合成氨催化劑研究.ppt

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1、合成氨催化劑研究合成氨工藝簡(jiǎn)介20世紀(jì)初Harber等開(kāi)發(fā)出合成氨鐵催化劑N2+3H22NH3ΔH=-91.44KJ/mol體積縮小的放熱反應(yīng)FritzHaber(1868~1934)合成氨催化反應(yīng)的基元步驟控速步驟合成氨催化劑的設(shè)計(jì)思想從熱力學(xué)上考慮要達(dá)到接近平衡轉(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。N2在催化劑表面的解離吸附是合成氨反應(yīng)的控速步驟，需要很高的活化能。要求設(shè)計(jì)的催化劑在低溫下有著良好的反應(yīng)活性。合成氨催化劑的分類(lèi)鐵基熔鐵催化劑(包括Fe3O4，和Fe1-xO)釕基催化劑(Ru/

2、載體)鐵基催化劑1.傳統(tǒng)的Fe3O4熔鐵催化劑2.Fe1-xO基新型合成氨催化劑1.1經(jīng)典火山形活性曲線Conversionefficiency(%)R=n(Fe2+)/n(Fe3+)PromoterAl2O3-K2O,SV=10,000h-1,p=10.1MPa,T=450℃FeO?Fe2O31.2五種晶面上合成氨活性對(duì)比(111)(211)(100)(210)(110)r/(nmol/(cm3?s)1.3助劑傳統(tǒng)助劑Al2O3，K2O，CaO，MgOCo助劑ICI－AMV工藝A201Fe-Co催化劑ICI

3、含Co催化劑的組成和活性組成活性Fe3O4CoO5.2450℃134CaO1.9400℃144K2O0.8350℃160Al2O32.5MnO0.2100為不含Co的催化劑SiO20.5活性A201(含Co)與A110(普通)活性比較20MPa，30,000h-1催化劑不同反應(yīng)溫度下出口處NH3濃度(%)400℃425℃450℃475℃500℃A201(福建)19.5522.0422.1120.2017.32A110_318.4520.8721.4119.5317.13A201(應(yīng)山)19.8221.8722

4、.1220.2017.54A110_618.2320.7521.3419.6017.352.1對(duì)R定義的拓展，維氏體系催化劑的提出熔鐵催化劑的駝峰形活性曲線PromoterAl2O3-K2O,SV=30,000h-1,p=15.1MPa,(1)T=425℃，(2)T=400℃RFeO?Fe3O4維氏體2.2鐵氧化物的活性模型圖Fe2O3Fe2O3?Fe3O4Fe3O4Fe3O4?FeOFeO2.3單相性原理1最好的熔鐵催化劑應(yīng)該只有一種鐵氧化物2任何兩種鐵氧化物的混雜都會(huì)降低催化活性3鐵氧化物合成氨活性次序?yàn)?/p>

5、:Fe1-xO>Fe3O4>Fe2O3>混合氧化物2.4Fe1-xO催化劑的制備磁鐵礦為原料，與還原劑(純鐵或者純碳)在高溫(1500℃以上)下的熔融法.副反應(yīng)：磁鐵礦與還原劑的比例要高于化學(xué)計(jì)量比，調(diào)節(jié)兩者比例可以制成不同化學(xué)組成的熔鐵催化劑。2.5Fe1-xO催化劑的活性初探隨著母體鐵氧化物組成的變化,表面活性位密度沒(méi)有顯著差別,而活性位強(qiáng)度(TOF)有規(guī)律性變化,當(dāng)催化劑而母體為Fe1-xO時(shí)活性位強(qiáng)度最大.釕基催化劑上世紀(jì)30年代就有報(bào)道，但由于所制備的催化劑活性不高，沒(méi)被重視。1972年，Aika，

6、以釕為活性組分，以鉀為助劑，以活性炭為載體的合成氨催化劑的研究成果引發(fā)釕基催化劑的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)。1992年KAAP工藝開(kāi)發(fā)成功，在加拿大工業(yè)生產(chǎn)釕基催化劑的特點(diǎn)與熔鐵催化劑相比，釕基催化劑的活性高，以釕為活性組分，以鉀為助劑，以活性炭為載體的催化劑在合成氨反應(yīng)中的活化能為69.1KJ/mol(鐵催化劑上為103KJ/mol)，可在較低溫度，較低壓力下進(jìn)行合成氨的反應(yīng)。釕基催化劑與鐵基催化劑的比較合成氨工藝開(kāi)發(fā)研究的意義在合成氨工藝的開(kāi)發(fā)研究過(guò)程中包含和孕育了創(chuàng)造性的科學(xué)思想化學(xué)平衡質(zhì)量作用定律的應(yīng)用高壓反應(yīng)技術(shù)混

7、合催化劑它是多相催化的起點(diǎn)