SE2300074A1 - Metod och anordning för att producera ammoniak och ammonium - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser förfarande och arrangemang för att producera ammoniak från kvävet i luft. Uppfinningen kännetecknas av att i en förbränningsmotor för väte förbränns en del av tillfört väte med syret i den omgivningsluft som tillförs motorn varvid kvarvarande del av tillfört väte reagerar med kvävet från tillförd luft och bildar ammoniak varefter motorns avgaser efter kylning och kondensering av vattenånga till vatten väsentligen utgörs av ammoniak och ammonium.

Description

Metod och anordning för att producera ammoniak och ammonium Luften runt oss består till största delen av kväve cirka 78 procent och syre cirka 21 procent. I luften finns även mycket små mängder av andra gaser uppgående till cirka 1 procent. Kväve har många industriella användningsområden. Ett viktigt område är framställning av ammo- nium (ammoniak löst i vatten) som kan användas för produktion av gödsel. Oftast produceras kväve från luft genom gradvis komprimering och kylning av luften i en process benämnd Hampson-Linde. Därefter görs ammoniak, vanligen genom en metod benämnd Haber-Bosch genom att blanda kväve med väte under höga tryck, >l 00 bar, och temperaturer, >700 K, samt i närvaro av exv. jäm som katalysator, enligt formeln: Nz + 3 llz ~+ 2 Nl lg.

Syftet med uppfinningen är att producera ammoniak/ammonium, med luft och väte som rå- vara, enligt en ny och avsevärt mindre kostnadskrävande metod och anordning.

Metoden utförs i en internförbränningsmotors förbränningskammare där temperatur och tryck i förbränningskammaren, med en invändig yta som åtminstone delvis är utförd i jäm, uppnår ovan nämnda nivåer för processen Haber-Bosch. Inför motorns arbetstakt tillförs förbrän- ningskammaren omgivningsluft och väte med en kvantitet av väte som betydligt överstiger den vätekvantitet som åtgår för att under förbränningen förbruka allt syre i tillförd luft. Vid förbränningen av luft-väteblandningen som inleds i anslutning till kolvens övre vändläge kommer vätet i den överstigande, ej i förbränningen deltagande, vätekvantiteten att reagera med kvävet i tillförd omgivningsluft enligt formeln: 3 H2 + Ng -> 2 NH; Målet är att tillsam- mans med omgivningsluft tillföra väte i sådan kvantitet att efter förbränning, där allt syre åt- går, med bildande av vattenånga och ammoniak resterar inget väte eller kväve i energiom- vandlarens avgaser, en stökiometrisk reaktion, vilket innebär att inför varje arbetstakt skall förbränningskammaren tillföras tre molekyler väte för varje tillförd molekyl kväve utöver det väte som åtgår för att förbränna allt tillfört syre i luft-väteblandningen. Dock är väte dyrt jäm- fört med luftens kväve vilket är skälet till att mer omgivningsluft tillförs än vad som skulle behövas för nämnda stökiometri. Gasblandningen av vattenånga, och pga. högt tryck och temperatur bildad ammoniak, kyls varvid när vattenångan kondenseras samtidigt ammoniak, åtminstone delvis, löses i kondensatet, vattnet, och ammonium bildas.

I kondenseringsfasen fångas även förekommande partiklar från exv. motorslitage som avskiljs innan ammoniak resp. ammoniumet separeras och lagras i exv. varsin tank. Därefter återstår inledningsvis nämnda små mängder av andra gaser som exv. argon vars ev. omhändertagande inte berörs av uppfinningen.

Genom att motorn bringas utföra nyttoarbete som att driva elverk eller annan nyttoanordning och att spillvärme, i form av motorvärmet och avgasvärmet, tillvaratas blir totalverkningsgra- den hög med följden att kostnaden för produktion av ammoniak och ammonium blir låg.

Inom jordbruk kan, vid exv. en traktor eller annan jordbruksmaskin med väteförbränningsmo- tor, avgaserna efter eventuell kylning och rening i gödslingssyfte ledas ner i jorden bakom fordonet i samband med plöjning, harvning, sådd, skörd eller annat arbete som kompensation för den kväve som frigörs när jord rörs om i samband med nämnda förfaranden. Vid behov av sterilisering av jord kyls inte avgasema innan de förs ned i jorden.

Förbränningsmotorers konstruktion och arbetssätt är väl kända vilket är skäl till att ytterligare beskrivning i form av figurer och figurbeskrivningar för en fackmans tillämpning av uppfin- ningen inte anses vara behövlig men kan tillföras om granskande patentmyndighet så kräver.

Som prioritetsgrundande föreliggande patentansökning åberopas svenska patentansökningar nr: 2300062-3, 2200076-4, 2200081-4, 2200080-6, 2200097-0, 2200108-5, 2200107-Ovanstående beskrivning, och prioritetsgrundande patentansökningar, begränsar inte uppfin- ningen utan modifieringar kan göras inom ramen för de följande angivna patentkraven. l

Claims (7)

1. Metod för att framställa ammoniak i en förbränningsmotor samtidigt som värme omvandlas till arbete, kännetecknad av att inför förbränningsmotorns arbetstakter tillförs förbrännings- kammaren väte och luft i ett blandningsförhållande som dels innebär att vid åtföljande för- bränning förbränns allt syre med väte och som dels innebär att oforbränt väte tillsammans med kväve i den tillförda luften bildar ammoniak.

2. Metod enligt krav 1, kännetecknad av att motorns avgaser kyls för kondensering av vid förbränningen bildad vattenånga till vatten i vilket en del av bildad ammoniak lösts och for- mat ammonium varvid resterande gas väsentligen utgörs av ammoniak.

3. Metod enligt krav 2, kännetecknad av att ammoniumet avskiljs och lagras i tank för lag- ring av ammonium samt att ammoniaken komprimeras och lagras i tank för komprimerad ammoniak.

4. Metod enligt krav 2, kännetecknad av att avgasblandningen leds ned i marken bakom en traktor eller annan jordbruksmaskin.

5. Anordning för genomförande av metoden enligt krav 1, kännetecknad av att anordningen utgörs av en förbränningsmotor där tillfört bränsle utgörs av väte som tillsammans med syret i tillförd omgivningsluft förbränns under motoms arbetstakter.

6. Anordning enligt krav 5 kännetecknad av att förbränningskammarens invändiga yta åt- minstone delvis innefattar järn.

7. Anordning enligt krav 5 kännetecknad av att förbränningsmotom driver en elgenerator eller en traktor eller annan jordbruksmaskin eller annan nyttoanordning.