合成氨催化.ppt

合成氨的催化
姓名:田爱莹
学号:08111232
前言
合成氨是重要的化工原料,主要用来生产化肥、***、铵盐、纯碱等。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。本此演示的主要讨论方向就是针对于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。
合成氨工艺简介
20世纪初Harber等开发出合成氨铁催化剂
N2+3H2 2NH3 ΔH = - KJ/mol
体积缩小的放热反应
Fritz Haber
(1868~1934)
合成氨催化反应的基元步骤
速控步骤
合成氨催化剂的设计思想
从热力学和动力学考虑要达到接***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。

N2在催化剂表面的解离吸附是合成氨反应的控速步骤,需要很高的活化能。
要求设计的催化剂在低温下有着良好的反应活性。
(速控步骤)
铁基熔铁催化剂
,
-xO
钌基催化剂

合成氨催化剂的分类
1. Fe3O4基传统熔铁催化剂

Conversion efficiency (%)
R= n(Fe2+)/n(Fe3+)
p=, T=450℃
FeO•Fe2O3
发现Fe2+/Fe3+摩尔比(即铁比值)、组分接近Fe3O4相的样品具有最高活性。之后人们通过大量试验发现,铁比值与熔铁基合成氨催化剂的性能有着密切的关系,、最佳母体相为磁铁矿,铁比值与活性的关系呈火山形分布。
1. 2
传统熔铁催化剂的助剂
(1)碱金属、碱土金属
主要有:Al2O3、K2O、SiO2、CaO和MgO等。
▽Al2O3表面使晶体的各晶面活性基本相同,从而提高了活性。
▽K2O 主要对铁晶粒的结构有一种固定作用,有利于加快合成氨反应。
▽SiO2等主要起间隔作用,以阻止铁晶粒出现热烧结。
(2)氧化钴
该类催化剂可以在较低的温度下进行反应,因此明显提高了氨净值。氧化钴的作用是使催化剂的晶格发生变化,还原态催化剂晶粒度变小,比表面显著增大,孔结构得以改善,从而提高了催化剂活性。
含钴催化剂与普通催化剂活性比较
催化剂
不同反应温度下出口处NH3浓度(%)
400℃
425℃
450℃
475℃
500℃
A201
(福建)





A110_3





A201
(应山)





A110_6





20 MPa,30,000 h-1