[精品]合成氨催化劑的研究

《[精品]合成氨催化劑的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。

1、合成氨催化劑的研究吳艇0820604013708化工一班摘要：合成氨是重要的化工原料，合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占冇重要地位，因此合成氨工藝和催化劑的改進(jìn)對(duì)降低能耗、提高經(jīng)濟(jì)效益啟巨人影響。文章對(duì)合成氨催化劑的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述，提出合成氨催化劑的發(fā)展建議。目前，鐵是合成氨工業(yè)小廣泛應(yīng)用的催化劑，它貝有高內(nèi)在活性，長(zhǎng)使用壽命和高密度特點(diǎn)，活性溫度在500°C左右，盡管鐵催化劑有許多優(yōu)點(diǎn)，但人們一直在努力開(kāi)發(fā)新型催化劑。關(guān)鍵詞：合成如；催化劑；傳統(tǒng)熔鐵催化劑；釘基催化劑研究進(jìn)展合成氨是重要的化工原料，主要用來(lái)生產(chǎn)化吧、硝酸、錢鹽、純堿

2、等。作為化學(xué)工業(yè)的支林產(chǎn)業(yè)之一，合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，與此同時(shí)合成氨也是一個(gè)人噸位、高能耗、低效益的產(chǎn)業(yè)。因而，合成氨工藝和催化劑的改進(jìn)將對(duì)降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生巨大的影響。開(kāi)發(fā)低溫高活性的新型催化劑，降低反應(yīng)溫度，提高氨的平衡轉(zhuǎn)化率和單程轉(zhuǎn)化率或?qū)崿F(xiàn)低壓合成氨，一直是合成氨工業(yè)的追逐冃標(biāo)。釘基催化劑的發(fā)明、鐵基催化劑體系的創(chuàng)立和三元氮化物催化劑的問(wèn)世無(wú)不凝聚了幾代科研工作者的心血。釘基催化劑的發(fā)明、鐵基催化劑體系的創(chuàng)立和三元氮化物催化劑的問(wèn)世無(wú)不凝聚了兒代科研工作者的心血。氨合成反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱且氣體體積縮

3、小的過(guò)程,從熱力學(xué)角度考慮,耍達(dá)到或接近平衡轉(zhuǎn)化率，催化反應(yīng)應(yīng)該在較低的溫度和較高的壓力下進(jìn)行。然而溫度的降低會(huì)使反應(yīng)速率下降，壓力的提高又會(huì)使能耗大大增加。從20世紀(jì)初Harber等開(kāi)發(fā)出合成氨鐵催化劑以來(lái),鐵催化劑在氨合成中的應(yīng)用就越來(lái)越廣泛。該催化劑具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，一般采用熔融法制備，以磁鐵礦和鐵為主要原料，添加各類助劑化合物,經(jīng)電阻爐熔煉后，再冷卻、破碎篩分成不同顆粒的鐵催化劑。研究表切,最好的熔鐵催化劑應(yīng)該只有一種鐵氧化物(單相性原理)，任何兩種鐵氧化物的混朵都會(huì)降低催化活性，陽(yáng)鐵氧化物氨合成的活性次序?yàn)?/p>

4、:Felx0>Fe304>Fe203>混合氧化物。實(shí)際應(yīng)川中，由于鐵催化劑起活溫度比較高，人型氨廠通常是在400°C?500°C和20.0MP&?30.OMPa條件下使用，在氨合成生產(chǎn)過(guò)程屮，對(duì)設(shè)備的要求也比較苛刻，能耗巨大。而壓力的降低，不僅可降低壓縮氣體能耗，還可采用簾價(jià)易得的機(jī)械和設(shè)備，使投資和操作費(fèi)用降低。因此，開(kāi)發(fā)在低溫和較低壓力下仍具有較屈活性的新型氨合成催化劑,就成為合成氨催化劑研究的關(guān)鍵。H前研究開(kāi)發(fā)的氨合成釘(Ru)棊催化劑，由于在低溫低壓等溫和的條件下具冇較高的活性，被譽(yù)為笫二代氨合成催化劑。鐵基催化劑的研究

5、1.1傳統(tǒng)熔鐵型催化劑傳統(tǒng)熔鐵型催化劑主要山磁恢礦組成，加入不同的助劑(如A1203、K20、CaO.MgO>BaO等)構(gòu)成了一系列不同型號(hào)的催化劑。陳林深等人以Fe3+(Cr3+)OFe2+混合離子和氨水為原料，用共沉淀方法制備C-Fe2O3(Fe3O4)晶型的鐵珞中變催化劑，在325°C、500hT、汽氣比2:1條件下,CO轉(zhuǎn)化率高達(dá)97%。該法除工藝簡(jiǎn)單，可利用廢催化劑Fe3+資源外，還可以在中和沉淀階段，把Mn2+,Zn2+,Co2+,Pb2+等金屬離子摻入尖晶石結(jié)構(gòu)屮，形成亞穩(wěn)態(tài)的類C-Fe2O3結(jié)構(gòu),為改進(jìn)催化劑性能

6、提供了較好的途徑。1.2鐵-鉆型催化劑王文祥等人以Fe3(Co)12為母體，以活性氧化鋁或活性炭為載體制備了負(fù)載型氨合成催化劑。在15MPa.400°C以上表現(xiàn)出很高活性，但低溫、常壓下幾乎無(wú)活性。與以Ru3(Co)12和RuC13-xH2O為母體的負(fù)載催化劑相比，負(fù)載釘催化劑在低溫常壓下即顯活性，且以RuC13-xH2O為母體比以Ru3(Co)12為母體的負(fù)載釘催化劑活性高。1.3亞鐵型催化劑FeO具冇化學(xué)非整比性、氧化性和亞穩(wěn)定性。在常溫下FeO的氧化反應(yīng)和歧化反應(yīng)速度很緩慢。含多種助劑的Fel-XO基催化劑在動(dòng)力學(xué)上是穩(wěn)定

7、的，母體屮只有一種鐵氧化物(Fel-XO)和一-種晶體結(jié)構(gòu)(Wustite),只有維氏體單獨(dú)存在于催化劑中時(shí)才具有高活性。研究發(fā)現(xiàn)具有維氏體(WUstite,Fel-XO,0.04WxW0.10)相結(jié)構(gòu)的氧化亞鐵基氨合成催化劑具有最高活性。1.4稀土作助劑的催化劑稀土元素包括毓、鈕和原子序數(shù)從57?71的輛系元素，由于其內(nèi)層4f電子的數(shù)H從0?14逐個(gè)逐滿所形成的特殊組態(tài)，造成稀土元索特有的催化、電化學(xué)等性質(zhì)和特殊的應(yīng)用。80年代初，研究發(fā)現(xiàn)在鐵基合成氨催化劑中添加稀土元素，稀土元素氧化物添加劑(CoO)富集于催化劑表而，經(jīng)還原

8、后與Fe形成Ce-Fe金屬化物，促進(jìn)Fe向N:輸出電子,加速氮的活性吸附,捉高了催化劑的活性;Ce由界面向基體的遷移速度比K慢，使Ce比K能更長(zhǎng)時(shí)間保留在界他發(fā)揮其促進(jìn)活性的作用,保證催化劑具有更長(zhǎng)的使用壽命。1.5鐵猛催化劑用Mn2+離子浸漬修飾工業(yè)A110-