摘要：氮和氢在高温高压与催化剂的共同作用下，会发生化学反应，并生成产物，即我们常说的合成氨。经过多年的发展与实践，我国合成氨催化技术与相关工艺得到充足发展，且生成的产物广泛应用于农业生产当中，并多以化肥原料形式存在。介于我国属于农业生产大国的影响，对合成氨的生产量与需求量较高，如此一来，我国加强了对合成氨催化工艺的研究力度，取得的研究效果较为显著。针对于此，文章主要对合成氨催化技术与相关工艺发展情况展开研究，以供参考。
关键词：合成氨；催化技术；工艺发展；化肥
0引言
合成氨作为支撑我国农业生产结构顺利发展的核心技术，在某些层面上可以加强农业生产稳定性与生产效率，具有重要的应用意义。近些年来，我国积极引进国外先进技术，进一步对合成氨的催化技术与工艺方法进行了充分完善，目的在于通过不断完善与优化合成氨工艺，实现提高农业生产质量的目的，尽早实现农业增产增量要求。为进一步促进合成氨工艺的应用效果，我国研究人员针对合成氨催化技术的工艺流程与工艺参数，进行了严格控制，确保催化剂性能的安全性与高效性。可以说，通过加强对合成氨催化技术与工艺发展的研究力度，基本上实现了预期发展目标。
1合成氨催化技术与工艺分析
1.1合成氨催化技术现状
现阶段，我国合成氨工艺经过多年的发展与完善，基本上已经位于世界技术领先地位。基于高温高压条件下的合成氨生产催化效率，俨然与平衡氮浓度大体相近。但是需要注意的是，合成氨呈现出的单程转化率始终不足。究其原因，主要是因为生产过程中多数原料气体需要经历多次循环处置，使得合成氨自身携带的反应能量较高，且消耗程度较高，导致原料气体被大量浪费掉，无法达到预期的单程转化率。为进一步提高合成氨的平衡转化率，我国加强了对合成氨反应温度的控制力度，以期可以全面提升催化剂的活性效率，尤其是在低温条件下。
在化肥二期合成氨装置的选择方面，采用KBR组合合成氨工艺技术，加强合成氨的平衡转化率。KBR主要是指利用凯洛格-布朗路特公司生产的深冷净化工艺与相关设备组合而成的合成氨工艺技术。在基本架构方面，主要以单台卧式高压设备为主，并且在高压壳体内设置绝热床层，共3个。每个床层当中填入改进后的铁催化剂，控制好第二及第三层入口温度之后，经换热后的入塔气体多会返回第一层当中进行充分反应，如此一来，基本上可以提升原料气体的单程转化率。
1.2合成氨催化技术研究路线
目前，我国合成氨工艺催化剂在高温高压条件下，所得的催化效率基本上与平衡氨浓度接近。为进一步加强催化效率，国内外主要从以下技术路线进行研究，以期可以尽早实现催化效率与平衡浓度完全贴近的目的，具体如下。
Fe3O4传统熔铁催化剂。主要是根据火山型火星曲线得来的催化剂类型。然而，在提升催化剂活性方面不尽如意。主要表现在合成氨反应中，在合成氨反应中Fe3O4催化剂的活性难以得到有效提升。即便是经过多年的发展与优化，也无法寻求到突破点加以解决。如此一来，这种方法难以适用于当前，基本上被淘汰。
钌基催化剂。主要根据浸渍法原理，将稀有金属钌以极高的分散度放置在对应载体之上，经过系列反应得到钌基催化剂。与Fe3O4催化剂类似，在合成氨反应速率的控制方面，主要是以氮气在钌基催化剂的解离效率为主，或者吸附平衡性为主。一般来说，这种催化剂在KAAP工艺当中，取得的实践成果尤为明显，比较利于催化效率的有效提升。
FeO基催化剂。FeO基催化剂是由我国研究人员提出的一种以维氏体为前驱体的催化剂类型。结合实际经验来看，这种催化剂在某些层面上攻克传统理念的界定，将合成氨催化剂带入到了全新发展进程当中。一般来说，FeO基催化剂在低温低压条件下，往往可以集中体现出较高活性特点，呈现出的还原性特征较为明显。但是FeO基催化剂的生产成本过高且制造工艺复杂，实际应用多需要斟酌而行。
1.3KAAP合成氨工艺
KPPA合成氨工艺在正式应用过程中，主要以钌基催化剂为主。相较于传统铁催化剂而言，具备的活性效率更高，比较利于合成氨生产效率的提高。
最重要的是，KAAP合成氨工艺采取性能较佳的热壁塔设施，大体上可以实现将不同床的催化剂与内部换热器共置于筒体内的要求，解决以往生产效率不高的问题。与此同时，三床主要采用钌基催化剂，而一床主要以铁催化剂为主，与以往生产工艺相比，涉及到的造价成本大幅度下降。除此之外，这种工艺对于氢气与氮气比的适应范围较为宽松，基本上也可以在高氨浓度下实现化学反应。
2合成氨催化技术与发展趋势
2.1超临界合成氨技术
在合成氨反应过程中，随着反应温度的不断升高，化学反应速率会得到明显提升，此时，平衡氨浓度会随之下降。结合现状来看，工业合成氨催化剂往往需要在475℃以上的高温条件下反应，此时无论是反应速度，亦或是反应过程，已经接近平衡氨浓度。若想进一步提高单程转化率，基本上是不可能的。究其原因，主要是受到化学平衡条件的限制。针对于此，为实现单程转化效率的进一步提高，研究人员主张提高催化剂的低温活性特点，目的在于降低反应温度，确保催化剂在低温条件下，仍保持原有的活性特点。然而，现存的各种型号氨催化剂受到自身化学特性的影响，很难达到上述要求。
而通过结合非平衡限制氮加氢技术基本上可以攻克化学平衡的限制，进一步提高单程转化效率。一般来说，超临界流体具备气体与液体的应用特质，即与液体密度接近、与气体粘度接近的特性，往往可以集中体现出良好的萃取能力。通过利用上述特性基本上达到提高整体化学反应转化率的效果，如加强正向反应速度等。且从宏观角度上来看，这种方式能够打破传统合成氨反应平衡效果，使得平衡条件受到严重制约，原先的可逆反应会转换成为不可逆反应。如此一来，合成氨单程转化效率会明显增加，进而实现节能降耗的目的。足以见得，超临界合成氨技术具备良好的应用特性，值得推广与应用。
2.2等压合成氨技术
倘若大型合成氨流程以煤作为主要原料，多可以将工艺方式分为等压合成氨技术、微加压合成氨、升压合成氨技术等类型。其中，等压合成氨技术（8.5MPa制气/7.4MPa合成氨）主要通过控制反应压力，防止合成气压出现明显的缩机能耗问题，属于一种效率较高的工艺方式。一般来说，等压合成氨技术技术关键点在于以低温低压条件作为技术反应条件，目的在于进一步加强合成氨催化效率，规避以往催化效率不佳的问题。
近些年来，国外研究人员针对合成氨工艺提出了多种原理要求，主要是基于不同原理的低温低压合成催化剂反应类型。根据实践效果来看，若想达到经济生产目标，必须确保氨净值≥8.4%（体积分数）。但是通过应用等压合成氨技术，在氨净值10%左右的条件下就可以完成反应过程，并达到经济生产目标。与此同时，部分研究人员通过大量实验证明，大型合成氨工厂通过采用等压合成工艺，不仅可以有效节省电量消耗，同时还可以有效提升氨原料消耗，具有较大的应用意义。
2.3发展趋势
根据我国当前合成氨催化技术的发展现状来看，我国未来在这一技术领域的发展，势必会沿着“降低生产成本、提高运行周期、优化经济性”方向发展。目的在于集中体现出合成氨催化技术的低能耗、清洁性、经济性特点。与此同时，合成氨催化技术的相关装置也会随着时代的不断发展，而不断进行完善。且生产规模会结合大型化、集成化特点，不断拓展，形成科学、合理的体系。除此之外，我国在合成氨催化工艺方面会立足于实际情况，不断优化工艺流程内容，确保合成氨催化效率得以有效提高。
3结语
总而言之，我国合成氨催化技术与相关工艺流程在某些层面上，基本上取得了预期成果，进一步提升了合成氨催化工艺的发展水平。为进一步提升合成氨催化工艺效果，建议技术人员应该严格把控生产过程中的流程内容、以及加强工艺参数的控制力度，确保合成氨的催化性能得以有效发挥。与此同时，针对当前合成氨催化技术存在的不足问题，必须加以及时解决。可以通过研发高活性催化剂的方式，进一步提升合成氨催化效率，从根本上推动合成氨生产进程。
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