合成氨催化剂研究.ppt

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1、合成氨催化剂研究合成氨工艺简介20世纪初Harber等开发出合成氨铁催化剂N2+3H22NH3ΔH=-91.44KJ/mol体积缩小的放热反应FritzHaber(1868~1934)合成氨催化反应的基元步骤控速步骤合成氨催化剂的设计思想从热力学上考虑要达到接近平衡转化率，催化反应应该在较低的温度和较高的压力下进行。N2在催化剂表面的解离吸附是合成氨反应的控速步骤，需要很高的活化能。要求设计的催化剂在低温下有着良好的反应活性。合成氨催化剂的分类铁基熔铁催化剂(包括Fe3O4，和Fe1-xO)钌基催化剂(Ru/

2、载体)铁基催化剂1.传统的Fe3O4熔铁催化剂2.Fe1-xO基新型合成氨催化剂1.1经典火山形活性曲线Conversionefficiency(%)R=n(Fe2+)/n(Fe3+)PromoterAl2O3-K2O,SV=10,000h-1,p=10.1MPa,T=450℃FeO•Fe2O31.2五种晶面上合成氨活性对比(111)(211)(100)(210)(110)r/(nmol/(cm3•s)1.3助剂传统助剂Al2O3，K2O，CaO，MgOCo助剂ICI－AMV工艺A201Fe-Co催化剂ICI

3、含Co催化剂的组成和活性组成活性Fe3O4CoO5.2450℃134CaO1.9400℃144K2O0.8350℃160Al2O32.5MnO0.2100为不含Co的催化剂SiO20.5活性A201(含Co)与A110(普通)活性比较20MPa，30,000h-1催化剂不同反应温度下出口处NH3浓度(%)400℃425℃450℃475℃500℃A201(福建)19.5522.0422.1120.2017.32A110_318.4520.8721.4119.5317.13A201(应山)19.8221.8722

4、.1220.2017.54A110_618.2320.7521.3419.6017.352.1对R定义的拓展，维氏体系催化剂的提出熔铁催化剂的驼峰形活性曲线PromoterAl2O3-K2O,SV=30,000h-1,p=15.1MPa,(1)T=425℃，(2)T=400℃RFeOFe3O4维氏体2.2铁氧化物的活性模型图Fe2O3Fe2O3Fe3O4Fe3O4Fe3O4FeOFeO2.3单相性原理1最好的熔铁催化剂应该只有一种铁氧化物2任何两种铁氧化物的混杂都会降低催化活性3铁氧化物合成氨活性次序为

5、:Fe1-xO>Fe3O4>Fe2O3>混合氧化物2.4Fe1-xO催化剂的制备磁铁矿为原料，与还原剂(纯铁或者纯碳)在高温(1500℃以上)下的熔融法.副反应：磁铁矿与还原剂的比例要高于化学计量比，调节两者比例可以制成不同化学组成的熔铁催化剂。2.5Fe1-xO催化剂的活性初探随着母体铁氧化物组成的变化,表面活性位密度没有显著差别,而活性位强度(TOF)有规律性变化,当催化剂而母体为Fe1-xO时活性位强度最大.钌基催化剂上世纪30年代就有报道，但由于所制备的催化剂活性不高，没被重视。1972年，Aika，

6、以钌为活性组分，以钾为助剂，以活性炭为载体的合成氨催化剂的研究成果引发钌基催化剂的开发热点。1992年KAAP工艺开发成功，在加拿大工业生产钌基催化剂的特点与熔铁催化剂相比，钌基催化剂的活性高，以钌为活性组分，以钾为助剂，以活性炭为载体的催化剂在合成氨反应中的活化能为69.1KJ/mol(铁催化剂上为103KJ/mol)，可在较低温度，较低压力下进行合成氨的反应。钌基催化剂与铁基催化剂的比较合成氨工艺开发研究的意义在合成氨工艺的开发研究过程中包含和孕育了创造性的科学思想化学平衡质量作用定律的应用高压反应技术混

7、合催化剂它是多相催化的起点