合成氨的铁催化剂的催化历程
化学先生 / 2019-06-06
合成氨的铁催化剂
负载于催化剂多孔载体表面的催化剂为Fe0(29%- 35% )和Fe₃O4(55%- 65%)的混合物经氢气原后形成的活性铁微晶，载体是多孔的固体，每克的表面积高达100～1 000 ㎡。
催化剂的辅助成分为负载于催化剂多孔载体表面的AL₂O₃(2% ～4%)、Mg0(3% ～ 4%)和K₂0(0.5%～0.8%)。Al₂O₃,和MgO是结构型助剂，主要起骨架作用及增大催化剂表面、防止铁微晶长大和烧结作用。KzO是电子型助剂，帮助铁把电子传给氮，有利于氮的吸附及活化。
合成氨的催化历程
工业上，氮气与氢气合成氨的反应是在催化剂表面上进行的。这是一一个复杂的过程，一般要经反应物扩散至催化剂表面、在催化剂表面被吸附、发生表面反应、产物从催化剂表面脱附、产物扩离开反应区等五个步骤。
根据对合成氨反应的速率及催化反应历程的研究，得出以下结论:
1:第一步氨的吸附分解所需活化能最高，是控制总反应速事的关键步事。为保证氮气占有一定份额的催化剂活性中心并提高吸附速率，应适当提高氨的分压pIN,小即不是达到最大平衡转化事要求的n(N₂): n(H₂)=1:3,而是n(N₂): m(H₂)=1:2.8。
2:为提高氨的脱附速率，以空出活性中心供继续合成氨使用，必须降低氨的分压pO(NH₃).适时地分离氨，这反映为合成氨反应的速率与p(NH₃)成反比。
成氨的生产流程
合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分。
造气:原料气中的氮气来自于空气，而氢气来自于含氢的天然气、煤和炼油产品。以天然气为原料时，反应可简单表示为:
CH4+H₂O＝CO+3H₃
CO + H₂O＝ CO₂+ H₂
净化;消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。
合成氨:这部分包括终端产品氨的分离，氮气、氢气的循环使用，利用反应产生的热预热合成气等。在生产过程中的不同反应阶段，使用了好几种催化剂，十几个反应塔或吸收塔，上百个热交换器、循环泵以及上千米的管道，这些构成了合成氨厂各种设备错落有致的布局。
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