氨合成催化剂

氨合成催化剂组员：仙玉国、欧阳以亮、袁根长一、氨合成动力学二、催化剂的组成与作用三、催化剂的升温还原与使用四、催化剂的中毒、失活与维护一、氨合成动力学一：反应机理在催化剂的作用下氢与氮生成氨的反应是多相气体催化反应。由以下几个步骤所组成•(1)气体反应物扩散到催化剂外表面•(2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面•(3)气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附(与普通吸附的区别在于有化学力参与在内并放出热量)•(4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应生成产物(5)产物自催化剂表面解吸•(6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散•(7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流以上七个步骤中(1)、(7)为外扩散过程(2）、(6)为内扩散过程(3)、(4)和（5）总称为化学动力学的过程。二、催化剂的组成与作用•催化剂的活性组分为单质铁，未还原前为FeO和Fe2O3，其中FeO约占24%~38%，Fe2+/Fe3+约为0.5，可视为Fe3O4具有尖晶石结构。另为，铁催化剂中还有Al2O3、K2O、SiO2、CaO、MgO等催化助剂。•Al2O3为结构型助催化剂，能与FeO作用形成固溶体FeAl2O4，同样具有尖晶石结构。增大了催化的内表面积，提高了催化活性。•K2O是电子型助催化剂，使金属的电子逸出功降低，促进电子的转移过程，有利于氮分子的吸附和活化，也有利于氨脱附的。CaO也是电子型助催化剂，在催化剂的制备过程中能降低固熔体的熔点和黏度，有利于Al2O3和Fe3O4固熔体的生成，还可以提高催化剂的热稳定性。•SiO2一般是磁铁矿中的杂质，具有中和CaO、MgO、K2O等碱性组分作用，还具有提高催化剂抗水毒害和耐烧结的性能。通常的制得的催化剂为黑色不规则或球形颗粒，有金属光泽。三、催化剂的升温还原与使用•氨合成催化剂使用前必须经过还原，使Fe3O4变成微晶α-Fe才有活性。反应方程：•Fe3O4+4H2Fe+4H2OΔHΘ298K=149.9KJ/mol•1、还原温度还原反应是个吸热反应，提高温度有利于反应正向移动，并提高还原速率，缩短还原时间，但温度过高会导致晶粒长大，减少催化剂内表面积，降低活性。因此需要严格控制过阶段的还原速度和最高还原温度。•2、还原压力升温还原是个缓慢升压的过程，提高压力有利于提高还原反应速率。但也提高了还原产物水蒸气的分压。增加了催化剂反复氧化还原的程度。一般中小型合成氨厂的人还原压力在10~20MP。•3、还原空速空速越大气体扩散越快,减少了水蒸•汽对已还原催化剂的反复氧化，提高了催化剂的活性。国产A型催化剂要求在还原主期空速在1000h-1以上。•4、还原气体成份降低还原气体中PH2O/PH2有利于催化剂的还原。一般规定合成塔出口气体中水蒸气含量不得超过0.5~1.0g/m3干气。•5、还原终点的判定还原终点的出水量大于催化剂理论出水量的95%以上，且要求水汽浓度连续测定均低于0.2g/m3。•四、催化剂的中毒、失活与维护•在氨合成的条件下，许多化合物都会与活性态•氨合成催化剂作用而导致催化剂中毒后活性衰退或丧失，因此原料气送往合成工段前应充分清除各类毒物一般大型合成氨厂要求精炼气中CO+CO2＜10X10-6,中小型氨厂CO+CO2＜30X10-6•日常维护需做到：严格控制精炼气中有毒物质的量，充分利用新催化剂的低温活性，•保持合成温度和压力的稳定性，防止工况的频繁波动，适当的提高催化床操作热点温度以提高反应速率。