合成氨催化技術與工藝發(fā)展探究

趙普強

【摘 要】我國自古以來就是一個農業(yè)大國，在經(jīng)歷了社會主義現(xiàn)代化的改革開放之后，雖然現(xiàn)階段正處于一個半農業(yè)化半工業(yè)化的發(fā)展過程中，但是對于農業(yè)的重視程度依舊很高。論文主要研究合成氨催化技術，旨在通過合理的手段來優(yōu)化相關工藝的發(fā)展，保持農業(yè)的可持續(xù)性穩(wěn)定進步。

【Abstract】China has been an agricultural country since ancient times， after the reform and opening up of socialist modernization， although we are in the process of semi-agricultural and semi-industrialized development at the present stage， we still attach great importance to agriculture. The paper mainly studies the catalytic technology for ammonia synthesis， and the purpose of this paper is to optimize the development of related processes through reasonable means， and to maintain the sustainable and stable progress of agriculture.

【關鍵詞】合成氨催化技術；工藝發(fā)展； 農業(yè)生產(chǎn) ；可持續(xù)發(fā)展；高活性物質

【Keywords】catalytic technology for ammonia synthesis； technology development； agricultural production； sustainable development； highly active substance

【中圖分類號】TQ113.2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）02-0152-02

1 引言

在我國農業(yè)發(fā)展的過程中，農產(chǎn)品的產(chǎn)量決定了農民的收入、社會大眾的糧食基礎以及對社會主義現(xiàn)代化市場經(jīng)濟水平的調控。而想要推進農產(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，開始轉向為農業(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換率，降低生產(chǎn)過程的能耗，最終實現(xiàn)推動現(xiàn)代化農業(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化率進一步提升。

4 結語

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)濟建設的農業(yè)發(fā)展具有密切聯(lián)系。為了有效促進我國農業(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。

【參考文獻】

【1】許曉光. 過渡金屬氧化物的制備及其對電化學合成氨催化作用的

研究[D].北京：北京化工大學，2017.

【2】范天熙. MOFs催化劑制備及其低溫電催化合成氨性能[D].北京：北京化工大學，2016.