合成氨催化剂.doc

合成氨催化剂合成氨是重要的化工原料,主要用来生产化肥、***、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。文章就对合成氨催化剂多年来的国内外的研究进行了综合评述,结合笔者对各种文献的研究和个人多年的工作经验对合成氨催化剂未来发展方向提出了个人观点,并对其广泛和良好的发展前景进行了展望。一、国外合成氨催化剂研究20世纪初,Harber和Mittasch等开发成功了铁基合成氨催化剂之后,人们始终没有停止过对合成氨催化剂的研究与开发,直到今天这种研究还在不断继续。Almquist等研究了纯铁催化剂的活性与氧化度(还原前)的关系,发现Fe2+/Fe3+,组成接近Fe3O4相的样品具有最高的活性。Bridger等进一步研究了Al2O3-K2O双助催化剂型铁催化剂,,450?,空×104h-1的条件下,。1979速1年,英国ICI公司率先添加氧化钴助进剂,成功研制出Fe2Co催化剂,使活性有一定提高,并成功应用于ICI2AMV工艺。20世纪30年代,Zenghelis和Stathis首次报道了钌的合成氨催化活性,但在当时钌的催化活性不如铁。直到1972年,Aika等发现,以钌为活性组分、以金属钾为促进剂、以活性碳为载体的催化剂对合成氨有很高的活性,,从而开创了钌催化剂研究的先河。随后,各国的学者,投入大量的精力研制钌基催化剂以取代传统的铁基催化剂。1992年第一个无铁的氨合成催化剂由凯洛格公司(现KBR公司)应用于其KAAP(Kellogg氨合成生产工艺)工艺中。这种钌催化剂以一种石墨化的碳作为载体,据称其活性是传统熔铁催化剂的10,20倍。在反应中,这种催化剂具有不同的动力学特征,内件可在低于化学计量的氢,氮比及约9MPa压力下操作。哈尔多托普索研究实验室的研究人员成功研制出可替代传统铁催化剂的系列产品。在工业装置操作条件下,三元氮化物(Fe3Mo3N、Co3Mo3N和Ni2Mo3N)用作合成氨催化剂时活性高,热稳定性好。如果在Co-Mo-N催化剂中加入铯,则活性将高于目前使用的铁催化剂。另据报道,在相同操作条件下,如果温度400?、压力20MPa、氢氮比3:1,以铯为助催化剂的Co-Mo-N的活性为传统铁催化剂活性的两倍。鲁尔(Ruhr)大学研究了一种由金属钡、金属钌和氧化镁组成的催化剂,它比现有的合成氨催化剂产氨更多,寿命更长。据报道,这种钡—钌催化剂活性比传统的铁基催化剂或者其他类型的钌基催化剂活性高2,4倍,研发的这种钡—钌催化剂与铈钌催化剂相比,可以产生双倍的氨产量。如果对钡与钌比率进行优化,还能进一步增加氨产量。二、国内合成氨催化剂研究随着化肥工业的发展,我国合成氨催化剂发展十分迅速。其主要类型是铁基催化剂,而对钌基催化剂的研究刚刚起步。郑州大学化学系研制成功的A110-5Q型催