氨合成催化剂
氨合成催化剂简介

氨合成催化剂简介史** 309010**** 化工090*合成氨工业的巨大成功不仅解决了人类因人口增长所需要的粮食,而且带动了一系列基础理论的发展。
合成氨工业创立的本身就包含着伟大的创造性和光辉的科学思想。
Haber和Bosch提出的化学平衡与质量作用定律的应用、高压反应技术、封闭流程操作、动态反应速率概念,Mittasch提出的混合催化剂的概念以及化学家、工程师、物理学家、材料学家与各种工匠群体合作的成功先例等,推动了整个化学工业和材料工业的发展。
合成氨催化剂是多相催化领域中许多基础研究的起点。
许多多相催化科学的基本理论和概念都来自于或首先试用于催化合成氨。
合成氨工业及其催化过程的巨大成功奠定了多相催化科学的基础。
氨合成熔铁催化剂是世界上研究得最成功、最透彻的催化剂之一。
本报告主要介绍传统Fe3O4基熔铁催化剂。
氨合成催化剂的新进展也将予以简介。
熔铁催化剂的组成及特性熔铁催化剂的主要成分为Fe3O4,其含量为90%左右,助催化剂主要是Al2O3、K2O、CaO、MgO等金属氧化物以及SiO2非金属氧化物,通常用磁铁矿为原料,由熔融法制备。
在催化剂装填至反应器后,由铁氧化物还原得到的α-Fe是氨合成反应的主催化剂,但由纯铁氧化物还原得到的催化剂在合成氨过程中很快会失活。
作为助催化剂的Al2O3、K2O、CaO、MgO、SiO2等氧化物不被还原,虽然对氨合成不具有催化作用,但它们改善了α-Fe的催化活性,增强了耐热和抗毒能力,延长了使用寿命。
其中,Al2O3、Cr2O3、MgO、V2O5、ZrO2、TiO2、SiO2等高温难熔氧化物属于结构性助催化剂,它们能增加催化剂在还原和操作时的抗热能力和抗毒能力,起着增大表面积、稳定结构的作用,但却降低了每单位总表面积的比活性和还原速度。
K2O、CaO等碱金属、碱土金属和稀土金属氧化物作为电子性助催化剂,同结构性助催化剂的作用相反,它们能增加单位表面积的比活性,但却削弱了抗热和抗氧毒物的能力。
合成氨的合成工段工艺要点

合成氨的合成工段工艺要点
合成氨的合成工艺有以下几个要点:
1. 催化剂选择:合成氨的催化剂通常采用铁、钼和钾的化合物。
常见的催化剂有铁钼催化剂和铁钾催化剂。
催化剂的选择要考虑到催化剂的活性、稳定性和寿命等因素。
2. 反应条件:合成氨的合成反应是在高温高压下进行的。
典型的反应条件为350-450摄氏度和100-250大气压。
高温高压有利于提高反应速率和提高氨的产率。
3. 进料气体配比:合成氨的进料气体通常是氢气和氮气。
为了提高氨的产率,进料气体的氢气和氮气的摩尔比要控制在3:1到3.2:1之间。
4. 反应器设计:合成氨的反应器通常采用垂直管式反应器。
反应器内部通常有多层催化剂床。
反应器的设计要考虑到反应器的温度和压力控制,以及催化剂的补给和废物处理等因素。
5. 中间产品的处理:合成氨反应过程中会生成一些副产物和杂质,如水、氨基酸和硫化物等。
这些中间产品需要进行处理和去除,以保证合成氨的纯度和质量。
6. 能源利用:合成氨的合成过程需要大量的能源。
为了提高能源利用效率,可
以采用废热回收和氨合成废气回收等技术手段。
综上所述,合成氨的合成工艺要点包括催化剂选择、反应条件控制、进料气体配比、反应器设计、中间产品的处理和能源利用等方面。
这些要点的合理选择和控制对于提高氨的产率和质量非常重要。
氨合成的催化剂

氨合成的催化剂一、引言氨合成是一种重要的工业化学反应,广泛应用于制造化肥等领域。
在氨合成反应中,催化剂起着至关重要的作用。
本文将详细介绍氨合成反应中常用的催化剂。
二、铁系催化剂铁系催化剂是氨合成反应最早采用的催化剂之一。
这种催化剂主要由铁、钴、锆等金属组成,其特点是具有较高的活性和选择性。
此外,铁系催化剂还具有良好的耐久性和稳定性,在工业生产中得到了广泛的应用。
三、钌系催化剂钌系催化剂是近年来被广泛研究和应用的一种新型催化剂。
这种催化剂主要由钌、锰等金属组成,其特点是具有较高的活性和选择性,并且在高温下仍能保持稳定性。
此外,钌系催化剂还具有良好的抗毒性,在氨合成反应过程中能够有效地抵御碳氢物质等有害物质对其产生的影响。
四、钼系催化剂钼系催化剂是一种常用的氨合成催化剂,主要由钼、铝等金属组成。
这种催化剂具有较高的活性和选择性,并且在高温下仍能保持稳定性。
此外,钼系催化剂还具有良好的抗毒性和耐腐蚀性,在氨合成反应中表现出色。
五、其他催化剂除了以上几种催化剂外,还有许多其他类型的氨合成催化剂。
例如,铑系催化剂、镍系催化剂、银基催化剂等都具有一定的应用前景。
这些新型催化剂在提高反应效率、降低生产成本等方面都具有重要作用。
六、结论综上所述,氨合成反应中的催化剂种类繁多,每种催化剂都具有其独特的优点和缺点。
在实际生产中,应根据不同情况选择最适合自己需求的催化剂,以达到最佳效果。
同时,未来还需要进一步研究和开发新型高效稳定的氨合成催化剂,以满足不断增长的市场需求。
氨合成的催化剂

氨合成的催化剂引言氨是一种重要的化工原料,广泛应用于农业、化肥制造、化工合成等领域。
而氨合成过程中最关键的环节就是催化剂的选取。
本文将会全面介绍氨合成催化剂的种类、工作原理、制备方法以及相关的工业应用,以加深我们对氨合成催化剂的了解。
催化剂种类在氨合成过程中,常用的催化剂主要包括铁系催化剂、钌系催化剂和铑系催化剂。
这些催化剂具有高效能、稳定性好的特点,被广泛应用于工业生产中。
铁系催化剂铁系催化剂是氨合成过程中最常见的催化剂之一。
传统的铁系催化剂主要是以铁为主要成分,常配以适量的铝、钾等元素。
这类催化剂具有成本低、晶体结构稳定等优点,然而其催化活性相对较低,需要高温和高压下进行反应。
近年来,随着纳米技术的发展,铁基纳米催化剂成为了新的研究热点,其催化活性和选择性得到了极大的提高。
钌系催化剂钌系催化剂是氨合成中的另一类重要催化剂。
钌具有较高的催化活性和选择性,常作为铁系催化剂的替代品使用。
研究表明,钌催化剂在较低温下即可实现氨合成反应,大大降低了能耗。
此外,钌系催化剂对反应物质的吸附性能和解离能力较强,可以促进氨合成反应的进行。
铑系催化剂铑系催化剂在氨合成领域中也有着广泛的应用。
铑是一种包括铑金属和铑氧化物等在内的化合物,具有较高的催化活性和稳定性。
铑催化剂不仅可用于氨合成反应的催化剂,还可以在其他化学反应中发挥重要作用。
然而,铑系催化剂的价格较高,限制了其在工业生产中的应用。
催化剂在氨合成反应中起到了至关重要的作用。
一方面,催化剂可以提供活性位点,吸附反应物质并降低其解离能力,从而促进反应的进行。
另一方面,催化剂还可以降低反应的活化能,提高反应的速率。
具体而言,催化剂与反应物之间会发生物理吸附和化学吸附的过程。
在物理吸附中,反应物只是通过分子间的范德瓦尔斯力与催化剂表面相互作用。
而在化学吸附中,反应物会与催化剂发生化学反应,生成中间体。
通过物理吸附和化学吸附的交替作用,反应物逐步转化为产物。
催化剂的选择需要考虑多个因素,如催化活性、化学稳定性、抗中毒性等。
合成氨催化剂的生产和技术

合成氨催化剂的生产和技术发布时间:2023-01-04T05:52:04.717Z 来源:《中国科技信息》2023年17期作者:张鹏[导读] 合成氨广泛用于工业硝酸、盐铵和化肥的生产过程,间接促进了国民经济的发展。
与此同时,有关工业对氨的需求以吨计有所增加,这是工业建设和化学发展的基本原料之一。
张鹏陕西黄陵煤化工有限责任公司陕西延安 727307摘要:合成氨广泛用于工业硝酸、盐铵和化肥的生产过程,间接促进了国民经济的发展。
与此同时,有关工业对氨的需求以吨计有所增加,这是工业建设和化学发展的基本原料之一。
但是,作为工业发展和国民经济的重要参与者,传统的合成氨往往消耗更多的能源,产生较少的效益。
因此,对合成氨催化剂的研究开发不断进行推导。
本文介绍了合成氨催化剂的研究开发,讨论了最新的合成氨研发趋势,供参考。
关键词:合成氨;催化剂;新技术;研究进展前言作为合成氨化工的重要原料,在中国工业建设和经济生产中发挥着十分重要的作用,合成氨相关催化剂的开发也是化工发展的重要组成部分。
但是,我们还必须认识到,合成氨工业在实际生产中也消耗大量能源在全球气候日益受到灾害威胁的时候,化学研究人员必须加倍努力,改进现有的催化剂,以提高合成氨工业的总体效率。
1 铁基催化剂的研究1.1铁系氨合成催化剂A-110-1催化剂是一种以铁-氨为基础的合成催化剂,主要由磁铁矿的传统熔炼形成。
为了提高催化剂活性和稳定性,结构催化剂如Al2O3、K2O、CaO、BaO等。
已添加到准备中。
其作用是利用这些高熔点折射氧化物作为活性物质的α-Fe晶体的绝缘材料,防止容易发生摩擦的微晶接触,从而提高催化剂体的热稳定性。
SiO2 _ 2通常是从磁铁矿原料引入的,其适当存在类似于Al2O3,它可以稳定铁颗粒,提高催化剂的热阻和水的毒性。
催化剂的组成和含量在熔化状态下相互作用,影响催化剂的活性和热稳定性。
尤其是还原催化剂表面化学成分对催化剂的活性和稳定性起着重要作用。
氨合成催化剂

与经典的以四氧化三铁为主相的催化剂对比
预还原态
评价条件:粒度0.35-0.84mm,SV=1.5×104h-1,P=15Mpa 评价时间:2003年06月
Panjin Süd-Chemie Liaohe Catalyst Co.,Ltd. Page 19
氨合成催化剂
对比数据
样品型号 耐热后425℃氨净值 变化率% 耐热后400℃氨净值 变化率%
评价时间:2003年05月
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氨合成催化剂
Amomax-10/Amomax-10H催化剂测试结果
2.测试条件 T=425℃ 空速:1.5*104 h-1
评价时间:2003年05月
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氨合成催化剂
催化剂经济分析
•节省压缩机功耗是长期的效益 •同等压缩机功耗条件下增产是长期的效益 •开工相对少的稀氨水排放有利环保并节省开工成本增加效益 •相对短期的开工时间可迅速建立正常生产,节省开工成本增加 效益
Structural and electronic promotors: Ca, Al, K, rare earth elements 结构和电子助剂: Ca, Al, K, 及稀土氧化物
Leading to(达到): –High activity at low temperature and pressure(低温低压 高活性) –Fast reduction rate(还原速度快) –High mechanical strength(高机械强度)
氨合成催化剂(一)

氨合成催化剂(一)2003年2月28日Nitrogen & Methanol在上一世纪初期,巴斯夫的Haber、Bosch 等人开始研究利用催化剂把气态的H2和N2合成为氨,其中铂石棉研究是一显著的起点;尽管后来证明并没有多大的效果。
其后,人们对数千种其它具有潜在催化活性的组分如第Ⅷ族金属钴、锇以及其它的过渡金属如钨、钼及锰、稀土金属如铈甚至铀等进行了研究。
正如早期专利中所揭示的那样,巴斯夫的研究者首次形成了“助剂”(他们的术语)的概念,他们也能鉴别得出毒性物质如硫、磷,较重的第Ⅴ、Ⅵ族元素以及易熔化可还原的金属如铅、锡、锌等对催化剂性能造成的影响,。
在1913年,Mittasch提出了第一个高活性钌系氨合成催化剂生产的专利申请,即采用以钌为助剂、用钾和钌的碱性溶液来浸渍载体。
这种催化剂最终应用在两个商业化的工厂,它们分别于1913-1915年建立在Oppau和Leipzig两个地区。
后来,这些工厂进行了装置扩大和改造,这种改良工艺使得巴斯夫在多年以后一直维持着世界第一氨生产商的地位。
尽管在早期年代,巴斯夫的竞争者一直致力于可替代的其它的催化剂的开发,目的在于寻求真正地改进或避开已有专利保护的范围。
就其成本而言,没有一种催化剂能取代熔铁催化剂。
例如,在1918年,美国的第一个利用以钠为助剂的钴催化剂工厂,开车时并没有取得成功。
这样,Mittasch型熔铁催化剂很快维持了它的工业地位。
与那些竞争对手相比,它的成分比较便宜,如果使用正确将维持较长的使用寿命。
事实上,在合成氨厂,它是使用寿命最长的催化剂。
很多年以来,尽管在催化剂的物理性能和生产技术方面也有一些改进,但是在合成气体部分,从改进催化剂、工艺技术及操作实践中得到的收获要比改变氨合成催化剂的化学特性的收获多得多。
改变化学特性的动机在于最近时期日益增长的技术-经济方面的因素,促使研究者们希望能设计规模更大、能量利用更充分的合成氨厂,而并不是由于铁系催化剂的可靠性存在缺陷。
氨重整催化剂

氨重整催化剂导语:氨重整催化剂是一种广泛应用于氨合成和氢能产业的重要催化剂。
本文将从催化剂的原理、应用领域和未来发展等方面进行介绍。
1. 催化剂的原理氨重整催化剂以金属作为活性中心,常见的有镍基和铁基催化剂。
催化剂通过吸附氨和水蒸气,进行氨的反应,生成氢气和氮气。
该过程中,催化剂表面的金属颗粒起到了催化作用,降低了反应的活化能,提高了反应速率。
2. 应用领域氨重整催化剂广泛应用于氨合成和氢能产业。
在氨合成中,催化剂的作用是将氨气转化为氢气,用于合成氨的生产。
而在氢能产业中,催化剂则用于氢能的储存和利用,例如燃料电池等。
3. 催化剂的发展趋势随着氢能产业的快速发展,氨重整催化剂也在不断改进和创新。
一方面,研究人员致力于提高催化剂的活性和稳定性,以提高反应效率和延长催化剂的使用寿命。
另一方面,也在探索新型催化剂材料,如过渡金属氮化物、金属有机框架等,以期实现更高效的氨重整反应。
4. 催化剂的挑战与前景尽管氨重整催化剂在氨合成和氢能产业中发挥着重要作用,但仍面临一些挑战。
首先是催化剂的价格高昂,需要降低成本才能推动其广泛应用。
其次,催化剂在长时间运行过程中会发生失活,需要进行再生或更换,这也增加了运营成本。
未来,随着技术的进步和研发的不断深入,相信这些挑战将逐渐得到解决,催化剂的应用前景将更加广阔。
总结:氨重整催化剂是氨合成和氢能产业中不可或缺的重要组成部分。
通过金属催化剂的作用,氨可以被高效转化为氢气,为能源领域的发展提供了强大支持。
未来,在解决催化剂的挑战和持续创新的推动下,氨重整催化剂有望发展出更高效、稳定的催化体系,为氢能产业的繁荣做出更大贡献。
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了催化的内表面积,提高了催化活性。
• K2O 是电子型助催化剂,使金属的电子逸出功
降低,促进电子的转移过程,有利于氮分子的吸
附和活化,也有利于氨脱附的。CaO 也是电子
型助催化剂,在催化剂的制备过程中能降低固熔
体的熔点和黏度,有利于Al2O3和Fe3O4 固熔体
二、催化剂的组成与作用
• 催化剂的活性组分为单质铁,未还原前为FeO 和Fe2O3,其中FeO约占24% ~ 38%,Fe2+ / Fe3+ 约为0.5,可视为 Fe3O4 具有尖晶石 结构。另为,铁催化剂中还有Al2O3 、K2O 、 SiO2 、CaO、MgO等催化助剂。 • Al2O3 为结构型助催化剂,能与FeO 作用形成
Fe 才有活性。反应方程:
• Fe3O4 + 4H2
Fe + 4H2O
ΔHΘ298K=149热反应, 提高温度有利于
反应正向移动,并提高还原速率,缩短还原时间,但温度
过高会导致晶粒长大,减少催化剂内表面积,降低活性。
因此需要严格控制过阶段的还原速度和最高还原温度。
• 在氨合成的条件下,许多化合物都会与活性态
• 氨合成催化剂作用而导致催化剂中毒后活性衰退 或丧失,因此原料气送往合成工段前应充分清除 各类毒物一般大型合成氨厂要求精炼气中CO + CO2<10 X 10-6,中小型氨厂CO + CO2<30 X 10-
6
• 日常维护需做到:严格控制精炼气中有毒物质的 量,充分利用新催化剂的低温活性,
表面 • (3)气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸
附(与普通吸附的区别在于有化学力参与在 内并放出热量)
• (4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学 反应生成产物
(5)产物自催化剂表面解吸 • (6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面
扩散
• (7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流
以上七个步骤中(1)、(7)为外扩散过程(2)、(6)为内扩 散过程(3)、(4)和(5)总称为化学动力学的过程。
• 保持合成温度和压力的稳定性,防止工况的频繁 波动,适当的提高催化床操作热点温度以提高反 应速率。
• 2、还原压力 升温还原是个缓慢升压的过程,提 高压力有利于提高还原反应速率。但也提高了还 原产物水蒸气的分压。增加了催化剂反复氧化还 原的程度。一般中小型合成氨厂的人还原压力在 10~20MP。
• 3、还原空速 空速越大气体扩散越快,减少了水蒸
• 汽对已还原催化剂的反复氧化,提高了催化剂的 活性。国产A型催化剂要求在还原主期空速在 1000h-1以上。
的生成,还可以提高催化剂的热稳定性。
• SiO2 一般是磁铁矿中的杂质,具有中和 CaO、MgO 、 K2O 等碱性组分作用,还具有
提高催化剂抗水毒害和耐烧结的性能。
通常的制得的催化剂为黑色不规则或球形颗粒 ,
有金属光泽。
三、催化剂的升温还原与使用
• 氨合成催化剂使用前必须经过还原,使Fe3O4变成微晶α-
• 4、还原气体成份 降低还原气体中P H2O / P H2有 利于催化剂的还原。一般规定合成塔出口气体中 水蒸气含量不得超过0.5~1.0 g/m3 干气。
• 5、还原终点的判定 还原终点的出水量大于催化剂理论出 水量的 95%以上,且要求水汽浓度连续测定均低于 0.2 g/m3。
• 四、催化剂的中毒、失活与维护
氨合成催化剂
组员:仙玉国、欧阳以亮、袁根长
一、氨合成动力学 二、催化剂的组成与作用 三、催化剂的升温还原与使用 四、催化剂的中毒、失活与维护
一、氨合成动力学
一:反应机理 在催化剂的作用下氢与氮生成氨的反应是多
相气体催化反应。由以下几个步骤所组成 • (1)气体反应物扩散到催化剂外表面 • (2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内