千瓦厚能源与生态实验室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/kiwaho 太阳文火炖地球,洒遍人间光和热。新鲜的能量随手可汲,何必舍近求远挖地球?自由能源万岁!

博文

重大突破:射流空化反应泡合成氨作为副产品的液压发动机!

已有 4500 次阅读 2015-7-17 21:29 |系统分类:论文交流| 发动机, 热力学, 射流, 合成氨, 哈伯法



懂化学的读者都知道合成氨的反应式虽然简单,但是由于双原子氮气分子强壮的3键紧箍咒,使得工业合成异常艰难。

虽已有成熟的Haber法可用,但由于其高能耗低产率的生产过程,化工界心里总有点不舒服,毕竟能源非小事啊。当今世界天然气产量的10%都拿去合成氨了,能不吃着碗里想着锅里啥时候断顿?腾锅换灶研新方一直萦绕在心头。

与此相关的发明,两次诺贝尔奖都颁下去了,仍不见传统合成法啥时退出历史舞台,仅有的改良无外乎催化剂的换来换去。

我今天要怀着激动的心情向世界宣告:合成氨的新方子我抓到啦,vene,vidi,vici!

该方法寄生于一种新型的射流器发动机,在输出轴功的同时,顺带合成氨,一箭双雕,两全其美,不亦乐乎?

来、来、来,还是来玩味一下这两个化学反应式:

O2 + 2H2 = 2H2O (ΔH= - 483.6kj)

N2 + 3H2 2NH3 (ΔH = −92.4 kJ)

上述两式本质上并无不同:都是放热反应,只不过前多后寡,前易后难。

前者大家耳闻目祥,初中生都知道的氢氧燃烧一溜烟水;后者待遇一落千丈,除了大胆特立独行的我外,没有人敢称之为燃烧!

氧气双键的离解能为498kj/mol不大也不小。之所以氧气与燃料混合后,需要点火才能启动燃烧,是因为需要外部触发能量,拆出第一批游离单原子氧参与反应。一旦点火完成,点火器即刻就可以收起它的神通了,因为后续反应需要的原子氧,由上一时刻反应释放的高能光子,充当可持续的“虚拟点火器”绰绰有余。因而燃烧本质上是一个有能量盈余的链式反应。

对比:氮气三键的离解能高达949kj/mol这就比氧气几乎翻一倍了。触发能量固然可以整出几个活化的氮原子,与氢反应后,也确实能搞出几个氨分子,还能释放46kj/mol的能量。可是这点能量不够自给自足解决后续氮分子的离解,没法像氢氧那样绰绰有余的潇洒。显然外部点火器就不能收起它的神通了,必须一直出力干活。

应对这种困境的获得了炸药奖的Haber法,采取了高温高压的合成条件:450℃ , 300大气压,加铁基催化剂。没治了,这样的物理条件,能耗是降不下来的,尽管总反应是放热的,那又怎样,不过是给工厂所在社区增加热岛效应而已,为全球暖化添乱。

我的射流器合成氨巧妙解决了这一难题。比例合适的氢气、氮气加适度氧气混合后,先经紫外线或高压电弧预处理,后被射流负压吸入射流器歧管,被水流空化裹挟后,空化泡的局部压力温度急著上升至引信氧燃烧,级联触发氢氮合成氨,生成的氨瞬间溶于水,回收了凝结潜热。与此同时,超声震波效应赋予流体更多动能,冲击水轮机发电或直接轴功输出。

Haber法非常讳忌氧气的混入,因为那会导致强釜飞灰烟灭,造成恶性重大爆炸事故。我的新法尽管剔出氧也凑合,但反而利用适量氧作为引信,助推反应速率,同时增大了发动机输出功率。

毕竟该反应是双向动态平衡反应,因而射流冲击水轮机后,尚未反应用掉的、且不溶于水的氮气、氢气、氧气,又被引回射流器循环使用,而氨极度溶于水,就让它待在水里,等浓度高到一定程度之后,移出产品并补水。

合成氨虽是放热反应,但放热量仅有氢氧反应的五分之一,故而基于此反应的发动机功率输出的能量密度只有氢氧同类机的20%。即便这样,仍然值得开香槟庆祝,因为合成氨的商品附加值远高于宿主的能源生产,更何况传统哈伯法的只进不出的能源消耗呢!

呜呼,这个关系地球全体球民的粮食安全的迄今难题,人类终于为其找到解决之道!但愿这项技术突破不要用来增加军火的供给,而是为饱受饥荒、战乱的地区带去光明和希望!

鉴于该技术刚申请专利(US14/788884),为不至于破坏将来的新颖性审查,恕我不便透露过多信息。




https://blog.sciencenet.cn/blog-2339914-906234.html

上一篇:独创的射流水中沉浸式燃烧发动机--水与火的贴面热舞!
下一篇:建议科学网采用我的匿名用户管理新算法
收藏 IP: 192.168.0.*| 热度|

5 洪建辉 杨正瓴 杨学祥 樊晓英 dulizhi95

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (12 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-5-29 19:51

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部