探究合成氨催化技术与工艺发展
武兆林（青海盐湖工业股份有限责任公司化工分公司，青海 格尔木 816099）
摘 要： 号称世界农业大国的中国，其农业生产量已逐渐上升。那么在农业生产中起到关键作用的农业技术则为合成氨催化技术，即合成氨生产量以及使用量都是庞大的，而农业稳定的生产需要合成氨催化技术水平的支持。因此文章就探究合成氨催化技术与工艺发展做出深度分析，通过研究合成氨催化技术中催化剂的含量以及全面升级的合成氨催化技术和工艺，全方位降低农业生产能耗，提升整体农业生产效率，让合成氨催化技术作用到农业生产中，全面推动生农业生产量以及发展合成氨催化技术与工艺。
关键词： 合成氨催化技术；工艺发展；农业生产量
1 合成氨催化技术与工艺
1.1 合成氨催化剂分析
现代民用化工业的崛起，让合成氨催化技术得到高速发展和应用。即在农业生产以及有机化工业中，适度使用合成氨催化剂，将高水平合成氨催化工艺作用到农业生产中，最大化发挥原料的应用率，提高整个原料的转化率。合成氨催化技术的发展最早由中海石油化学股份有限公司，结合国外的组合装备设计打造合成氨装置。即将单台卧室高压设备中的绝热床层分别填入传统铁催化剂，让3个床层中都分布着内部转热器，换热器体经过第一场城充分反应，转入第三场城大道入口温度。合成氨工艺在高温高压的条件中，催化剂达到最高的转化效果，既能够与平衡碳中的浓度相一致。但现如今由于合成氨的单层转化率很低，在反应中就会消耗巨大的能量。
1.2 合成氨催化技术路线
合成氨催化剂大致可分为氧化铁基催化剂、钌基催化剂、四氧化三铁传统熔铁催化剂。合成氨催化剂则为四氧化三铁传统熔铁催化剂，因为它具备着基础性的火山型活性曲线，但又由于其活性较大，导致四氧化三铁传统熔铁催化剂技术的提升突破点难以确定。现阶段合成氨催化剂研究人员将整个技术研究的范围控制在逸度和普遍化的Temkin方程中。限定使用浸渍法，保证充分的分散度能够满足合成氨的钌基催化剂需求量。钌基催化剂作为合成氨催化技术的基础，能够最大化保证整个反应过程中的解离吸附平衡，该平衡点又作为影响整个反应过程的速度，不断发挥出自身的作用。KAAP工艺中使用钌基催化剂，让其在合成氨生产环节中即使处于一个压力和温度都不可控的环境中，也能保持合成氨催化剂中的活性以及还原性质。
风尘惨面，蓬尘瑛天，精神暴乱，忽至山川。水泉无底，岸涧无边。登山入谷，绕涧寻源，龙虵塞路，拔剑盪前……[3]837
1.3 KAAP合成氨工艺
KAAP合成氨工艺尤为重要的部件是合成塔，而应用钌基催化剂相比传统铁催化剂，前者具备着工艺采用效能高的优势。具体化分析则为前者能够广泛适用到各行业领域中，发挥自身活性度高的特性，不断推动整体合成氨生产设计的效果，全面提升设计的灵活度，满足行业扩大生产范围的需求点。KAAP合成氨工艺充分适用工艺效能良好的热壁塔，利用内部换热器作用到不同床层中，反应合成氨气与氢气比中和，达到降低成本的目的。当然，钌基催化剂只能适量使用，如一床可以使用钌基催化剂，三床则为传统的铁催化剂，传统铁催化剂与钌基催化剂共同作用到热壁塔中的不同床层，让各个床层之间的温度互相转换，内部换热器则为辅助设备，全面提升整个KAAP合成氨工艺技术的生产效益，满足良好的生产需求量，提高技术的生产效率。
2 合成氨技术的进展
2.1 等压合成技术
工业生产中，其合成氨技术效率已经得到质的飞跃，即使在高温情况下，也可达到将催化剂的转化效果为九成，几乎与平衡氨浓度相一致。但是工业生产中，氨合成的单一转化率仅为两成，那么研究人员就可认知氨合成的转化效果则为现阶段的研究重点内容，而平衡转化率以及单程转化率则为重中之重。
通过研究和对比数据可知等压合成氨技术是三种技术中转发效率最高的。主要的原因则为在相持平压力状态下的合成氨工艺生产中，可以保障生产能耗量为最低。低能耗不仅仅可以降低生产成本，还能提升整个工艺的生产效率。因此等压合成氨技术被各大企业广泛适用到生产环节中，满足自身企业的生产需求。当然在低温低压环境状态下的等压合成氨技术，选用的合成氨催化剂是保证等压合成氨技术效果的关键点。
大型的合成氨又可分为多种类型，现以煤做原料分析不同类型的合成氨工艺的主要流程，众所周知，合成氨生产过程中，煤为第一原料提供重要热能，保证整个合成氨工艺的稳定运行状态。而形成不同类型的合成氨工艺主要原因是生产环境压力的不同。即可分为微加压合成氨技术、等压合成氨技术和升压合成氨技术。这三种技术中压力的转化效率也有所不同。
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等压合成氨工艺一般会在8.5MPa状态下利用粉煤浆或者水煤浆为原料进行制气，然后转变到7.5MPa中进行合成氨工艺生产。等压合成氨工艺的最大优点是可以无限降低合成气压缩机的能量损耗值。对比升压合成氨工艺，后者的优势则为可合成较高压力，并在高压状态中保持稳定的未反应低能耗量。
平衡氨浓度是整个合成氨催化技术与工艺维持稳定关键要素，因为在合成氨反应过程中，影响稳定的平衡氨浓度因素有反应温度。而反应温度又在一定程度上影响着整个合成氨反应速率，反应速率又不同程度的影响平衡氨浓度。循环如此整个合成氨催化剂数与工艺方案浓度值就会极端受到多种因素的限制。因此需要通过多种有效方式改善平衡氨浓度。例如可以利用催化剂在不同环境中的反应速率来控制平衡氨浓度。低温环境下催化剂的活性较大，而且催化剂能够在持续性低温条件下保持较高的活性，通过提升催化剂的低温活性，将反应温度控制到最低。现阶段合成氨催化技术研究人员还有无法把控不同类型的催化剂功能效果，不能通过在合成氨反应中改变现有的催化剂种类，实现催化剂超高的活性，达到控制平衡氨浓度的目标。所以研究人员只能从现有合成氨催化剂品种入手，不断完善合成氨中的反应条件物，形象化的改善和转变平衡氨浓度范围值。
企业一般会将合成氨催化剂的选择方向明确到催化剂中的氨净值,最佳的氨净值为8.4%～10%。8.4%的氨净值是企业保障自身经济效益的临界点，8.4%以上的氨净值则能够不断地提升整体生产经济效益。10%的氨净值则是在不提高生产成本状态下完全实现企业的经济生产目标。
2.2 超临界合成氨
对于绿色矿山，刘建兴认为绿色矿山是指能满足经济开采活动需要的同时，又保护了自然环境，实现人与自然和谐的矿山[16]。栗欣指出绿色矿山是可持续发展理念在矿业开发中的体现，既充分利用资源又有效保护环境[17]。刘建芬认为，绿色矿山是指在矿产资源的勘查开发过程中，既要实行严格科学有序的勘查开采，又要对矿区及周边的生态环境扰动最小，实现资源勘查开发效益的最大化，实现资源的绿色开发、绿色应用、绿色发展[18]。
另一方面，研究人员可以将突破点转变到合成氨反应中限制反应来实现化学平衡的目的。即通过应用非平衡氮加氢技术，将超临界合成氨技术最大限度的融入到应用的非平衡氮加氢技术，达到全面实现超临界氨合成的目标点。当然要想完全实现目标还要借助超临界介质。通常情况下企业一般会选择铁催化剂，虽然铁催化剂作为企业首选的超临界介质，但是它的缺点也比较明显，如不达标的介质稳定性、不合理的氨合成条件、氨分离过程出现的一系列问题等。这些缺点都需要研究人员进一步深入探讨，并进行合理的补救以便全面实现保持稳定的合成氨反应中的平衡氨浓度范围值。
最后针对超临界合成氨中的超临界流体分析，可以知道流体的优势包含气体和液体特有的优势。即包含气体特有的扩散系数、粘度系数；液体的密度和溶剂化能力。超临界流体可以无限度的将传递性能和萃取性能发挥出来，达成在合成氨反应中正向反应速率值，满足合成氨反应中所需的接受度、选择性以及转化率。正常状态下的合成氨反应在平衡条件下是可逆的，但是应用超临界流体，可以转变稳定状态中的平衡条件，让反应呈现出不可逆效果。不可逆的合成氨反应可以稳定平衡氨浓度值，让整个合成氨单程转化率最大化提升。提升合成氨单程转化率可以让不同原理中直接实现经济生产目标。
现阶段我国合成氨工业类型规模小，企业核心力量不足。对比国外大型工业低能耗量，我国小型企业的能耗量巨大，然后过量的能量会引发一系列的生产成本，直接降低企业的生产效益。只要不断强化合成氨催化技术与工艺，才能直接从根源上降低整体的能耗和成本，发展和提升自身企业的核心价值力，满足现今市场的竞争力需求。
3 结语
本文就探究合成氨催化技术与工艺发展作出深度探讨和分析，结合不同形式下的合成氨催化技术与工艺类型，通过合成氨催化技术与工艺简述和技术路线细分化讨论、合成氨技术的进展并为之划分为微加压合成氨技术、等压合成氨技术和升压合成氨技术三种类型，另分析超临界合成氨的特有性质，不断强化现有的合成氨催化技术与工艺，发展国有工业的合成氨水催化技术水平，促进行业的发展进度，全方位提升企业的生产效率。
参考文献：
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[3]佚名.合成氨催化技术与工艺发展探究[J].当代化工研究,2019,38(02):160-161.