合成氨催化技術與工藝發(fā)展探究

趙普強

（陽煤豐喜肥業(yè)（集團）有限責任公司臨猗分公司，山西 運城044100）

1 引言

在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的過程中，農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量決定了農(nóng)民的收入、社會大眾的糧食基礎以及對社會主義現(xiàn)代化市場經(jīng)濟水平的調(diào)控。而想要推進農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量大幅提升就一定要重視對于化肥原料的使用，傳統(tǒng)的做法是借助人、牲畜以及其他動物的糞便來施肥，這是因為這些物質(zhì)中含有大量的氨，但是其總量卻是有限的。因此，在工業(yè)技術革命的過程中，合成氨成為最好的替代品，研究合成氨催化技術的改良與優(yōu)化以及對相應的工藝發(fā)展水平進行提升就成為現(xiàn)階段的重點任務，也是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗的降低和生產(chǎn)效率的提高打好基礎的重要措施。

2 合成氨催化技術的發(fā)展

合成氨催化技術最早的應用是在20世紀初期，德國化學家哈伯(F.Haber，1868-1934)從1902年開始研究由氮氣和氫氣，在1908年以“氨的循環(huán)法”為目標申請專利，后續(xù)于1909年進行合成氨的完善，使得氨的含量達到6 及6 以上之后，才會被用于相關的行業(yè)發(fā)展。這是由于當時戰(zhàn)爭動亂較多，各個國家都比較動蕩，但是由于經(jīng)濟的匱乏，很多國家的火力資源和軍事戰(zhàn)爭儲備都不是很充足，而且實際應用的爆破效果也不是很好。為了能夠獲得較強的火力武器用于自衛(wèi)或者攻擊，化學家們開始利用氨作為火炸藥工業(yè)的原料，主要是面向 戰(zhàn)爭服務[1]。尤其是在第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后，為了能夠迅速恢復經(jīng)濟，各國國家開始重建，對于農(nóng)業(yè)和工業(yè)的重視程度增加，一切都以經(jīng)濟為導向而進行努力，因此，合成氨作為一種能夠間接促進經(jīng)濟發(fā)展的化學肥料，開始轉(zhuǎn)向為農(nóng)業(yè)、工業(yè)服務。后期伴隨著人類文明開化度的提升和戰(zhàn)爭次數(shù)的減少，合成氨催化技術伴隨現(xiàn)代民用化工業(yè)的發(fā)展在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和有機化工中得到廣泛應用。這對于大力提升糧食作物生產(chǎn)效率，進一步提升原料的轉(zhuǎn)換率，降低生產(chǎn)過程的能耗，最終實現(xiàn)推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的目的具有相當關鍵的意義。

3 合成氨催化技術分析與工藝發(fā)展探究

3.1 合成氨催化劑分析

目前世界范圍內(nèi)常見的合成氨催化劑包括氧化鐵基催化劑、釕基催化劑及四氧化三鐵傳統(tǒng)熔鐵催化劑三種，而且相應的研究熱點都集中在逸度和普遍化Temkin 方程的應用上[2]。與其他兩種合成氨催化劑相比較來說，釕基催化劑目前多用于KAAP 工藝中，是一種在低溫或者壓力都比較苛刻環(huán)境中還能夠具有較高活性催化的試劑，對于相應合成氨的產(chǎn)量和濃度還具有較好的保障。

3.2 KAAP 工藝分析

為了有效促進合成氨催化技術的進步，必須要將老舊的技藝、行業(yè)準則和技術標準進行摒棄，當然精華的部分是需要加以保留和發(fā)展利用的。所謂的KAAP 技術在提出和后期的應用過程中，最為主要的優(yōu)勢就在于該種技術實現(xiàn)了單系列的大型化，將KAAP 合成塔利用起來，幫助最終合成氨中的氨體積分數(shù)達到21.7%。而且該種技術不僅能夠大力簡化合成氨的催化過程和操作步驟，而且還能夠降低對于人力、物力、財力等資源的浪費，體現(xiàn)了較高水平的經(jīng)濟集約化原則。

3.3 合成氨催化工藝進展

首先，對于等壓合成氨技術而言，較高的氨組分轉(zhuǎn)化率能夠在保證較低能耗的前提下加速合成氨的形成，但是出于經(jīng)濟層面的考慮，則需要保持氨凈值控制在8.4% 以上即可。其次，要針對超臨界合成氨技術進行研究，由于伴隨著溫度的上升和反應速度的提高，合成氨中氨組分的濃度會降低，這時想要突破化學平衡限制的條件，就一定要使反應擺脫化學平衡限制，即采用非平衡限制氮加氫技術，提高合成氨成果，才能夠在一定程度上幫助合成氨反應的選擇性變小，幫助其相關組分的轉(zhuǎn)化率進一步提升。

4 結(jié)語

綜上所述，我國城市發(fā)展進程的不斷推進，一方面和工業(yè)化水平的進步息息相關，另一方面與長久性支持我國經(jīng)濟建設的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有密切聯(lián)系。為了有效促進我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進步，大量地利用化肥原料已經(jīng)成為一個必然的發(fā)展趨勢，而在多種多樣化肥原料的使用過程中，合成氨的使用頻率和使用劑量最大，而且對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效果也最好。在對合成氨催化技術進行研究的過程中，可以發(fā)現(xiàn)相關的工藝參數(shù)控制和生產(chǎn)流程的規(guī)范性都會對其產(chǎn)生巨大影響，為了促進合成氨催化技術的進步，使得相應的工藝發(fā)展水平越來越高，研究人員就必須要結(jié)合實際來進行高活性催化劑的研究，進一步推動合成氨生產(chǎn)工藝的發(fā)展。