合成氨的鐵催化劑的催化歷程
化學(xué)先生 / 2019-06-06
合成氨的鐵催化劑
負(fù)載于催化劑多孔載體表面的催化劑為Fe0(29%- 35% )和Fe?O4(55%- 65%)的混合物經(jīng)氫氣原后形成的活性鐵微晶，載體是多孔的固體，每克的表面積高達(dá)100～1 000 ㎡。
催化劑的輔助成分為負(fù)載于催化劑多孔載體表面的AL?O?(2% ～4%)、Mg0(3% ～ 4%)和K?0(0.5%～0.8%)。Al?O?,和MgO是結(jié)構(gòu)型助劑，主要起骨架作用及增大催化劑表面、防止鐵微晶長(zhǎng)大和燒結(jié)作用。KzO是電子型助劑，幫助鐵把電子傳給氮，有利于氮的吸附及活化。
合成氨的催化歷程
工業(yè)上，氮?dú)馀c氫氣合成氨的反應(yīng)是在催化劑表面上進(jìn)行的。這是一一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，一般要經(jīng)反應(yīng)物擴(kuò)散至催化劑表面、在催化劑表面被吸附、發(fā)生表面反應(yīng)、產(chǎn)物從催化劑表面脫附、產(chǎn)物擴(kuò)離開(kāi)反應(yīng)區(qū)等五個(gè)步驟。
根據(jù)對(duì)合成氨反應(yīng)的速率及催化反應(yīng)歷程的研究，得出以下結(jié)論:
1:第一步氨的吸附分解所需活化能最高，是控制總反應(yīng)速事的關(guān)鍵步事。為保證氮?dú)庹加幸欢ǚ蓊~的催化劑活性中心并提高吸附速率，應(yīng)適當(dāng)提高氨的分壓pIN,小即不是達(dá)到最大平衡轉(zhuǎn)化事要求的n(N?): n(H?)=1:3,而是n(N?): m(H?)=1:2.8。
2:為提高氨的脫附速率，以空出活性中心供繼續(xù)合成氨使用，必須降低氨的分壓pO(NH?).適時(shí)地分離氨，這反映為合成氨反應(yīng)的速率與p(NH?)成反比。
成氨的生產(chǎn)流程
合成氨的整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)包括造氣、凈化、合成氨三大部分。
造氣:原料氣中的氮?dú)鈦?lái)自于空氣，而氫氣來(lái)自于含氫的天然氣、煤和煉油產(chǎn)品。以天然氣為原料時(shí)，反應(yīng)可簡(jiǎn)單表示為:
CH4+H?O＝CO+3H?
CO + H?O＝ CO?+ H?
凈化;消除造氣過(guò)程中夾帶的雜質(zhì)，防止催化劑中毒。
合成氨:這部分包括終端產(chǎn)品氨的分離，氮?dú)?、氫氣的循環(huán)使用，利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱預(yù)熱合成氣等。在生產(chǎn)過(guò)程中的不同反應(yīng)階段，使用了好幾種催化劑，十幾個(gè)反應(yīng)塔或吸收塔，上百個(gè)熱交換器、循環(huán)泵以及上千米的管道，這些構(gòu)成了合成氨廠各種設(shè)備錯(cuò)落有致的布局。
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