合成氨催化技術(shù)與工藝發(fā)展探究

趙普強(qiáng)

（陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨猗分公司，山西 運(yùn)城044100）

1 引言

在我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量決定了農(nóng)民的收入、社會(huì)大眾的糧食基礎(chǔ)以及對(duì)社會(huì)主義現(xiàn)代化市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)水平的調(diào)控。而想要推進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量大幅提升就一定要重視對(duì)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(dòng)物的糞便來(lái)施肥，這是因?yàn)檫@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(shù)革命的過(guò)程中，合成氨成為最好的替代品，研究合成氨催化技術(shù)的改良與優(yōu)化以及對(duì)相應(yīng)的工藝發(fā)展水平進(jìn)行提升就成為現(xiàn)階段的重點(diǎn)任務(wù)，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(chǔ)的重要措施。

2 合成氨催化技術(shù)的發(fā)展

合成氨催化技術(shù)最早的應(yīng)用是在20世紀(jì)初期，德國(guó)化學(xué)家哈伯(F.Haber，1868-1934)從1902年開(kāi)始研究由氮?dú)夂蜌錃?，?908年以“氨的循環(huán)法”為目標(biāo)申請(qǐng)專利，后續(xù)于1909年進(jìn)行合成氨的完善，使得氨的含量達(dá)到6 及6 以上之后，才會(huì)被用于相關(guān)的行業(yè)發(fā)展。這是由于當(dāng)時(shí)戰(zhàn)爭(zhēng)動(dòng)亂較多，各個(gè)國(guó)家都比較動(dòng)蕩，但是由于經(jīng)濟(jì)的匱乏，很多國(guó)家的火力資源和軍事戰(zhàn)爭(zhēng)儲(chǔ)備都不是很充足，而且實(shí)際應(yīng)用的爆破效果也不是很好。為了能夠獲得較強(qiáng)的火力武器用于自衛(wèi)或者攻擊，化學(xué)家們開(kāi)始利用氨作為火炸藥工業(yè)的原料，主要是面向 戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)[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(fù)經(jīng)濟(jì)，各國(guó)國(guó)家開(kāi)始重建，對(duì)于農(nóng)業(yè)和工業(yè)的重視程度增加，一切都以經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向而進(jìn)行努力，因此，合成氨作為一種能夠間接促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的化學(xué)肥料，開(kāi)始轉(zhuǎn)向?yàn)檗r(nóng)業(yè)、工業(yè)服務(wù)。后期伴隨著人類文明開(kāi)化度的提升和戰(zhàn)爭(zhēng)次數(shù)的減少，合成氨催化技術(shù)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(jī)化工中得到廣泛應(yīng)用。這對(duì)于大力提升糧食作物生產(chǎn)效率，進(jìn)一步提升原料的轉(zhuǎn)換率，降低生產(chǎn)過(guò)程的能耗，最終實(shí)現(xiàn)推動(dòng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的目的具有相當(dāng)關(guān)鍵的意義。

3 合成氨催化技術(shù)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(jiàn)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(yīng)的研究熱點(diǎn)都集中在逸度和普遍化Temkin 方程的應(yīng)用上[2]。與其他兩種合成氨催化劑相比較來(lái)說(shuō)，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(duì)于相應(yīng)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(jìn)合成氨催化技術(shù)的進(jìn)步，必須要將老舊的技藝、行業(yè)準(zhǔn)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行摒棄，當(dāng)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(shù)在提出和后期的應(yīng)用過(guò)程中，最為主要的優(yōu)勢(shì)就在于該種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單系列的大型化，將KAAP 合成塔利用起來(lái)，幫助最終合成氨中的氨體積分?jǐn)?shù)達(dá)到21.7%。而且該種技術(shù)不僅能夠大力簡(jiǎn)化合成氨的催化過(guò)程和操作步驟，而且還能夠降低對(duì)于人力、物力、財(cái)力等資源的浪費(fèi)，體現(xiàn)了較高水平的經(jīng)濟(jì)集約化原則。

3.3 合成氨催化工藝進(jìn)展

首先，對(duì)于等壓合成氨技術(shù)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(jì)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(duì)超臨界合成氨技術(shù)進(jìn)行研究，由于伴隨著溫度的上升和反應(yīng)速度的提高，合成氨中氨組分的濃度會(huì)降低，這時(shí)想要突破化學(xué)平衡限制的條件，就一定要使反應(yīng)擺脫化學(xué)平衡限制，即采用非平衡限制氮加氫技術(shù)，提高合成氨成果，才能夠在一定程度上幫助合成氨反應(yīng)的選擇性變小，幫助其相關(guān)組分的轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步提升。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)城市發(fā)展進(jìn)程的不斷推進(jìn)，一方面和工業(yè)化水平的進(jìn)步息息相關(guān)，另一方面與長(zhǎng)久性支持我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有密切聯(lián)系。為了有效促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步，大量地利用化肥原料已經(jīng)成為一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)，而在多種多樣化肥原料的使用過(guò)程中，合成氨的使用頻率和使用劑量最大，而且對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效果也最好。在對(duì)合成氨催化技術(shù)進(jìn)行研究的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)相關(guān)的工藝參數(shù)控制和生產(chǎn)流程的規(guī)范性都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生巨大影響，為了促進(jìn)合成氨催化技術(shù)的進(jìn)步，使得相應(yīng)的工藝發(fā)展水平越來(lái)越高，研究人員就必須要結(jié)合實(shí)際來(lái)進(jìn)行高活性催化劑的研究，進(jìn)一步推動(dòng)合成氨生產(chǎn)工藝的發(fā)展。