[精品]合成氨催化剂的研究

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1、合成氨催化剂的研究吴艇0820604013708化工一班摘要：合成氨是重要的化工原料，合成氨工业在国民经济中占冇重要地位，因此合成氨工艺和催化剂的改进对降低能耗、提高经济效益启巨人影响。文章对合成氨催化剂的研究进展进行了评述，提出合成氨催化剂的发展建议。目前，铁是合成氨工业小广泛应用的催化剂，它貝有高内在活性，长使用寿命和高密度特点，活性温度在500°C左右，尽管铁催化剂有许多优点，但人们一直在努力开发新型催化剂。关键词：合成如；催化剂；传统熔铁催化剂；钉基催化剂研究进展合成氨是重要的化工原料，主要用来生产化吧、硝酸、钱盐、纯碱

2、等。作为化学工业的支林产业之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位，与此同时合成氨也是一个人吨位、高能耗、低效益的产业。因而，合成氨工艺和催化剂的改进将对降低能耗，提高经济效益产生巨大的影响。开发低温高活性的新型催化剂，降低反应温度，提高氨的平衡转化率和单程转化率或实现低压合成氨，一直是合成氨工业的追逐冃标。钉基催化剂的发明、铁基催化剂体系的创立和三元氮化物催化剂的问世无不凝聚了几代科研工作者的心血。钉基催化剂的发明、铁基催化剂体系的创立和三元氮化物催化剂的问世无不凝聚了儿代科研工作者的心血。氨合成反应是一个可逆放热且气体体积缩

3、小的过程,从热力学角度考虑,耍达到或接近平衡转化率，催化反应应该在较低的温度和较高的压力下进行。然而温度的降低会使反应速率下降，压力的提高又会使能耗大大增加。从20世纪初Harber等开发出合成氨铁催化剂以来,铁催化剂在氨合成中的应用就越来越广泛。该催化剂具有价格低廉、稳定性好等特点，一般采用熔融法制备，以磁铁矿和铁为主要原料，添加各类助剂化合物,经电阻炉熔炼后，再冷却、破碎筛分成不同颗粒的铁催化剂。研究表切,最好的熔铁催化剂应该只有一种铁氧化物(单相性原理)，任何两种铁氧化物的混朵都会降低催化活性，阳铁氧化物氨合成的活性次序为

4、:Felx0>Fe304>Fe203>混合氧化物。实际应川中，由于铁催化剂起活温度比较高，人型氨厂通常是在400°C〜500°C和20.0MP&〜30.OMPa条件下使用，在氨合成生产过程屮，对设备的要求也比较苛刻，能耗巨大。而压力的降低，不仅可降低压缩气体能耗，还可采用簾价易得的机械和设备，使投资和操作费用降低。因此，开发在低温和较低压力下仍具有较屈活性的新型氨合成催化剂,就成为合成氨催化剂研究的关键。H前研究开发的氨合成钉(Ru)棊催化剂，由于在低温低压等温和的条件下具冇较高的活性，被誉为笫二代氨合成催化剂。铁基催化剂的研究

5、1.1传统熔铁型催化剂传统熔铁型催化剂主要山磁恢矿组成，加入不同的助剂(如A1203、K20、CaO.MgO>BaO等)构成了一系列不同型号的催化剂。陈林深等人以Fe3+(Cr3+)OFe2+混合离子和氨水为原料，用共沉淀方法制备C-Fe2O3(Fe3O4)晶型的铁珞中变催化剂，在325°C、500hT、汽气比2:1条件下,CO转化率高达97%。该法除工艺简单，可利用废催化剂Fe3+资源外，还可以在中和沉淀阶段，把Mn2+,Zn2+,Co2+,Pb2+等金属离子掺入尖晶石结构屮，形成亚稳态的类C-Fe2O3结构,为改进催化剂性能

6、提供了较好的途径。1.2铁-钻型催化剂王文祥等人以Fe3(Co)12为母体，以活性氧化铝或活性炭为载体制备了负载型氨合成催化剂。在15MPa.400°C以上表现出很高活性，但低温、常压下几乎无活性。与以Ru3(Co)12和RuC13-xH2O为母体的负载催化剂相比，负载钉催化剂在低温常压下即显活性，且以RuC13-xH2O为母体比以Ru3(Co)12为母体的负载钉催化剂活性高。1.3亚铁型催化剂FeO具冇化学非整比性、氧化性和亚稳定性。在常温下FeO的氧化反应和歧化反应速度很缓慢。含多种助剂的Fel-XO基催化剂在动力学上是稳定

7、的，母体屮只有一种铁氧化物(Fel-XO)和一-种晶体结构(Wustite),只有维氏体单独存在于催化剂中时才具有高活性。研究发现具有维氏体(WUstite,Fel-XO,0.04WxW0.10)相结构的氧化亚铁基氨合成催化剂具有最高活性。1.4稀土作助剂的催化剂稀土元素包括毓、钮和原子序数从57〜71的辆系元素，由于其内层4f电子的数H从0〜14逐个逐满所形成的特殊组态，造成稀土元索特有的催化、电化学等性质和特殊的应用。80年代初，研究发现在铁基合成氨催化剂中添加稀土元素，稀土元素氧化物添加剂(CoO)富集于催化剂表而，经还原

8、后与Fe形成Ce-Fe金属化物，促进Fe向N:输出电子,加速氮的活性吸附,捉高了催化剂的活性;Ce由界面向基体的迁移速度比K慢，使Ce比K能更长时间保留在界他发挥其促进活性的作用,保证催化剂具有更长的使用寿命。1.5铁猛催化剂用Mn2+离子浸渍修饰工业A110-