接続して、それへの供給原料として窒素酸化物を供
給する。

導管94を経て供給されるアンモニアから窒素酸化物を製
造するため、系42は次の系を含む：（１）反応器系86;
（２）無水アンモニアを反応器系86へ供給する系88;
（３）次ぎのように空気を過し、調整しおよび供給す
る空気入口系90:（ａ）空気を反応器系86へ；（ｂ）漂
白空気を反応器出口気体へ；および（ｃ）をストリツパ
ー‐酸化器区画（第２図に示されていない）へ、第4,5
および６図に関連して説明する；および（４）窒素酸化
物を反応器系86から、窒素酸化物から肥料を製造する系
34へ、供給する系89。系89を出る気体中の窒素酸化物
は、主として一酸化窒素である。

コントロールした大量の無水アンモニアを反応器系86へ
供給するために、無水アンモニアを供給する系88は、前
もつて決定した大きさの出口をもつ２段階圧力調整器9
2、流量計96およびソレノイド弁98を含む。圧力調整器9
2は、記載する順序で直列に、無水アンモニア槽44へ導
入管94およびソレノイド弁98を経て接続された入口を有
し、そして反応器系86へ流量系96を経て接続された出口
を有する。この配置を用いると、コントロールされかつ
測定された量の無水アンモニアは反応器系86の入力へ供
給され、入力はミキサー102を含む。

反応器系86へ空気を供給するために、空気入口系90は空
気フイルター104、空気入口オリフイス22、蝶形弁106お
よび流量計108を含み、それはその順序へ熱交換器系114
へ、次いでミキサー102の入力へ接続されて空気をそれ
へ供給する。空気の流れのための運動力は、系34中のブ
ロワー118により提供され、ブロワー118は空気を両者の
系を経て引く。

加熱空気を系34のストリツパー‐酸化器（第２図）（第
２図に示されていない）供給するために、空気供給系90
は入口コントロールオリフイスまたは蝶形系105および
流量計109を含む。弁105は空気入口フイルター104と流
量計109との間に接続され、そして流量計109は、窒素酸
化物供給計89を系34へ熱交換器系114を経て接続され、
熱交換器系の入口は系34へストリツパー‐酸化器を経て
入る。反応器86の出口気体の酸化のための空気は、導管
116へフイルターおよび弁アセンブリー111を経て供給さ
れ、その中で混合される。

無水アンモニアから窒素酸化物を形成するために、反応
器系86はミキサー102、熱交換器114の空気予熱区画およ
び反応器62を含む。ミキサー102は流量計96の出口へ接
続されてアンモニアを受け入れる１の入口と、熱交換器
系114の予熱区画の出口へ接続された他の入口を有す
る。ミキサー102の出口は、反応器62の入口へ接続され
て、アンモニアと空気との加熱された混合物をそれへ供
給する。熱交換器系114は、窒素酸化物供給系89から窒
素肥料適用系34への熱を受け取る。

流量計109から熱交換器系114を経る空気通路は、同じ熱
交換器を経る流量計108からの空気通路から分離され
る。反応器62はアンモニアと空気との予熱混合物を受け
取り、そしてそれを燃焼して窒素酸化物を形成する。燃
焼は触媒の助けにより実施され、触媒は好ましい実施態
様においてコバルト酸化物触媒である。

コバルト酸化物触媒は、低圧で効率よくはたらき、そし
て通常の商業的系の白金合金触媒に比べ非常に安価であ
る。それは白金のコストのほぼ10％でありかつ、低圧に
おいて、必要な酸化を優れた方法で触媒する。適当なコ
バルト酸化物触媒は、エン‐レン・コーポレーション
（En-Ren Corporation,256 McCullough Street,Cincinn
ati,Ohio）より供給される。

燃焼はスパークギャップ型アーク、例えばポータブル空
間ヒーター点火器により提供されるアークにより、ミキ
サー102へ供給される空気を予熱しないでさえ、好都合
に開始することができる。アンモニアが燃焼を開始しか
つ空気が予熱されるにつれて、燃焼効率は、最大の運転
効率に到達する点へ、急速に増加する。適当な点火器は
ウイーラース・フアーム・ストアース・インコーポレー
テツド（Wheelers Farm Stores,Inc.）からポータブル
空間ヒーターにおける使用のために販売されている。

窒素酸化物を窒素形成系34へ供給するために、窒素酸化
物供給系89の熱交換器114は導管116を経て窒素形成系34
と連絡する。系34は空気および気体を系42から後述する
方法で引く。

熱交換器系114は、次のものを受け取る：（１）系34か
ら導管117を経る冷却水、前記水は熱交換器系114を経て
抜き出され、系34へ戻される；および（２）反応器62か
らの窒素酸化物、熱交換器系114は窒素酸化物を冷却
し、導管116の入口へ供給し、一方系34により吸引され
た空気は熱交換器系114において予熱され、次いでミキ
サー102を経て吸引される。冷却された窒素酸化物およ
び熱交換器系114からの他の気体および反応器62からの
他の気体は、導管116を経て、肥料適用系34における窒
素酸化系へ供給される。

稀窒素肥料溶液を調製するため、系34はその主要部分と
して、第１段階の吸収器120、第２段階の吸収器122、槽
144、過された空気源111および１ミクロンより小さい
粒子のスクラバー128を含む。前記槽144は、稀硝酸など
と反応させて作物へ適用するそれ以上の溶質を形成する
ために使用できる。カリウムイオンのような他の有用な
肥料のイオンを含む溶液を含有する。

第１段階の吸収器120は、窒素酸化物、空気および水を
受け取り、そして第２段階の吸収器122と協働して、潅
漑系へ適用するための、稀硝酸および硝酸アンモニウム
のコントロールされた溶液を調製する。槽144中の化合
物からのイオンをこの溶液に加えることもできる。ま
た、第１段階の吸収器120は、後述するストリツパー‐
酸化器区画を含む。

空気および窒素酸化物を第１段階の吸収器120の気‐液
接触ゾーンへ供給するために、導管116は反応器62から
の窒素酸化物および入口およびフイルター111からの空
気を吸収器120の酸化空間へ送り、それらは引続いて液
体接触ゾーンへ行く。導管112から加熱された空気は第
１段階の吸収器120内のストリツパー‐酸化器（第２図
に示されていない）へ供給され、そしてその出口気体も
液体接触ゾーンへ供給される。過された空気の入口11
1は、気相中の一酸化窒素の酸化のため、酸化空気を導
管116を経て第１段階の吸収器120へ供給する。これらの
気体はコントロールされた量を第１段階の吸収器120へ
供給される。

また、第１段階の吸収器120は、また、次のものと連絡
する：（１）記載する順序で水を受け取るため、潅漑溜
め36と導管129、圧力調整器130およびフイルターオリフ
イス132を経て；および（２）液面をコントロールされ
たポンプ134と、このポンプは第１段階の吸収器120から
酸性硫アンモニウムを抜き出して系を経る液体の流れを
釣り合わせる。ポンプ134による硝酸および硝酸アンモ
ニウム溶液の除去により生ずる吸引は、液圧がブロワー
118により生ずる気体の吸引を中和するのを防止する。

窒素酸化物から得られた使用可能な硝酸アンモニウムの
収率を、必要に応じて増大するために、アンモニアの含
量は第１段階の吸収器120のストリツパー‐酸化器区画
の流体の生産物を中和することにより上昇される。スト
リツパー‐酸化器区画の液体の生産物は、次の要素を直
列に経て無水アンモニア槽44と連絡する：（１）無水ア
ンモニア槽44の出口；（２）導管94;（３）ソレノイド
弁98;（４）導管；（５）調整可能な出口弁146をもつ２
段階の圧力調整器145;（６）流量系150;（７）弁138お
よび（８）ミキサー140。ミキサー140は、ある場合にお
いて、槽44から十分なアンモニアを受け取つて、第１段
階の吸収器120からの硝酸を中和する。

第２段階の吸収器122への第２入口は、（１）圧力調整
器126、フイルター124、流量系150、弁146、圧力調整器
145および弁98を経て無水アンモニア槽44へ接続され、
そして（２）調整器130および弁135を経て潅漑溜め36へ
接続される。弁135,126および146が開いているとき、水
はアンモニアと混合されて、これらの接続手続を経て第
２段階の吸収器122へ供給されるアンモニア化液体を形
成する。

このアンモニア化液体供給物は、水‐アンモニア混合物
であり、第２段階の吸収器122の充填物へ供給される。
また、第２段階の吸収器122は、第１段階の吸収器120か
ら気体を受け取り、これらの気体の気‐液接触装置にお
いてアンモニア化液体と結合されて、アンモニウムの亜
硝酸塩‐硝酸塩溶液およびミストを形成する。液体は第
２段階の吸収器120へ流れてもどり、ここでそれは酸化
されてストリツパー‐酸化器区画において硝酸アンモニ
ウムと窒素酸化物の気体を形成する。酸化を達成するた
めに、ストリツパー‐酸化器内の乱流作用を必要とす
る。スクラバー128は液体をさらに除去し、それを第２
段階の吸収器122へ戻す。

こうして、第１段階の吸収器120は、アンモニアのバー
ナーから窒素酸化物を、吸収器120のストリツパー‐酸
化器区画（第２図に示されていない）から窒素酸化物
を、フイルター132から水を、および第２段階の吸収器1
22およびスクラバー128から液体を受け取つて、硝酸お
よび硝酸アンモニウムを形成し、そしてアンモニア、水
および吸収器120の出口気体を受け取る第２段階の吸収
器122と協働する。他の有用は肥料物質、例えばカリウ
ムイオンまたはリン酸塩を含有する槽144を使用して、
硝酸または酸性硝酸アンモニウムなどと反応させて、作
物へ適用するためのそれ以上の溶質を形成することがで
きる。

肥料溶液中のアンモニウムイオンの量を増加するため、
或いは他のイオン例えばカリウムイオンを加えるため、
３つの口の２位置弁138は、次の口を有する：（１）他
の溶液例えばカリウム化合物の溶液を受け取るために槽
144へ接続された１つの入口；（２）アンモニアへ受け
取るために流量計150の出口へ接続された他の入口；お
よび第１段階の吸収器120の出口と潅漑系38との間の導
管内のミキサー‐吸収器140へ接続された出口。

弁138は、（１）槽144およびアンモニア源を分離し、こ
れにより吸収器‐中和器140は第１段階の吸収器120から
潅漑系への肥料溶液の流れを何も加えない；（２）槽14
4を接続してカリウムのようなイオンを供給する；ある
いは（３）アンモニア源を槽144から流体の流れへ接続
することができる。第２ポンプ142を使用して、窒素肥
料適用系34から流体を潅漑系38中へ供給することができ
る。

ポンプ134および142は、潅漑溜め36および吸収器の間に
位置させるよりはむしろ、潅漑系38および吸収器の間に
位置させる。ポンプおよびブロワーは吸収器を経て気体
および水を引くので、気体および液体は吸収系から引か
れる。これは窒素酸化物が固体表面へ接着しかつ吸着器
内の液体フイルム内に存在する傾向を減少する傾向があ
り、こうして窒素酸化物を強制的に水と反応させるか或
いは互いに反応させて、後述するような方法で、収率を
増加することにより、硝酸および硝酸アンモニウムの収
率を増加すると、信じられる。この負の圧力は、また、
毒性ガスの漏れおよび爆発の危険を減少する。

吸収器‐中和器140および粒体スクラバー128は普通のも
のであることができる。例えば、水を拡散器のそらせ板
などの上へ噴霧する水噴霧を含む吸収器を用いることが
でき、吸収器を通して流れる水中へアンモニアを注文す
る。弁およびポンプは普通のものであることができ、そ
して多くの代用物を使用できる。水をスクラバー128へ
弁133を経て供給する。弁133はスクラバー133を圧力調
整器130へ接続する。

この系を用いると、硝酸と硝酸アンモニウムの酸性混合
物は、ある作物へ適用する上部の肥料として使用すべき
潅漑系38中へ、直接送入することができる。別の方法に
おいて、この潅漑系中へ肥料として、異なる量のアンモ
ニウムイオンまたは他の陽イオン例えばカリウム化合物
を送入して、硝酸カリウム、高い比率の硝酸アンモニウ
ム、または残部または大きい部分の硝酸から他の窒素化
合物を形成することができる。

肥料溶液中の窒素の形は、この接合点において特別の作
物の要求に適合するように修正することができる。例え
ば、アンモニウムイオン：硝酸イオンの比を50:50とし
ようとする場合、中和をアンモニアを用いて実施する。
主として硝酸塩を望む場合、中和は実施することはでき
ない。上以外のアンモニウムイオン対硝酸イオンの比
は、使用しあるいは吸収器‐中和器140へ適用するアン
モニアの量を単に調整することにより得ることができ
る。

通常、硝酸およびアンモニア硝酸塩が最初の吸収器120
を去つた後、アンモニアまたは他の化合物を吸収器‐中
和器140へ加えない限り、アンモニアの量：硝酸イオン
は化学量的比よりも小さいであろう。この比は吸収器：
中和器140に加えるアンモニアの量に従つて変えること
ができる。

化学量的比よりも大きいアンモニウムイオン：硝酸イオ
ンの比は、所望比に等しい化学量論的量のアンモニウム
イオンを加えることによつて得ることができ、こうし
て、中和された溶液が得られる。中和された溶液が例え
ばpHメーターで検出された後、過剰量のアンモニアを所
望比に加えることができる。経済的限界は、溶液の蒸気
圧が大気へのアンモニア窒素の有意な損失を生ずる点に
おいて、或いは装置内の炭酸カルシウムの析出物が過度
になる点に到達する。硝酸窒素を大きい比率を含有する中和された溶液を得ようとするとき、カリ
ウムのような非窒素陽イオンを中和工程において使用で
きる。

一般に、肥料を製造しそして適用するこの系は、１日当
り300ポンド（136kg）〜3500ポンド（1588kg）の窒素を
酸化するとき使用するために最も適し、そして１日当り
700ポンド（318kg）〜1200ポンド（544.3kg）の窒素を
窒素酸化物に酸化しようとするとき、工学的設計が簡単
でありかつ経済的である。こうして、１時間当り12.5ポ
ンド（5.67kg）〜146ポンド（66.2kg）の窒素を酸化す
ることを意図するが、30ポンド（13.6kg）〜40ポンド
（18.1kg）の範囲は有効である。それは実験モデルのた
めに規模を縮小することができる。

好ましい実施態様において、窒素肥料適用系12は、集中
商業的窒素形成プラントよりも大きさが小さい。一般
に、それは潅漑接続実施態様において単一の畑へ適用さ
れる潅漑水の１エーカー‐インチにおいて30ポンド（1
3.6kg）〜50ポンド（22.7kg）の肥料の窒素を提供する
量の窒素肥料を製造するような大きさである。連続流の
基準で潅漑系へ移送されるときの溶液は、通常５％より
少ない窒素でありかつ４ガロン（15）より少ない化学
プロセス水であり、そして好ましい実施態様において８
ガロン／分（30／分）の熱交換水を使用する。他の実
施態様において、第１段階において使用するプロセス水
は１ガロン／分（3.8／分）〜12ガロン／分（45／
分）であり、そして第２段階において使用するプロセス
水は0.5ガロン／分／平方フィート（20.3／分/cm²）
〜0.03ガロン／分／平方フィート（1.22／分/cm²）断
面である。主要量の硝酸塩をこの系で作物に供給すると
き、化学プロセスの窒素濃度は通常約２％であるが、肥
料の窒素強度の広い変動を必要に応じて達成できる。

第２図の系は、農地上で潅漑作物栽培と共同して直接使
用するために、最もよく適合する。しかしながら、第２
図の系は、プロセス水の流速および熱交換系が他の局在
および農地の場合における使用に適合した系に容易に適
合させることができる。これは、低圧系において非圧力
窒素溶液を所在的につくるとき固有の利点を得ようと
し、そして引続く使用のため肥料の生産物を貯蔵しかつ
発生熱を有用な目的に使用しようとするとき、適用可能
である。

第３図には、第２図の実施態様32に類似するが、肥料貯
蔵系39、化学プロセス水源37、液‐液系の熱交換媒質7
4、および第２図の実施態様32の潅漑系の溜め36（第２
図）および潅漑38の代りに水および蒸発の余水路71を有
する、窒素肥料適用の実施態様32Aが示されている。第
３図の実施態様における無水アンモニア槽44、窒素肥料
製造系34および窒素酸化物製造系42は、第２図の実施態
様における同一部分に類似し、同じ方法で作動する。

プロセス供給物‐水の速度は、この実施態様において、
ほぼ６〜21％の窒素を含有する非圧力窒素溶液を提供す
るように調整される。得られる濃度は生成物の計画した
使用に依存し、そして運転流は生成物の使用者の意図に
従つて調整される。第３図の実施態様において、窒素溶
液は貯蔵系39に貯蔵され、後に使用され、そして多分ト
ラツクにより系32Aの付近の農地へ運搬される。貯蔵系3
9は、槽または池であることができる。

第２図および第３図の実施態様において、稀溶液を潅漑
系への適用に望みかつ移送コストは濃度の増大を必要と
しないので、窒素酸化物の液体肥料への転化に必要な量
よりも多い量の水を使用する。水の減少は濃度を増大さ
せ、そして第１段階の吸収器120からの酸性硝酸アンモ
ニウムは、第３図の実施態様において貯蔵を望むとき、
濃度が増大するまで、肥料貯蔵系39からポンプ252およ
び254を経て導管116中へ再循環することができる。溶液
は、再循環のコスト、腐蝕作用および塩析特性が貯蔵の
節約よりもまさるまで、濃縮して貯蔵空間を節約するこ
とができる。

潅漑溜めから水を抜き出す代りに、水は化学プロセス水
源37のような他の源から得ることができる。第３図の実
施態様において、それは第２図の実施態様におけるよう
にして導管129中へ抜き出すことができる。

肥料溶液を供給することに加えて、系32Aを使用して、
第１段階の吸収器120（第２図）または第２段階の吸収
器122（第２図）から熱交換コイル41を経てポンプ33に
より液体を循環させかつ72で媒質を加熱することによ
り、他の目的に熱を提供することができる。液体の冷却
は溜めとしての吸収器の効率を増加する。しかしながら
無水アンモニア槽44からの無水アンモニアは何れの冷却
コイル中で膨張させることもでき、こうして熱を吸収
し、系の効率を増加することができる。

熱交換器系114（第２図）へ適用する冷却水は、水およ
び蒸発余水路のような他の源から抜き出すことができ
る。この水は蒸発により、或いは熱交換器へ通して熱を
除去することにより、他の目的のために、冷却すること
ができる。

第４図において、窒素酸化物製造系42（第２図）および
反応器62を有する窒素肥料製造系34（第２図）のある主
要部分、熱交換器114（第２図）、第４図において114A
および114Bとして示す、第１段階の吸収器120および第
２段階の吸収器122の一部分の簡素化した斜視図が示さ
れている。

第１段階の吸収器120は、気体酸化区画の槽162、気液接
触区画160およびストリツパー‐酸化器区画槽161を含
む。反応器62は気液接触区画160へ熱交換器114Aおよび1
14Bを経て直列に接続されて、それへ酸化物を供給す
る。気液接触区画160は気体酸化区画槽162へ接続されて
そこから酸化物を受け取り、そしてストリツパー‐酸化
器区画槽161へ接続されせそこへ硝酸を供給しかつそこ
から窒素酸化物を受け取る。それはまた第２段階の吸収
器122へ接続されて、そこへ酸化物を供給する。第２段
階の吸収器122はストリツパー‐酸化器区画槽161へ接続
されて、それへ硝酸アンモニウムを供給する。

気体酸化区画槽162は、水平に配向した中央軸を有し、
ほぼ長さ12フイート、直径13フイート10インチの円筒形
槽である。それは上端において導管116を経て熱交換区
画144Bへ接続され、そして下端において導管163を経て
気液接触区画へかつ導管116を経てストリツパー‐酸化
物区間槽161へ接続されている。また、それは１端に接
続した導管180を含む再循環路、冷却区画182、ポプ18
4、および酸化物を再循環路において槽162の長さに沿つ
て送りかつそれを再循環の間区画182において冷却する
導管186を含む。冷却区画182は空気冷却器、水冷却器の
ような何れの型の冷却器であることもでき、或いはアン
モニア槽44（第２図）から導管94Aおよび94Bを受けるこ
とができ、アンモニア槽44内で膨張して酸化を無水アン
モニアの膨張から冷却する。

別の槽162は、コントロールされた温度および体積にお
いて、より高い酸化物を形成するような酸化体積を提供
することが示されているが、この槽は気液接触区画槽16
0と組み合わせることができ、かつ必要に応じてストリ
ツパー‐酸化物区画161を含有することができる。しか
しながら、冷却再循環路をもつ槽162は効率よく、そし
て所望の容量のためにコントロールされた比較的小さい
体積に維持することができる。

水蒸気が存在し、これは槽162へ供給される熱酸化物と
混合され、これらは熱交換器区画114Bおよび槽162また
はその再循環路内で凝縮するので、導管163および166は
槽162の底へ単一導管188を経て接続され、区画166はそ
こから下方に延び、こうして液体はストリツパー‐酸化
器区画槽161へ流入し、そして導管区画163はそこから上
方に延びて気体を受け取る。この配置を用いると、硝酸
を含む液体はストリツパー‐酸化器区画槽161へ流れ
る。また、それを直接抜き出して、他の実施態様におい
て肥料として使用することができる。

第４図の実施態様において、熱交換器114は２つの区画1
14Aおよび114Bであるが、単一の結合された区画である
ことができる。区画114Aは、また、気体を気体熱交換区
画へ供給し、空気を予熱してストリツパー‐酸化器区画
槽161および反応器62へ供給し、ならびに窒素酸化物を
反応器62から抜き出して水冷区画114Bへ供給する。

気体対気体の熱交換区画114Aは３本の直径６インチの垂
直管から形成され、各管は中心対中心が１フイートであ
り、端において接続されており、長さがほぼ３フイート
である。第１垂直区画は反応器‐気体予熱区画194を形
成し、第２区画はストリツパー‐酸化器空気予熱区画19
6を形成し、そして第３区画は気体対水熱交換器114Bへ
の接続手段の役目をする。

反応器‐空気予熱区画194は、第１および第２導管198お
よび212を含み、各々は２つのダイヤフラムまたは手動
で調整可能な弁214および218の異なる１つによりコント
ロールされる。各導管198および212は、一端において流
量計108（第２図）から空気源へ接続されかつ他端にお
いてミキサー102（第２図および第４図）へ接続され、
導管198は直接ミキサー102へ行き周囲温度の空気を提供
し、そして導管212は熱交換器114Aの第１垂直区画を通
過し、ここでそれを第１区画114Aが接続されている反応
器62からの気体により加熱される。

これらの接続を用いると、弁214を調整して多少の冷却
空気を導管198を経てミキサー102へ供給することができ
る。弁218を調整して多少の加熱空気を導管212を経てミ
キサー102を供給することができる。ミキサー102を入口
220からアンモニアガスを受け取り、入口220は流量計96
（第２図）へ接続されている。ミキサー102の出口は弁
によりコントロールされる導管を経て反応器62の燃焼区
画へ接続されている。

ストリツパー‐酸化器の空気予熱区画196は、空気入口2
22と第１および第２の導管224および230を含み、導管の
各々はそれぞれ手動で操作可能な弁232および234の異な
る１つによりコントロールされる。導管230は気体対気
体熱交換器114Aの第２脚を通過し、そして導管224は野
外を通過し、各々は一端において空気出口22へ接続し、
そして他端において弁234および232を越えて、ストリツ
パー‐酸化器槽161へその底付近で接続する導管175と連
絡する。

この配置を用いると、導管230内の予熱空気の量を弁234
により調整しかつ導管224を通る加熱されない空気の量
を弁232により調整して、ストリツパー‐酸化器区画161
へ導管175を経て入る空気の温度をコントロールするこ
とができる。

気体対水熱交換器区画114Bは、気体酸化器区画槽162の
上部へ入る導管116を取り巻く、長さほぼ10フイート（3
05cm）の外管を含む。閉じた管により形成された外殻は
一端へ水を供給するう導管117と連絡し、そして水は槽1
62中への気体の流れと反対方向に流れ、他端から外に出
ることができる。この水は、冷却の目的で使用されかつ
窒素肥料との混合のための水源として使用される冷却潅
漑水である。

熱交換器114Aおよび114Bの代りに、単一の熱交換器を使
用することができ、この熱交換器は反応器62への６イン
チ×６インチ（15.2cm×15.2cm）の接続手段を有し、次
いで２フイート（61cm）の流さの膨張区画は断面積が６
インチ×６インチ（15.2cm×15.2cm）の接続手段から酸
化槽162へ接続された１フイート（30cm）の長さの遷移
導管にかけて徐々に増加する。遷移導管は１フイート
（30cm）×２フイート（61cm）の断面を有する。この構
成は相変化を生ずる膨張により冷却し、こうして単一通
過の水の冷却の必要性を排除する。

気液接触区画槽160は、長さほぼ10フイート（305cm）の
垂直軸とほぼ1.5フイート（46cm）の直径を有する円筒
形鋼槽である。１つの実施態様において、それは普通の
プラスチツクのコツポ（Koch）屈物のような重点物を内
部に含み、そしてニツケル含有ステンレス鋼の充填材料
を使用し、これにより酸化窒素の二酸化窒素への接触酸
化を多少起こすことにより、特に利益を得ることができ
る。他の実施態様において、それは、その代りに、この
目的でふるいのトレーを含む。

槽162の上端は導管117とそれへの流れをコントロールす
る弁240を経て接続され、潅漑水の流れを受け取り、出
口管242は第２段階の吸収器122と連絡する。その下端に
おいて、槽160は導管163と連絡して、気体酸化区画槽16
2からおよびストリツパー槽161から窒素酸化物を受け取
り、そしてその底部において、それは導管167およびポ
ンプ150と直列に連絡してストリツパー‐酸化器区画槽1
61の上部へ接続して、ストリツパー‐酸化器区画槽161
へ硝酸を供給する。

この配置を用いると、窒素酸化物は上方に槽160を通し
て流れ、一方水は流下して酸化物を吸収し、硝酸を形成
し、この硝酸は導管238を通してポンプ150によりコント
ロールされた量で流れて、ストリツパー‐酸化器区画槽
161中へ入る。吸収されなかつた気体は、導管164を通つ
て第２段階の吸収器122へ流れる。

ストリツパー‐酸化器区画槽161は、ほぼ５フイート（1
52cm）の垂直軸およびほぼ２フイート（61cm）の直径を
有する、垂直に配向した円筒形ステンレス鋼槽である。
それはその上部において導管166へ接続されて、ストリ
ツパー‐酸化器からの出口気体を気体酸化器槽162から
の気体へ供給し、かつ窒素酸化物を、主として二酸化窒
素の形で導管163を経て、気液接触区画槽160へ供給す
る。

また、ストリツパー‐酸化器区画槽161は、（１）その
上部において気液接触槽160の底部へ、導管167およびポ
ンプ150を経て接続されて、槽160から硝酸を受け取り；
（２）その上部付近において、導管168およびポンプ151
を経て、第２段階の吸収器122の底部へ接続されて、ア
ンモニウムの亜硝酸塩‐硝酸塩溶液を受け取り；そして
（３）その底付近において、空気入口導管236へ接続さ
れて、コントロールされた温度の空気を受け取り、かつ
出口導管170へ接続されて、その導管を経て窒素肥料の
液体を、ポンプ134（第２図）を介して、潅漑系38にお
ける使用のため或いは貯蔵のために、供給する。

第２吸収器段階122は、吸収槽121およびミキサー244を
含む。ミキサー244は吸収器槽121へ接続されてそれへ水
酸化アンモニウムを供給し、そして吸収器槽161は第１
吸収器段階120のストリツパー‐酸化器区画槽161へ、槽
161の底と連絡する導管168およびポンプ151を経て、接
続される。

吸収器槽121は苑筒形の鋼製の垂直に配向した槽であ
り、長さほぼ６フイート（183cm）の中央の垂直軸およ
びほぼ４フイート（122cm）の直径を有する。それは、
（１）その底において、導管168へ接続されて、アンモ
ニウムの亜硝酸塩‐硝酸塩溶液を第１吸収器段階120の
ストリツパー‐酸化器区画槽161へポンプ150を経て供給
し；（２）その底付近において、導管164へ接続され
て、窒素酸化物の気体を気液接触区画160から受け取
り；（３）その底付近において、フイルター128の液体
生産物収集器と導管177を経て連絡し、導管177を経て、
気体流から洗浄された物質を受け取り、気体流はブロワ
ー118によりフイルター128から大気中へ抜き出され；
（４）その上部において、導管172を、経てフイルター1
28と連絡して、それへテールガスを供給し、そして
（５）その上部において、導管117へ接続されて、導管2
46を経て受け取られるアンモニアと第２段階の吸収器12
2内で混合すべき水を潅漑系から受け取る。

ミキサー244は、吸収器槽121の上部へ導管119を経て接
続され、導管117へ接続されて潅漑水を弁135（第２図）
を受け取り、そして導管246へ接続され、この導管246を
経て、吸収器槽121へ適用するための水酸化アンモニウ
ムを供給するために、フイルター124（第２図）から混
合用アンモニアを受け取る。

最後のフイルター段階128は、１ミクロンより小さい粒
子を除去するための市販されているフイルターの何れで
あつてもよい。気体はそれを通してブロワー118により
大気へ抜き出される。ブロワー118は負の圧力または僅
かの減圧を系全体に加えて、気体が大気へ逃げるのを防
止する。

バーナーは高さほぼ5.25フイート（160cm）および直径
ほぼ１フイート（30cm）の円筒管であり、有孔ステンレ
ス孔の気体分配器、例えばステンレス鋼のスクリーンが
12インチ下に存在し、触媒ホルダーが上部からほぼ2.5
フイート（76cm）のところに存在し、そして点火器が触
媒ホルダーよりも２インチ（5.08cm）上に存在する。そ
れは上部付近に入口を有し、そして底部付近に出口を有
する。

運転において、アンモニア酸化反応器62はアンモニアを
窒素化物に酸化し、そして生ずる窒素酸化物含有気体は
熱交換器114Aおよび114Bを通つて抜き出され、導管116
を経て第１段階の吸収器120の気体酸化区画槽162の上部
中へ入る。酸化窒素の一部分は、第１段階の吸収器120
の気体酸化区画162において二酸化窒素に酸化される。

次いで区画162からの気体は、導管163を経て気体接触区
画槽160へ行く。水は導管117を経て気液接触区画槽160
へ供給され、そして硝酸はこの区画において形成する。
この硝酸は導管167を経てポンプ150により、第１段階の
吸収器のストリツパー‐酸化器161へ移送される。

第１段階の吸収器120の気液接触区画槽160を出る気体
は、導管164を通つて第２段階の吸収器122中へ流入す
る。そこで気体は充填塔内でアンモニア化水と接触す
る。アンモニア化水は導管117を流れる水および導管119
からのアンモニアから形成される。窒素酸化物と水酸化
アンモニウムはアンモニウムの亜硝酸塩‐硝酸溶液を形
成し、この溶液は系の流れの中の窒素酸化物の気体の残
部を吸収する。

吸収器122において形成したアンモニウムの亜硝酸塩‐
硝酸塩溶液は、導管168を経てポンプ151により第１吸収
器段階120のストリツパー‐酸化器161へ移送される。そ
こでそれはストリツパー‐酸化器内で第１吸収器段階12
0からの硝酸と急速に混合される。この液体中の亜硝酸
アンモニウムは、ストリツパー‐酸化器内で維持された
条件下で、主として二酸化窒素である形成された窒素酸
化物気体と硝酸アンモニウムを形成する。

亜硝酸塩を硝酸塩に高い収率で酸化するために、pHをpH
2以下に維持し、そして激しく通気しかつ液体を混合す
ることが望ましい。好ましい実施態様において、pHは0.
2より小である。さらに、酸化およびかきまぜのために
導入される空気を加熱して、気体を溶液から最も効果的
にストリツピングすることが望ましい。運転に使用する
圧力に依存して、ポンプは導管167および168内の液体の
流れを促進するために必要であろう。正圧条件下では、
ポンプは不必要である。

ストリツパー‐酸化器161から出る窒素酸化物は、導管1
66を経て導管163へ移送され、次いで液体気体接触槽160
へ移送される。これらの酸化物は主として二酸化窒素で
あるので、硝酸はストリツパー‐酸化器から発生する気
体から効率よく形成される。ストリツパー‐酸化器から
出る液体は酸性硝酸アンモニウム非圧力窒素溶液であ
り、この溶液はそれ以上の処理にあるいは直接肥料とし
て使用できる。

この装置の能力の範囲内で窒素酸化物を窒素肥料に転化
した後、残る気体はブロワー118によりフイルター128中
に抜き出し、洗浄する。スクラバーからの液体は第２段
階の吸収器槽121へ再循環して戻す。

第５図には、気液接触区画槽160、ストリツパー‐酸化
器区画槽161および第２段階の吸収器槽120を有する、第
１段階の吸収器120および第２段階の吸収器122の一部分
の断面図が示されている。この図に示されているよう
に、気液接触区画槽160は、第２段階の吸収器槽122と導
管164を経て連絡しかつストリツパー‐酸化器区画槽161
と導管166および167を経て連絡する。ストリツパー‐酸
化器区画槽161は、第１段階の吸収器槽120と導管168を
経て連絡する。

気液接触区画槽160は、ステンレス鋼の隔室を形成する
円筒形壁248、第１ふるいトレー250、立下り管252、第
２ふるいトレー254および第２立下り管256を含む。導管
165は上部付近でかつふるいトレー250よりも上において
連絡して、水をふるいトレーを通して流しかつ立下り管
252を通してふるいトレーよりも上の位置に流下させ
る。

ふるいトレー254および一番下の隔室より下において、
導管166を気液接触区画槽160の内部と連絡して、窒素酸
化物の気体をこの隔室へ導管188から供給し、この導管1
88は液体からその点において分離されている。液体はス
トリツパー‐酸化器槽161へ導管166を経て流れる。気液
接触槽160へ供給される気体は、ふるいトレー254および
250を通して上方に流れ、ここで気体は水と接触し、硝
酸を生成し、この硝酸は気液接触区画槽160の底へ流下
する。吸収されなかつた気体は、導管164を経て第２段
階の吸収器槽121中へ行く。この槽の底から硝酸は導管1
67の入口に入り、この導管167は硝酸を低い重力のレベ
ルのストリツパー‐酸化器槽161へ導びく。

ふるいトレーの代りに、気液接触区画槽160は、水およ
び気体を緊密に接触させかつ混合して二酸化窒素をでき
るだけ接触させ、こうして硝酸を生成させる、適当な型
の充填物またはバブリングキヤツプまたは他の適当な配
置を含むことができる。それを酸化体積またはストリツ
パー‐酸化器槽161と組み合わせて、１または２以上の
単位にすることができる。同様に、重力に頼る代りに、
ポンプを使用して気体を導管166内の液体から分離し、
液体を導管166を通つて下方に流し、一方気体を導管164
を通して上方に流すことができる。

第２段階の吸収器槽121は、次の３つの水平に間隔を置
いた区画を有する、隔室を形成するステンレス鋼の壁25
8を含む：（１）充填材料の区画260;（２）下の配分管1
24を有する下の分配区画および（３）上の分配管123を
有する上の分配区画。

充填材料区画260はストリツパー槽121の中央部分に存在
し、そしてその上に導管119へ接続された上の分配器123
が存在し、導管119を通して水酸化アンモニウムがその
下の充填材料上に分配され、充填材料区画260より下に
下の分配管124が存在し、分配管124は導管164と連絡し
て窒素酸化物気体を流し、そして窒素酸化物気体は充填
材料区画260を通して上方に流れて水酸化アンモニウム
と接触する。

分配器123は管116の延長であり、その長さに沿つて複数
の間隔を置いて位置する開口を有し、それらの開口を通
して水酸化アンモニウムが流れる。同様に、分配器124
は導管164の延長であり、その上および下の表面に沿つ
て複数の間隔を置いて位置する開口を有し、これらの開
口は窒素酸化物を分配する。槽121の隔室の上部を通し
て１つの開口が存在し、この開口は管172を通してフイ
ルター128と連絡して連行された粒状物質を除去する。

分配器124より下において、導管168は槽121の内部と連
絡して、アンモニウムの亜硝酸塩‐硝酸塩溶液を下方に
ストリツパー‐酸化器区槽161中へ流れさせる。亜硝酸
アンモニウムおよび硝酸アンモニウムは、気体を上方に
流しかつ水酸化アンモニウムを充填材料区画260の表面
に接触させることにより形成される。

ストリツパー‐酸化器区画槽161は、ステンレス鋼製壁2
62、ストリツパー‐酸化器板171および立下り管173を含
む。導管166は気液接触区画槽160とストリツパー‐酸化
器槽161の壁の上部との間を通り、窒素酸化物をそれに
通して流す。

ストリツパー‐酸化器板171はストリツパー‐酸化器槽1
61の内部を２つの隔室に分離し、導管175および導管170
は第１隔室に入り、そして導管166は上の隔室に入るの
で、硝酸およびアンモニウムの亜硝酸塩‐硝酸塩溶液は
カツプ169内に入り、その中で混合し、次いでストリツ
パー‐酸化器板171を横切つて立下り管173の上部へ流
れ、立下り管173はストリツパー‐酸化器板171を通過し
て、酸性硝酸アンモニウム溶液を底の隔室へ流入させ、
そこからその液は導管170を経て出ることができる。導
管175を通過する加熱空気はストリツパー‐酸化器板171
の上の隔室内で乱流を起こすので、導管167および168を
通して、混合が行われる接合部169へ流れるアンモニウ
ムの亜硝酸塩‐硝酸塩および硝酸はさらに酸素および乱
流に暴露されて、硝酸アンモニウムおよび亜硝酸アンモ
ニウムを硝酸と急速に混合させて、分解が起こり得る前
に、アンモニウムの亜硝酸塩‐硝酸塩溶液のpHを直ちに
低下させかつ窒素酸化物気体の発生で亜硝酸アンモニウ
ムは硝酸アンモニウムに急速に酸化される。

気体酸化区画槽162（第４図）を出る気体は、導管166お
よび163を通過して気体接触装置160へ行く。この装置16
0はふるいトレー、バブルキヤツプまたは充填された塔
配置から成り、その上部において導管165から水を受け
取る。ふるいトレー装置を好ましい実施態様において使
用し、そして気体はこの装置の底部に入り、液体と向流
して流れる。充填された塔を使用するとき、流れは並流
であることができる。

機内混合物中の二酸化窒素の実質的にすべては、気液接
触区画槽において吸収され、水と反応して硝酸と酸化窒
素を形成する。吸収されない気体、ならびにこの段階に
おいて形成されたNOは、第２段階の吸収器122上へ行
く。このようにして形成される硝酸は多くの中間反応か
ら生じ、そしてこの反応に含まれる特定の工程に関して
広い不一致が存在するが、種々の提案された反応から生
ずる全体の化学量論は、２分子の硝酸および１分子の酸
化窒素を生ずる３分子の二酸化窒素および１分子の水の
化学量論に実質的に相当することがこの分野において一
般に認められている。

気液接触区画槽160を出る窒素酸化物は、主として酸化
窒素から構成されている。窒素酸化物の回収は高圧を使
用しないで、第１段階よりも異なる化学プロセスを利用
する１つのみの追加の吸収段階において実施される。

第２吸収段階122は、第１吸収段階と連絡し、かつ
（１）第１吸収段階の生成物を効果的に使用して、第２
吸収段階の生成物を更に酸化して硝酸アンモニウム溶液
を直接使用し、そして（２）このプロセスにおいて形成
された窒素酸化物を気液接触装置160を通して効率よく
再循環させて、ストリツパー‐酸化器161における亜硝
酸アンモニウムの酸化プロセスの出口気体からの硝酸の
形成を促進する。

詳しくは、気液接触区画槽160を出る、主として窒素酸
化物である、不活性気体および窒素酸化物は、導管164
および分配器124を経て第２段階の充填吸収器122へ行
く。吸収器槽121へ供給されて充填物をぬらす反応液体
はアンモニア化水であり、そして分配器123を経て供給
される。アンモニアの速度を調整して、吸収槽121内の
液体のpHをpH6.7以上、好ましくpH8.0〜pH8.4に保持す
る。

吸収器槽121の充填物は、気液接触において効率的であ
ることがこの分野において普通に知られている種々の材
料の何れであることもできる。好ましい実施態様におい
て、商標Koch Flexiringsで販売されている1.5インチ
（3.81cm）のプラスチツク環は効果的であることがわか
つた。

酸化物は液相および気相の両者中で連続的に急速に反応
して、アンモニウムの亜硝酸塩‐硝酸塩溶液を形成し、
これは吸収器槽121の底に集められる。吸収器槽121の底
に集められた高いpHの溶液は、導管168を経てストリツ
パー‐酸化器161の混合室169へ移送される。そこで、そ
れは気液接触槽160において生成される硝酸から主とし
て成る、導管167からの流れと一緒にされる。２種の液
体は混合室において急速に混合され、次いで混合室から
ストリツパー‐酸化器板171を横切つて流れ、そして生
ずる酸性硝酸アンモニウム生成物は立下り管173を経
て、ストリツパー‐酸化器161の底または液体収集ゾー
ンへ移送される。酸性硝酸アンモニウム溶液は、肥料と
して直接使用されるか、あるいは更に処理されて他の所
望の肥料生成物につくられる。

吸収器122からのアンモニウムの亜硝酸塩‐硝酸塩溶液
の流れは、ストリツパー‐酸化器区画槽161内で気液接
触区画槽160からの硝酸の流れと非常に急速に混合され
なくてはならず、そして生ずる溶液のpHはpH2.0以下に
維持されなくてはならず、pHはpH0.2以下に維持される
場合最良である。

pHを２種の液体の混合時に急速に低下させること、およ
び亜硝酸アンモニウムを窒素と水へ分解するイオン反応
が起こる点より下にpHを維持することは望ましい。試験
によると、この反応はpH2以下および6.7以上において最
小に起こること、そしてそれはそれらより低いpHおよび
高いpHの両者において更に最小となることが示された。
こうして、アンモニウムイオンおよび亜硝酸イオンの気
体窒素としての損失はpHのコントロールにより実質的に
回避することができる。

空気は熱交換器196の導管230内で予熱された後、ストリ
ツパー‐酸化器区画槽161へ導管175を経て供給される。
適切なストリッピング使用を得るために空気を加熱する
ことが望ましく、そして250゜Ｆ（121℃）〜300゜Ｆ（1
49℃）の温度は特に有効であることがわかつた。ストリ
ツパーのトレー171および混合キヤツプ169は有孔であつ
て、加熱空気供給を適切に分配する。あるいは、必要に
応じて、空気供給物は適当な導管を経て大気から直接取
ることができる。

ストリツパー‐酸化器区画槽161内で起こる化学は複雑
であるが、起こる主な２つの反応は次の通りであると信
じられる：（１）１分子の亜硝酸アンモニウムが２分子
の硝酸と反応して、１分子の亜硝酸アンモニウム、２分
子の二酸化窒素および１分子の水を生成する反応；およ
び（２）２分子の亜硝酸アンモニウムが分子の気体の酸
と反応して２分子の硝酸アンモニウムを生成する反応。
これらの反応は主要反応であると信じられる。なぜなら
生ずる液体生成物は実質的に酸性亜硝酸アンモニウム溶
液であり、そして導管166を経てストリツパー‐酸化器
区画槽161を出る主要な窒素酸化物は二酸化窒素である
からである。

２つの他の反応がある程度起こると思われ、これらの反
応は次の通りである：（１）２分子の亜硝酸が酸素と反
応して２分子の硝酸を生成する反応；および（２）３分
子の亜硝酸の１分子の硝酸、２分子の酸化窒素および１
分子の水への可逆的分解。しかしながら、重要事項は、
次の通りである。すなわち、性質がイオン性である、気
体の窒素および水を形成する亜硝酸アンモニウムの反応
はpHのコントロールにより回避され、こうしてこの反応
に含まれるイオン種のイオン化は防止され、これにより
窒素酸化物の硝酸アンモニウム溶液への効率よい転化が
達成される。急速に形成される亜硝酸アンモニウムはビ
ヒクルとして使用されて酸化物の吸収を促進すると同時
に、pHコントロールにより気体窒素へのその分解は回避
される。

テールガス流から１ミクロンより小さい亜硝酸アンモニ
ウムおよび硝酸アンモニウムの粒子を除去するために、
吸収器槽121の上部から出る気体は導管172を経て最終の
フイルター段階128に通される。

第６図には、上部の気体分配区画201および底部区画203
を有する反応器62の側面図が示されている。底部区画20
3は、フランジ付き円筒形本本209、窒素酸化物の導管15
8の接続区画211、および219にフランジをもつ触媒ホル
ダー213を含む。上部区画201は、フランジ付き上部の円
筒形外側ハウジング215、分配器217、および底部区画の
フランジに接続して219における底フランジを含む。上
部および底部の区画215および209は互いに210で係合す
るフランジおよび整合したそれらの縦軸で接触して単一
の単位を形成し、それらの内部は連絡している。

触媒は触媒ホルダー213と適合し、そして上部および底
部の区画201および203の間に交換容易に所定位置に保持
される。底部区画203のための出口区画211は、２つの区
画が互いに連絡するように、フランジにより導管158へ
接続されている。予熱導管212は導管158を通過し、そし
て上部区画201および弁218および214と連絡して、弁218
を通過する空気の量を加熱されないバイパスに対して制
限し、こうして空気は加熱された後、アンモニアと混合
され、そして反応器62の主要ハウジングをを通して動
く。上部区画201に220において入るアンモニアは、予熱
空気と102において混合される。

第７図には、反応器62の断面図が示されている。この図
には、触媒229より上に取付けられたアーク型点火器227
が示されており、これは１つの実施態様において、209
および215のフランジの間にはさまれかつ触媒ホルダー2
13上に静置された白金ガーゼである。適当な白金合金触
媒ガーセは、イングリハンド、インダストリーズ（Engl
ehand Industries,Carterat,New Jersey）により販売さ
れている。他の実施態様において、触媒は触媒ホルダー
213中に保持されたコバルト酸化物のペレツトであり、
触媒ホルダー213は反転されてバスケツトとなる。コバ
ルト酸化物触媒の１つの適当な型は、エン‐レン・イン
コーポレーテツド（En-Ren,Inc.,Cincinnati,Ohio.）か
ら販売されている。

アーク型点火器は、ガスヒーターのための普通の点火器
であり、触媒からぼぼ２インチところに取付けられてお
り、かつほぼ0.060スパークギヤツプおよび1.25インチ
（3.18cm）の電極を有する。ハウジング内の点火器227
より上に有孔板の気体分敗器217が存在し、これは加熱
された気体を触媒の上にかつ接続区画211を経て熱交換
器158へ均一に流し、かつ入る空気を加熱する。これは
ほぼ65KV/インチの電圧勾配のために、スパークギヤツ
プを横切つて4KVの電位を提供する。

電位勾配は、アンモニア空気混合物を分解し且つそれを
点火するために十分な値に増大される。好ましい実施態
様において、4KVのAC電位を生成し、そして220において
加えられるアンモニアは、それが発火するまで、ゆつく
り増加される。この時点における濃度は、燃焼するアン
モニアをアークライター227から229における触媒へ流す
ために十分でなくてはならない。

一般に、アンモニアの濃度および電位勾配は、アンモニ
アが周囲温度において発火するが、実質的に大気圧にお
いて反応器68を爆発させないように十分に低いように、
選択される。アンモニアおよび空気の濃度、気体の流速
およびアーク点火器227と229における触媒との間の間隔
は、火炎が229における触媒へ運ばれて反応を支持する
ように、選択される。こうして、アンモニアの濃度は、
点火器と触媒との間隔、アークの電位勾配、気体の流速
および周囲温度とともに変化し、そして実験的に決定で
きる。間隔および電位勾配は−10゜Ｆ（−23℃）から10
0゜Ｆ（43.3℃）までの温度範囲を包含して、点火器へ
の電位を変えないで異なる温度における点火のための濃
度の調整、スパークギヤツプの調整または触媒‐点火器
の間隔の調整を容易に可能とすべきである。

運転において、加熱された空気は上部区画201へ導管102
を経て入る。アンモニアは、アンモニア供給物と連絡す
る開口220において上部区画に入る。空気とアンモニア
との混合物が触媒229に到達するとき、それは燃焼して
窒素酸化物を形成し、窒素酸化物は下部区画203および
接続区画211を通して流れ続け、そこから熱交換器へ流
れる。

点火器227のギヤツプにおける火花はアンモニア‐空気
の火炎を発生させ、この火炎は触媒し、反応を触媒点で
開始させ、そして触媒は直ちに覆われる。これは予熱せ
ずに達成され、そして反応は30秒以内で自己支持性であ
る。燃焼からの加熱された気体は入る空気およびアンモ
ニアを一旦加熱すると、燃焼は自己支持性であるばかり
でなく、５分以内で高温において最大の転化効率に到達
する。アンモニアは、圧力および触媒に依存して、1,00
0゜Ｆ（538℃）〜2,000゜Ｆ（1093℃）の範囲内の温度
において酸化される。

第８図において、反応器の上部区画内に取付けられたア
ーク型点火器227および触媒229の部分断面図が示されて
いる。点火器は普通の気体ヒーターのスパーク点火器22
7であることができ、壁215中にねじ込まれており、そし
てターミナル241、セラミツク絶縁体243、ケーシング24
5、金属リング247、第１電極249および第２電極251を有
する。

ターミナル241は点火器の中心を通つて第１電極249へ電
気的に接続されており、そして第２電極251は壁215にお
いて接地された銅リングへ接続されている。結局、ター
ミナル241へ印加された高い電位は火花を発生させ、こ
の火花はアンモニア‐空気混合物を点火し、火炎を触媒
229へ広がらせる。触媒229は、好ましい実施態様におい
て、スパークギヤツプからほぼ２インチであるが、気体
の濃度、流連および温度に依存して、上より接近させた
り、或いは遠ざけることができる。それは触媒を汚染す
るほど近付けてはならず、また触媒のところでアンモニ
アが発火する前に、火炎が消えるほど遠くに存在しては
ならない。

触媒229は白金に基づくガーゼまたはコバルト酸化物に
基づく触媒ペレツトであることができ、そして第６図お
よび第７図に示すように、ガーゼは触媒ホルダー213上
に支持されかつコバルト酸化物のペレツトは針金バスケ
ツト内に保持される。

好ましい実施態様の実施において、アンモニアは反応式
１〜４で示すように一系列にの反応で液体窒素肥料に転
化される。これらの反応はある場合において幾つかの中
間反応の要約として受け入れられ、そして分子間の化学
量論的関係を提供する。例えば、反応式 1. 4NH₃＋5O₂→4NO＋6H₂O 反応式 2. 2NO＋O₂←2NO₂←N₂O₄ 反応式 3. 3NO₂＋H₂O←2HNO₃＋NO 反応式 4. 2NO₂or（N₂O₄）＋H₂OHNO₃＋HNO₂ 反応式 5. NO＋NO₂N₂O₃ 反応式 6. N₂O₃または（NO＋NO₂）＋H₂O2HNO₂ 反応式 7. N₂O₃＋2NH₄OH2NH₄NO₂＋H₂O 反応式 8. 2NO₂＋2NH₄OHNH₄NO₂＋NH₄NO₃＋H₂O 反応式 9. Ｎ▲Ｈ^＋ _４▼＋Ｎ▲Ｏ⁻ _２▼→N₂＋2H₂O 反応式 10. 2NHO₂＋O₂2NHO₃ 反応式 11. 3HNO₂NHO₃＋2NO＋H₂O 反応式 12. NH₄NO₂＋2HNO₃→NH₄NO₃＋2NO₂＋H₂O 反応式 13. 2NH₄NO₂＋O₂→2NH₄NO₃ 反応式 14. NH₃＋H₂ONH₄OH 反応式2,5,6,7および８は吸収器122内の窒素酸化物の吸
収の間起こる最も有意な反応であると信じられ、そして
反応７は液相および気相において起こる主要反応である
と信じられる。反応２および５は気相における主要反応
であると信じられる。

実施において、酸化窒素は、反応式１の反応に示すよう
に、触媒を用いてアンモニアを燃焼させることにより得
られる。アンモニア‐空気混合物は、気体を予熱せず
に、気体ヒーター点火器により提供されるような小型ア
ークにより点火される。バーナーにおいて形成された酸
化窒素は冷却され、酸化空気と混合され、そして反応式
２の反応に示すように酸化窒素の主要部分を二酸化窒素
に酸化できるように十分に大きい酸化体積を通して移送
される。

空気‐アンモニア混合物の点火器による点火および通常
より多いアンモニアを含むアンモニアおよび空気を用い
ると、冷たい気体を用いてさえ、直ちに燃焼反応を起こ
し、これにより触媒上の反応式１の反応を開始する。次
いで点火器のスイツチを切り、気体が触媒に到達する前
に、予備点火を防止する。これは予熱せずに達成され、
そして反応は30秒以内で自己支持性である。一旦燃焼か
らの加熱された気体が入る空気およびアンモニアを加熱
すると、燃焼は自己支持性であるばかりでなく、また高
い温度において５分以内に最大の転化効率に到達する。

定常状態の燃焼条件のもとで、空気およびアンモニアは
ミキサー102中へ口220および221からフイルター104へ引
かれ、そしてミキサー102から空気予熱交換管212中へ導
管158を経て引かれる。予熱交換管212は、熱交換器158
の１つの脚を通しかつミキサー102へ変わる管である。
気体は導管102、上のバーナー室201および気体分配器21
7を通過するとき、混合され、かつ均一に分配される。
予熱されかつ混合された気体は、触媒ホルダー213によ
り支持された触媒を通過する。

アンモニアの酸素による燃焼は、反応式１の反応におい
て示されるように、酸化窒素および水を発生する。燃焼
性生物が冷却されるにつれて、酸化窒素は、反応式２の
反応に示すように、酸素と反応して二酸化窒素を生成す
る。これらの気体は、前述のように、熱交換器158を通
して流れて入る空気およびアンモニアを加熱し、後に熱
交換器を通して流れる。

反応が起こるにつれて、このプロセスのために入る空気
は熱交換器158内で予熱され、そして空気対アンモニア
の比はこのプロセスの定常実施に望ましくかつアンモニ
アの酸化窒素および水への酸化に有利な値に調整する。
この比は、この分野においてよく知られているように、
使用する触媒および入る気体の予熱の程度に依存する。
例えば、コバルト触媒には白金触媒よりも低い反応温度
が必要であり、そしてこれは主として燃焼すべき気体混
合物中のアンモニア対空気の比を調整しかつ予熱器190
を通過する入る空気の部分を予熱器のバイパス191に対
して調整して予熱を調整することにより、達成される。

アンモニアは主として反応式１の反応に従い酸化され、
そして形成した気体は転化器の底部区画209を経て空気
気体熱交換器158の入口211へ移送される。バーナーの出
口気体からの熱は、空気予熱交換器管212（第６図）の
まわりの熱交換器158を経て取られる。更に、熱は熱交
換器158から消散されるか、あるいは必要に応じて使用
のため捕捉される。気体は熱交換器158をほぼ500゜Ｆ
（260℃）で去り、そして水気体熱交換器114（第２図お
よび第４図）を通過し、ここで気体は急速に80゜Ｆ（27
℃）〜90゜Ｆ（32℃）に冷却される。熱交換器114にお
いて、反応式１の反応において形成した水は実質的に凝
縮され、ストリツパー‐酸化器区画槽161（第４図およ
び第５図）中へ排出される。

アンモニア酸化器を出る気体は第１吸収段階へ移性さ
れ、そこで水と接触して、反応式３の反応で要約され
る、この分野において通常認められている反応の組み合
わせにより、硝酸を形成する。二酸化窒素と水から形成
した硝酸溶液は、気体水接触ゾーンの底において集めら
れ、第１吸収段階のストリツパー‐酸化器へ連続的に移
送される。第１吸収段階の水気体接触ゾーンにおいて吸
収されなかつた気体および反応式３の反応において生成
された酸化窒素は、第２吸収段階へ行く。硝酸の一部分
を直接取り出し、使用し、そして残部をストリツパー‐
酸化器区画へ通すことができる。

これらの気体は空気と混合されて、反応式２に示すよう
に、気体酸化区画槽162の酸化室内における、気体混合
物中の酸化窒素の二酸化窒素への酸化を促進する。反応
式２で示される反応は、遅い反応であり、発熱性であ
り、そして負の温度係数を有するので、反応から発生し
た熱はこの反応を遅くする。この反応は、冷却により、
例えば気体酸化区画槽162内のコイル中の無水アンモニ
アの膨張による冷却により増大させることができる。

気体混合物中の二酸化窒素の濃度が増大しかつ一酸化窒
素の濃度が減少するにつれて、この反応は極めて遅く進
行する。従つて、選択された実施条件（大きさおよび冷
却）のもとで比較的急速に二酸化窒素へ転化する酸化窒
素の部分を、気体酸化区画槽162において、十分に二酸
化窒素を形成する最小要求量で反応させ、これにより二
酸化窒素対酸化窒素の比が気体酸化区画槽162およびス
トリツパー‐酸化器区画槽161を出る結合した気体中に
おいて１より大きくなるようにする。気液触媒区画槽16
0に入る気体が気液接触区画槽160内で反応するとき、反
応式３で示される反応が反応式６で示される反応よりも
優勢であるようにするためには、上の比の限定が必要で
ある。

反応式３に示される反応の化学には、二酸化窒素対酸化
窒素の高い比が有利である。この高い比は気液接触区画
160に入る気体において維持され、後にストリツパー‐
酸化器区画槽161へ移送される硝酸を供給し、吸収器122
内で形成されかつそこから移送される亜硝酸アンモニウ
ムを硝酸アンモニウムへの転化のための酸化媒質として
使用される。好ましいい実施態様において、気体酸化区
画槽162へ入る気体混合物中の酸化窒素のほぼ75％は二
酸化窒素に転化される。

反応式２および３の反応を実施するために高い圧力およ
び連続段階は、不必要である。なぜなら、酸化窒素の二
酸化窒素への転化は高圧を使用しないで高い酸素濃度に
おいて比較的容易であり、そして気液接触区画槽160を
出る残りの酸化物は吸収器121において大気圧または大
気圧より低い圧力において物理的および化学的プロセス
および装置の組み合わせにより吸収されるからである。
しかしながら、高圧を転化器において用いることがで
き、かつ満足すべき方法で有効に用いることできる。

気体酸化区画槽162を出る気体は導管163を通過して気液
接触区画槽160へ行き、この槽160はふるいトレー、バル
ブキヤツプまたは充填された塔の配置から成り、この装
置の上部において導管165（第４図）から水を受け取
る。ふるい装置を好ましい実施態様において使用し、そ
して気体は装置の底に入り、液体と向流で流れる。充填
された塔を用いるとき、流れは並流であることができ
る。

気体を混合物中の二酸化窒素の実質的にすべては吸収さ
れ、そして反応式３の反応に従い気液接触区画槽160内
で水と反応して硝酸と酸化窒素を形成する。吸収されな
い気体、ならびにこの段階において形成された酸化窒素
は、第２段階の吸収器122へ行く。一般に、この方法に
おいて生成した硝酸は反応式３の全体の反応から生成す
ることは、この分野において認められている。多くの中
間反応が提案されており、そして反応式３の反応に含ま
れる特定の工程に関して広い不一致が存在するが、種々
の提案された反応から生ずる全体の化学量論は反応式３
の反応のそれに実質的に相当することにおいて一致して
いる。

第２吸収段階の充填の形状寸法、充填体積、充填表面
積、自由空間、液体の流速、液体の特性、気体速度およ
び気体特性は、気体流から窒素酸化物の急速かつ効率よ
り除去を得るように配置され、この系において定常状態
の非平衡の熱力学的化学的状態を維持することにより主
として促進される。第２段階の充填された塔の液体はア
ンモニア化された水である。この液体は、第２段階の液
体をpH6.7〜8.5に維持すると同時に充填物を完全にぬら
すように、アンモニア化されかつ充填物上に分配され
る。

第１段階から第２段階へ入る窒素酸化物は、二酸化窒素
よりもむしろ主として酸化窒素の形である。第２段階へ
入る窒素酸化物中の主要比率の一酸化窒素、適切な充填
された塔の形状寸法、適当な物質束およびアンモニア化
による液体における高いpHを維持することにより、反応
式2,5および７の反応は第２段階において促進される。
酸化窒素対二酸化窒素の比は、この段階において１より
大きいレベルに維持する。

反応式２の反応は、遅い反応および高い圧力がその反応
を実際的方法で本質的に完結するまで実施するために必
要であると通常考えられるとして、通常特徴付けられる
が、酸化窒素対二酸化窒素のモル比が大きい場合、その
反応はこの系の第２段階の吸収プロセスにおいて比較的
急速である。第２段階の気相において、二酸化窒素が形
成されるとき、それは非常に急速な反応である反応式５
の反応において三酸化二窒素の形成に使用される。

三酸化二窒素は充填物不含空間において形成されると
き、それはぬれた充填表面へ密接する。これは、気体が
充填物を通して動くとき、ぬれた表面との接触を促進す
るので、三酸化二窒素は、同様に速い反応である、反応
式７の反応において亜硝酸アンモニウムの形成により気
相から急速に除去される。こうして、窒素酸化物は気相
から急速かつ容易に除去され、ここで通常の商業的プロ
セスにおいて必要である高圧を使用して、反応式２およ
び３の反応を実施することを必要としない。

詳しくは、気液接触区画槽160を出る、不活性気体と主
として酸化窒素である窒素酸化物は、導管164および分
配器124を経て第２段階の充填吸収器122へ行く。吸収器
122へ供給されて充填物をぬらす反応液は、アンモニア
化水であり、そして分配器123を経て供給される。吸収
器122内の液体のpHを6.7以上、好ましくはpH8.0〜pH8.4
に保持するように、アンモニア速度を調整する。

吸収器122の充填物は、気液接触において効率的である
ことがこの分野において普通に知られている種々の材料
の何れであることもできる。好ましい実施態様におい
て、1.5インチ（3.8cm）のコツホ・フレキシリング（Ko
ch Flexiring）は効果的であることがわかつた。ある実
施態様において、水酸化カリウムまたは他の陽イオンの
塩基を水酸化アンモニウムの一部分または全ての代りに
使用できる。水酸化アンモニウムを反応液体として全く
使用しない場合、pHの要件は一般に緩和されるであろ
う。

気体が吸収器122へ入るとき、窒素酸化物は主として酸
化窒素の形である。ある数の反応が吸収器122内で起こ
ることを推測できるが、最も起こり易い反応は反応式２
〜13で表わされる。

吸収器122における窒素酸化物の吸収はこれらの反応の
いくつかの組み合わせの結果であり、そして最も有意な
反応は反応式2,5,6,7および８の反応であると信じら
れ、反応７は液相および蒸気相において起こる主要反応
であり、そして反応２および５は気相における主要反応
である。酸化物は液相および気相の両者において連続的
に急速に反応して、アンモニアの亜硝酸塩‐硝酸塩溶液
を形成し、この溶液は吸収器122の底に集められる。

反応式９の反応は、正のアンモニウムイオンが負の亜硝
酸イオンと結合して、気体の窒素と水を形成するイオン
反応である。第２段階の液体のpHをpH6.7以上、好まし
くは約8.4に維持し、こうしてイオンの形成を最小とす
ることにより、性質がイオン性である反応９の可能性は
本質的に排除される。こうして、第２段階の充填の形状
寸法、充填の体積、自由空間、液体の流速および気体の
速度は、第２段階の気相中の反応式５の反応による三酸
化二窒素の形成を促進し、更に形成した三酸化二窒素を
第２段階の蒸気およびぬれた充填物の表面と直ちに接触
させ、液相および気相において反応式７の反応において
亜硝酸アンモニウムを急速にかつ連続的に形成させるよ
うに、配置されかつ組み合わされる。多少の硝酸アンモ
ニウムならびに亜硝酸アンモニウムは第２段階における
液体中に存在するので、反応式3,4,8および13の反応の
いくつかの組み合わせは第２段階において感知しうる程
度に起こるが、それらの反応が起こる程度は反応2,5お
よび７が起こる程度に比べて小さい。結局、第２吸収器
段階から流出する液体はアンモニア性アンモニウムの亜
硝酸塩‐硝酸塩溶液である。

第２段階の充填物を流過する気体の直線速度は標準の充
填された塔の設計についてのよりも低い速度において最
も効果的である（12倍まで遅い）ことが発見されそし
て、同様に、充填物の断面の単位当り極めて遅い液体流
速（17倍まで遅い）は、次ぎの刊行物に記載されている
標準の充填塔の推奨物を用いて得られた結果よりも有効
であることがわかつた:Chemical Engineering Handboo
k,McGrow Hill,1973,Nuw York,N.Y.刊、18 30ページ。
速度は0.5ガロ／平方フィート（20.3/cm²）〜0.03ガ
ロン／平方フイート（1.22/cm²）槽断面／分、好まし
くは約0.3ガロン／平方フイート（1.1／分）のアンモ
ニア化水である。これは段階２吸収プロセスにおける主
要因子であるので、単一質量移送よりも化学反応性の重
量性を強調する。

第２段階の吸収器122の底に集められる高いpHの溶液
は、導管168を経てストリツパー‐酸化器161の混合室16
9へ移送される。そこで、それは導管167からの流れと組
み合わされる。この流れは、気液接触区画槽160におい
て生成される。主として硝酸である。２種の液体は混合
室内で急速に混合され、次いで混合室からストリツパー
‐酸化器板171を横切つて流れ、そして得られる酸性硫
酸アンモニウム生成物は立下り管173を経て、ストリツ
パー‐酸化器161の底または液体収集ゾーンへ移送され
る。この酸性硝酸アンモニウム溶液は、肥料として直接
使用されるか、或いは更に処理されて他の所望の肥料生
成物をつくる。

第２段階の吸収器122からのアンモニアの亜硝酸‐硝酸
塩の流れは、ストリツパー‐酸化器区画槽161内で、気
液接触区画槽160からの硝酸と非常に急速に混合されな
くてはならず、そして生ずる溶液のpHはpH2.0以下に維
持しなくてはならず、そしてそれはpH0.2以下に維持さ
れる場合最良である。２種の液体を混合するときpHの急
速な低下を促進すること、およびそれが反応式９のイオ
ン反応が起こる点より低く維持することが必要である。
試験によると、反応式９の反応は2.0以下および6.7以上
のpHにおいて最小に起こること、およびそれはより低い
pHおよびより高いpHの両者において更に最小となること
が示された。

空気は熱交換器196の導管230内で予熱された後、ストリ
ツパー‐酸化器区画槽161へ導管175を経つ供給する。空
気は加熱して適切なストリツピング作用を得ることは望
ましく、そして250゜Ｆ（121℃）〜300゜Ｆ（149℃）の
温度は特に有効であることがわかつた。ストリツパート
レー171および混合キヤツプ169は、加熱された空気供給
物を適切に分配するように、有効である。或いは、必要
に応じて混合物キヤツプの空気供給物は適当な導管を経
て大気から直接取ることができる。

ストリツパー‐酸化器区画槽161内で起こる化学は非常
に複雑であるが、反応式12および13の反応は起こる主要
な反応であると信じられる。なぜらな、生ずる液体生成
物は実質的に酸性の硝酸アモニウム溶液であり、そして
ストリツパー‐酸化器区画槽161を導管166を経て出る主
な窒素酸化物は二酸化窒素であるからである。

反応式10および11の反応もある程度起こるように思われ
る。しかしながら、重要な事項は、性質がイオン性であ
る反応式９の反応が、pHをコントロールし、こうして反
応式９の反応に含まれるイオン種のイオン化をコントロ
ールすることにより、回避され、これによつて窒素酸化
物が硝酸アンモニウム溶液へ効率よく転化されるという
ことである。急速に形成される亜硝酸アンモニウムをビ
ヒクルとして使用して酸化物の吸収を促進し、同時にpH
コントロールにより気体窒素へのその分解を回避する。
この分解は先行技術において頻繁に生じた。

第２吸収段階からのアンモニウムの亜硝酸塩‐硝酸塩の
液体は、集められ、急速に混合されながら第１吸収段階
のストリツパー‐酸化器へ、第１段階において形成した
硝酸および加熱された空気と同時に、供給され、酸性硝
酸アンモニウム溶液の最終生成物が形成し、この生成物
は農地へ適用され、貯蔵されまたは更に処理され、そし
てストリツパー‐酸化器から出る気体は主として二酸化
窒素の形の窒素酸化物を含有する。これらの転化は多分
反応式12および13の反応において達成される。二酸化窒
素含有出口気体は、第１段階の硝酸形成区画へ移送さ
れ、そして反応式３の反応において硝酸および酸化窒素
として効果的に回収される。

プロセス水はこの系を経て水供給ポンプにより、あるい
は潅漑水ポンプのバイパスにより移送される。前者の場
合において、形成された液体肥料は引続く使用のため貯
蔵または処理系へ移送されそして、後者の場合におい
て、それは作物への適用のため潅漑系へポンプにより直
接移送される。肥料を引続く使用のためにつくる実施態
様において、濃度を増加し、そして局在場所において発
生する熱を使用するために、あるいはそれを消散するた
めに設備をつくる。

最終のフイルター段階後に位置するブロワーにより、気
体を系を経て引き、系を僅かに負の圧力で運転する。こ
の系が使用できる低いすなわち負の圧力は、通常の高圧
力の商業的系と対照的に、すべての既知のアンモニアの
酸化触媒の転化効率を増大し、とくにコバルト酸化物触
媒の効率を増大する。第２段階の吸収器における僅かに
負の圧力は、第２段階において亜硝酸アンモニウムを形
成するための反応系を加速しかつその収率を増加し、か
つこの系のストリツパー‐酸化器区画から出る最終生成
物の亜硝酸塩含量を最小とすることがわかつた。その
上、僅かに負の圧力下の運転は、通常の商業的系を用い
るとき重大な問題である、毒性気体の漏れに対して、有
意に安全な因子である。圧力は大気圧ないし大気圧の75
％ないし大気圧の４分の１の減圧もしくは負圧の範囲で
ある。

第２段階において形成しかつ第２段階の出口気体中に連
行される固体の亜硝酸アンモニウムおよび硝酸アンモニ
ウムの粒子は、最終の１ミクロンよりも小さい粒子のフ
イルターにおいて捕捉されかつ可溶化され、そして生ず
る液体を第２段階からの液体流と混合する。このスクラ
ビングは、この分野においてよく知られているブリンク
ス（Brinks）型または同様な型のフイルター装置を用い
て達成される。

この系における窒素酸化物の吸収および転化は、定常状
態の物理的および化学的非平衡を達成するために複雑な
系列の事象を生ずるために使用される、簡単な独特の装
置の結果である。気相および液相における有効な界面領
域、粘度、表面張力、遊離空間、圧力レベル、反応速
度、反応成分の濃度および反応機構は、すべて、系の吸
収速度および吸収速度の効率において主要な部分を演ず
る。

このプロセスは、反応または反応の系列が平衡に向かう
動く速度を使用する。定常状態の基準についての非平衡
の確立は、このプロセスにおける駆動原因を供給する。
このシステムにおいて維持される酸化物のモル比は、窒
素酸化物の速い吸収を促進する。例えば、反応２は第２
段階において急速な反応である。なぜなら、二酸化窒素
に関して窒素酸化物の高い濃度が維持されるからであ
る。反応５および６と反応６に類似する反応８は、極め
て急速である反応であり、そして第２段階の吸収器の設
計においてより効果的に使用され、そしてそれからの生
成物は第１段階のストリツパー‐酸化器におい処理され
て、反応11および12を用いて所望の生成物を形成する。

上の生成物から理解できるように、この窒素肥料の適用
法は、次のようないくつかの利点を有する：（１）移送
および装置のコストが低いため、経済的であり；（２）
大気圧よりも僅かに低い圧力で実施可能であるので安全
であり、そして十分に小規模であるので、発熱反応は容
易に冷却されかつ発生した熱は容易に消散可能である
か、あるいは局在場所における使用のために回収可能で
あり；（３）農地レベルにおける特定の作物のためにイ
オンを修正することができ；（４）肥料としての使用に
適する硝酸塩を製造するとき効率よい；（５）負圧下に
安全に実施することが可能であるため、特に安全に実施
され；そして（６）テールガスは環境的に安全なレベル
に減少される。

好ましい実施態様をいくつかの特定な事項に関して説明
したが、本発明から逸脱しないで好ましい実施態様にお
いて多くの変更および修正が可能である。従つて、特許
請求の範囲内において、本発明は特定的に説明したもの
に限定されないで実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による窒素肥料を製造し、使用する系
の流れ図である。第２図は、第１図の系の一部分の略図である。第３図は、第１図の系の一部分の略図である。第４図は、第１図の系の一部分の簡素化した小部分の斜
視図である。第５図は、第１図の系の一部分の略図である。第６図は、第１図の系の一部分の側面図である。第７図は、第６図の一部分の断面図である。第８図は、第７図の一部分の拡大した部分断面図であ
る。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０１Ｃ 1/18 ＡＺ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンモニアを酸化して窒素酸化物類を形成
させる反応器（62、第２、４図）からなる装置であっ
て、窒素酸化物類を水と混合して二酸化窒素の少なくと
も一部と水との反応によって硝酸及び酸化窒素を形成さ
せるための第１段階の吸収器（120）；第２段階の吸収
器（122）；残りの窒素酸化物の実質上全てと二酸化窒
素と水との反応によって形成される酸化窒素の実質上全
てとを第２段階の吸収器（122）へ導くための導管（16
4）；を特徴とし、該第２段階の吸収器（122）は混合器
（244）中で窒素酸化物類を水酸化アンモニウムと反応
させて亜硝酸アンモニウムを形成するよう適合されてお
り、かつ、前記装置は硝酸と亜硝酸アンモニウムとを組
み合わせて硝酸アンモニウム、二酸化窒素及び水を形成
させ、それによって硝酸アンモニウムを含む液体を形成
させる吸着槽（121）を特徴とする；アンモニアから窒
素肥料溶液をつくる装置。
【請求項２】気液接触区画槽（160）が、亜硝酸アンモ
ニウムを硝酸と反応させることによって形成された二酸
化窒素の一部を硝酸へ転化しかつ別の部分を酸化窒素と
組み合わせて三酸化二窒素を形成させるために設置され
たことをさらに特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
の装置。
【請求項３】硝酸を亜硝酸アンモニウムと混合させなが
らストリッパー酸化器区画槽（161）の中へ空気を導入
して攪乱をおこさせるためのバルブ手段（234、236）を
特徴とする、特許請求の範囲第１項又は第２項いずれか
記載の装置。
【請求項４】反応器（62）が二酸化窒素対一酸化窒素の
モル比を少なくとも１であるようにさせるのに十分な酸
化容積を特徴とする、特許請求の範囲第１〜３項いずれ
か記載の装置。
【請求項５】亜硝酸アンモニウムを２未満のpHで硝酸塩
に酸化するストリッパー酸化器区画槽（161）によって
特徴づけられる、特許請求の範囲第１〜４項いずれか記
載の装置。
【請求項６】気液接触区画槽（160）が、前記酸化窒素
から二酸化窒素の形成と安定状態からの三酸化二窒素の
形成との間の平衡反応を維持するのに十分な速度で三酸
化二窒素を除去し、それによって三酸化二窒素が迅速な
速度で形成され続ける条件下で、窒素酸化物類をその溶
液と混合するように適合されたことを特徴とする、特許
請求の範囲第１〜５項いずれか記載の装置。
【請求項７】気液接触区画槽（160）が、窒素酸化物類
を溶液と、酸化窒素と二酸化窒素の間のモル比を１より
大きく維持する速度で三酸化二窒素を除く条件の下で混
合するように適合されていることを特徴とする、特許請
求の範囲第１〜６項いずれか記載の装置。
【請求項８】気液接触区画槽（160）が、窒素酸化物類
と溶液と、三酸化二窒素を酸化窒素が二酸化窒素へ酸化
される速度と少くとも等しい速度において除く条件の下
で混合するように適合されていることを特徴とする、特
許請求の範囲第１〜７項いずれか記載の装置。
【請求項９】吸収槽（121）が、水とアンモニアを混合
して水酸化アンモニウムを形成することに適合されてい
て、かつ、塔断面積の毎平方フィート（0.093m²）あた
り0.5ガロン／分（1.9／分）以下の速度で前記水酸化
アンモニウムを前記酸化窒素を含む塔に流すために適合
されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜８
項いずれか記載の装置。
【請求項１０】亜硝酸塩の酸化中に形成される前記溶液
を液状窒素肥料として施用するのに使用する施用機38を
特徴とする、特許請求の範囲第１〜９項いずれか記載の
装置。
【請求項１１】硝酸塩溶液を肥料として毎時146ポンド
（66.2Kg）以下の窒素の割合で触媒（229、第８図）に
施用する施用機を特徴とする、特許請求の範囲第１〜10
項いずれか記載の装置。
【請求項１２】少くとも一つの井戸、灌漑され施肥され
るべき領域へこの井戸から水を導く導管；上記井戸から
該導管の中に水をポンプ輸送するポンプを特徴とする特
許請求の範囲第１〜11項いずれか記載の装置。
【請求項１３】水を貯蔵容器（39）から前記導管を通し
て循環させて同じ貯蔵容器（39）の中へ戻すための貯蔵
容器（39,第３図）をさらに特徴とする特許請求の範囲
第１〜11項いずれか記載の装置。
【請求項１４】反応機（62）内の膨張かこい（41,第３
図）；無水アンモニアを該かこい（41）内での膨張に施
用するために無水アンモニア源（44,第２図と第３図）
へ上記かこい（41）を連結するよう適合させた導管（3
3,第３図）；をさらに特徴とし、それによって上記アン
モニアが蒸発するときに熱がアンモニアによて吸収され
て反応機（62）から熱を除去し、それによって反応効率
を増し、そして上記かこい（41）が前記反応器（62）へ
連結されてアンモニア蒸気をそれへ燃焼用に供給する；
特許請求の範囲第１〜13項いずれか記載の装置。
【請求項１５】触媒（229,第８図）から隔っている２個
の間隔のある電極（249と251,第８図）の間にアンモニ
アと空気との混合物を着火するのに十分な電位を適用す
るためのスターター（213,第６図と第７図）をさらに特
徴とし、最も近い位置においても触媒汚染を避けるのに
十分遠く離れておりかつ触媒（229）に到達する前に焔
が消えることを避けるのに十分に近接した距離で触媒
（229）から隔っており、相互に0.01インチ（0.025cm）
から0.5インチ（1.27cm）の範囲内の距離だけ隔ってい
るスターター（213）を特徴とする、特許請求の範囲第
１〜５項いずれか記載の装置。
【請求項１６】アンモニアを酸化して窒素酸化物類を形
成し；前記窒素酸化物類を水と混合して二酸化窒素の少
くとも一部と水との反応により硝酸と酸化窒素を形成さ
せ；残りの窒素酸化物の実質上すべてと二酸化窒素と水
との反応によって形成される酸化窒素の実質上すべてと
を反応器へ流し；この窒素酸化物類をこの反応器中で水
酸化アンモニウムと反応させて亜硝酸アンモニウムを形
成させ；そして硝酸と亜硝酸アンモニウムとを組合わせ
て硝酸アンモニウム、二酸化窒素および水を形成させ、
それによって硝酸アンモニウムを含む液体が形成され
る；ことを特徴とする、アンモニアから窒素溶液をつく
る方法。
【請求項１７】反応器（62,第2,4,6,および８図）が、1
46ポンド／時（66.2Kg）以下の速度で触媒（229,第８
図）上で空気に対し容積で10％と25％の間のアンモニア
の濃度において、かつ1,000゜Ｆ（538℃）と2,000゜Ｆ
（1093℃）の間の温度において、連続式に、アンモニア
を燃焼させ；第一段階の吸収器（120）は、少くとも等
モル量の二酸化窒素と酸化窒素が得られるまで前記窒素
酸化物を酸化するための槽（162,第４図）を含み、；気
液接触区画槽（160,第４図）は前記酸化物類を水と毎分
12ガロン（45）以下の速度で組合わせて、窒素酸化物
類を形成させながら上記導管（36と38の間）中を流れる
前記水で以って灌漑されるべき上記領域（例えば第２図
の38から）へ施用するために硝酸の稀釈溶液を形成し；
そして、上記反応器（62）が空気循環と毎分12ガロン
（45）以下の一回通過水流による冷却を可能にするの
に十分な遅い速度でアンモニアを酸化するよう適合させ
られている；ことを特徴とする特許請求の範囲第16項記
載の方法。
【請求項１８】第２段階の吸収器（122,第２および第５
図）が気液接触区画槽（160）と連通し；第２段階の吸
収器（122,第５図）が連続方式で、8.0から8.4の範囲の
pHを提供するよう十分にアンモニア化され酸化窒素対二
酸化窒素の比が１より大きい窒素酸化物の混合物の中を
通って槽の１平方フィート（0.093m²）当り0.5ガロン／
分（1.9）以下の範囲で流れるアンモニア化された水
の一つの流れの中で、残りの酸化物類を水酸化アンモニ
ウム（119,第５図）と反応させて、6.7をこえるpHにお
いて亜硝酸アンモニウム液溶液を形成させるように適合
されており；そして、ストリッパー酸化器区画槽（161,
第４図と第５図）は亜硝酸アンモニウムを前記硝酸と２
以下のpHにおいて迅速に混合して硝酸アンモニウムを含
む液状の窒素肥料の稀釈溶液を形成させるためのもので
あり；ストリッパー酸化器区画槽（161）は毎日300ポン
ド（136Kg）と3500ポンド（1588Kg）の間の窒素をアン
モニアから酸化物類へ稀釈窒素肥料溶液の形で転化する
よう適合されており；そして、上記ポンプ（142,131,13
4,第２図）は窒素酸化物類の少くともいくらかを反応の
ための上記手段の中に連続的に混合するために１ガロン
／分（3.8／分）と25ガロン／分（95/分）の間をスト
リッパー酸化器区画槽（161）の中へ送り込むよう適合
されている；ことを特徴とする、特許請求の範囲第16な
いし17項いずれか記載の方法。
【請求項１９】反応器（62）が、アンモニアから二酸化
窒素をつくるための接触的転換器（229,第８図）含み；
該接触的転換器（229）がアンモニア源へ連結するよう
適合させた第一導入口（220,第６図）、空気源へ連結す
るよう適合させた第二導入口（211,第６図）、ストリッ
パー酸化器区画槽（161）へ連通するよう適合させた導
出口（227,第６図）、および気液接触区画槽（160）か
ら下流の溶液へアンモニアを施こすよう適合させた施用
器（138,第２図）を含み、それによってアンモニウムイ
オン対硝酸塩イオンの予め決めた比が得られ、その比が
存在する特定土壌条件下で適している作物種へ適用され
（例えば、混合器（140））、それによりそれらの種の
成長が助長される；特許請求の範囲第16ないし18項いず
れか記載の方法。
【請求項２０】亜硝酸アンモニウムを硝酸と反応させる
ことによって形成させた二酸化窒素の一部を水と反応さ
せることによって硝酸へ転化しそして一部を酸化窒素と
組合わせて三酸化二窒素を形成させ；三酸化二窒素を水
酸化アンモニウムと反応させて反応器中で亜硝酸アンモ
ニウムを更に形成させ；かつ、反応器中で三酸化二窒素
から形成された上記亜硝酸アンモニウムを硝酸と一緒に
継続的に混合して窒素酸化物類の実質上すべてが液状窒
素溶液へ転化されてしまうまで硝酸アンモニウムを形成
されるための連続法を提供する；ことを更に特徴とす
る、特許請求の範囲第16項記載の方法。
【請求項２１】硝酸を亜硝酸アンモニウムと混合させな
がら空気を硝酸浴の中へ導入して攪乱をおこさせること
を特徴とする、特許請求の範囲第16項または第20項いず
れか記載の方法。
【請求項２２】混合物のpHを２以下に保つよう十分に高
く維持した硝酸の組合わせにおいて硝酸と亜硝酸アンモ
ニウムとを組合わせることを特徴とする、特許請求の範
囲第16〜22項いずれか記載の方法。
【請求項２３】硝酸と亜硝酸アンモニウムとの混合物の
pHを実質上0.2の水準に維持し、導入される空気の運動
量がpHを均一に保持する攪乱をおこさせるのに十分であ
り、かつ空気が250゜Ｆ（121℃）から300゜Ｆ（149℃）
の範囲の温度で導入される、一つの混合物として組合わ
せることを特徴とする特許請求の範囲第16〜22項いずれ
か記載の方法。
【請求項２４】二酸化窒素対一酸化窒素のモル比が少く
とも１であるようにさせるのに十分な時間の間窒素酸化
物類と水との混合を十分に大きい酸化容積の中でおくら
せることを特徴とする、特許請求の範囲第16〜23項いず
れか記載の方法。
【請求項２５】液体含有の硝酸アンモニウムを肥料とし
て使用することをさらに含む、第16〜24項いずれか記載
の方法。
【請求項２６】窒素酸化物類と水溶液との混合が窒素酸
化物類をその溶液と6.7をこえるpHにおいて混合するこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第16〜25項いずれか記
載の方法。
【請求項２７】窒素酸化物類と水溶液との混合が、酸化
窒素からの二酸化窒素の形成と三酸化二窒素の安定化か
らの形成との間の平衡反応状態を妨げる十分な速度で三
酸化二窒素を除去しそれによって三酸化二窒素が迅速な
速度で形成され続ける条件下で、窒素酸化物類をその溶
液と混合することを含むことを特徴とする、特許請求の
範囲第116〜26項いずれか記載の方法。
【請求項２８】窒素酸化物類と水溶液との混合が、三酸
化二窒素を酸化窒素対二酸化窒素のモル比を１より大き
く維持する速度で除去する条件下で、窒素酸化物類をそ
の溶液と混合することを含むことを特徴とする、特許請
求の範囲第16〜27項いずれか記載の方法。
【請求項２９】窒素酸化物類と水溶液との混合が、三酸
化二窒素を酸化窒素が二酸化窒素へ酸化される速度に少
くとも等しい速度で除去する条件下で、窒素酸化物類を
その溶液と混合することを含むことを特徴とする、特許
請求の範囲第16〜28項いずれか記載の方法。
【請求項３０】窒素酸化物類と水溶液との混合が、窒素
酸化物類と水酸化アンモニウムとを混合することを含む
ことを特徴とする、特許請求の範囲第16〜29項いずれか
記載の方法。
【請求項３１】窒素酸化物類と水酸化アンモニウムとの
混合が、水とアンモニアを混合して水酸化アンモニウム
を形成させ、この水酸化アンモニウムを酸化物類を含有
する塔の中を塔断面積の平方フィートあたり0.5ガロン
／分（1.9／分）以下の速流で流す、ことを含むこと
を特徴とする、特許請求の範囲第16〜30項いずれか記載
の方法。
【請求項３２】硝酸塩溶液が毎時146ポンド（66.2Kg）
以下の窒素の速度で形成される連続法で硝酸塩溶液を肥
料として使用することを特徴とする、特許請求の範囲第
16〜31項いずれか記載の方法。
【請求項３３】アンモニアを触媒に隣接させる前にアン
モニアの燃焼により生成した前記酸化物と並列で通路を
通し、それによって、触媒にそれを適用する前でかつ触
媒の近くでアンモニア混合物が着火した後アンモニアの
温度が上昇させ；触媒わ通って流れるアンモニアが加熱
された後、アンモニアの流れの割合を低濃度にして、最
も近い位置においても触媒汚染を回避するよう十分に遠
く離れかつ触媒に到達する前に火焔が消えるのを避ける
よう十分に近接した距離だけ触媒から離れていてかつ相
互に0.01インチ（0.025cm）から0.5インチ（1.27cm）の
範囲の間の距離で間隔を置いた、２個の間隔のある電極
の間に電位を適用することによってアンモニアを着火す
ることを特徴とする、周囲の温度でアンモニアを着火す
ることからなる、特許請求の範囲第16〜32項いずれか記
載の方法。