合成氨催化剂
合成氨催化剂的研究进展
合成氨催化剂的研究进展第一篇：合成氨催化剂的研究进展合成氨催化剂的研究进展摘要：近20多年来，随着英国BP公司钌基催化剂的发明和我国亚铁基熔铁催化剂体系的创立，标志着合成氨催化剂进入了一个新的发展时期，本文主要介绍通过合成法合成的几种催化剂的研究进展。
关键字：合成氨；催化剂；合成法Abstract:Over the past 20 years, with the invention of the British BP ruthenium catalysts and creation of ferrous base molten iron catalyst system in our country, marked the ammonia synthesis catalyst has entered a new period of development, this paper mainly introduces through the several means of catalyst research progress of synthesis method of synthesis.Key Words: Ammonia;The catalyst;synthesis前言合成氨指由氮和氢气在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
合成氨工业需要较低温度和压力下具有较高活性的催化剂。
90多年来，世界各国从未停止过合成氢催化剂的研究与开发。
目前，工业催化剂的催化效率在高温下已达90％以上，接近平衡氨浓度(因压力而异)。
例如，在15 MPa及475℃下，A301催化剂的催化效率接近100％。
要提高催化剂的活性，就只有降低反应温度．另一方面，工业合成氨的单程转化率只有15％～25％，大部分气体需要循环，从而增加了动力消耗。
为了提高单程转化率，也只有降低反应温度才有可能。
因此，合成氨催化剂研究总的发展趋势，就是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。
工业合成氨催化
Almquis 等人认为，在 R 为 0.5 左右时催化 剂的活性最高，这就是典型的火山型活性曲 线
研究发现（111）面的催化活性比紧密堆积的（110）面高 约430倍，（100）面的活性亦比（110）面高约32倍。
N2和H2在铁催化剂表面的反应机理
各反应步骤中的符号*代表空白活性位
2 FeO基催化剂
在维氏体结构中，大量的缺陷是铁离子缺位，它 使氧化物晶格中铁的扩散成为可能，也有利于电 子的传递。
Fe1-XO基合成氨催化剂的助催化剂
由表3知，CaO起着主要结构性助催化剂作用，并对Fe1-XO的 歧化起着一定的抑制作用。
在两相区，表面的助催化剂含量明显比单相区高，尤其是 在R=1左右更为明显。
• n(Fe)/n(O)=1的理想FeO只有在 36×101.325MPa和770℃下才能获得； • 调节磁铁矿与还原剂的比例使其产物的R＞ 3.15，即可制备Fe1-XO基催化剂； • 用磁铁矿与还原剂为原料，在高温熔融条 件下制取FeO催化剂时，必须避免FeO发生 氧化反应和歧化反应；
铁氧化物的还原机理
当催化活性越过R=1时的低谷之后，又开始升高；R=0.33时，催化剂母体 开始形成维氏体Fe1-XO相结构，其活性已明显超过R=0.5的传统催化剂；当 R＞5时，催化剂母体形成了完全的维氏体结构，熔铁催化剂活性才真正达 到最高值。
单相性原理和铁氧化物的活性模型
式中nm和ns分别为主相（m）和次相（s）物质的 量
熔铁催化剂的制备化学
采用磁铁矿为原料高温（1500℃以上）熔融法
上式是制备传统熔铁催化剂的主要化学反应，故传统熔铁催化剂的制 备主要是物理熔融过程。 下式是制备Fe1-XO基催化剂的主要化学反应，必须采用物理熔融与化 学反应相结合的工艺。
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。
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
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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。
新型合成氨合成催化剂的研究和应用
新型合成氨合成催化剂的研究和应用合成氨是农业生产中必不可少的原材料，也是化肥生产的重要组成部分。
然而，传统的合成氨工艺存在着能源消耗大、催化效率低等问题，限制了其发展。
为了解决这些问题，研究人员开始探索新型的合成氨合成催化剂，并且在这方面取得了一定的进展。
一、传统的合成氨工艺存在的问题传统的合成氨工艺采用的是费托合成法和哈柏法。
其中，费托合成法是将氢气和氮气在高温高压条件下通过铁催化剂合成氨气，哈柏法则是使用钙固定床催化剂，将空气中的氮气和氢气经过多道反应合成氨气。
这两种工艺都存在一些问题。
首先是能源消耗大。
费托合成法需要高温高压的条件，而哈柏法中需要在高度压缩下才能进行反应。
这些条件需要大量的能源供应，造成了能源资源的浪费和成本的提高。
其次是催化效率低。
传统的催化剂反应速率低，需要消耗大量催化剂来完成反应，从而增加了成本和浪费。
此外，传统催化剂的反应条件非常苛刻，一旦反应温度和压力下降，反应速率就会降低，这也制约了传统合成氨工艺的进一步发展。
二、新型合成氨合成催化剂的研究为了解决传统合成氨工艺的问题，研究人员开始探索新型的合成氨合成催化剂。
在新型催化剂的研究探索中，主要包括以下两个方面。
首先是基于过渡金属催化剂的研究。
近年来，比较成功的新型催化剂是基于过渡金属的催化剂。
这些催化剂可以是采用单原子催化的方式来制备，其具有活性度高、反应条件温和、更容易控制反应过程和稳定性更高的特点。
如铁和钴催化剂，具有高的活性、选择性和稳定性成为了合成氨领域的重要成果，在钴催化剂中，过渡金属与载体之间的相互作用有利于在催化剂表面上产生更多的铵根离子，从而提高催化效率。
另外，金属-有机框架（MOF）中的金属聚合物（MOP）催化剂也备受研究者的关注，因为它们与常规的铁和钴催化剂相比，具有更大的表面积，催化效率更高。
其次是新型的非金属催化剂的研究。
与传统的金属催化剂不同，新型的非金属催化剂如氮化硼、硫化硼等都通过独特的物理化学性质提高了其催化活性，从而能够更好地促进氮气和氢气之间的反应。
合成氨催化剂
合成氨催化剂的研究摘要:合成氨是重要的化工原料, 合成氨工业在国民经济中占有重要地位, 因此合成氨工艺和催化剂的改进对降低能耗、提高经济效益有巨大影响。
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，铁是合成氨工业中广泛应用的催化剂，它具有高内在活性，长使用寿命和高密度特点，活性温度在500℃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: 合成氨; 催化剂; 传统熔铁催化剂；钌基催化剂研究进展合成氨是重要的化工原料, 主要用来生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
作为化学工业的支柱产业之一,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大吨位、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目标。
钌基催化剂的发明、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。
钌基催化剂的发明、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。
氨合成反应是一个可逆放热且气体体积缩小的过程,从热力学角度考虑,要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。
研究表明,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杂都会降低催化活性,而铁氧化物氨合成的活性次序为:Fe1-xO>Fe3O4>Fe2O3>混合氧化物。