近代合成氨工艺中使用的催化剂
合成氨催化剂
合成氨催化剂0707 应化杨超(41) 1．催化剂概述催化剂又叫触媒，根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAQ于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs 自由焓变化。
这种作用称为催化作用。
涉及催化剂的反应为催化反应。
催化剂( catalyst )会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。
催化剂在工业上也称为触媒。
我们可在波兹曼分布( Boltzmann distribution )与能量关系图( energyprofile diagram )中观察到，催化剂可使化学反应物在不改变的情形下，经由只需较少活化能( activation energy )的路径来进行化学反应。
而通常在这种能量下，分子不是无法完成化学反应，不然就是需要较长时间来完成化学反应。
但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。
2．催化剂的分类2.1按性质分类催化剂有三种类型，它们是：均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂。
均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态 (固态、液态、或者气态)。
多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态。
酶是生物催化剂。
活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。
如果没有酶，生物体内的许多化学反应就会进行得很慢，难以维持生命。
大约在37C的温度中(人体的温度)，酶的工作状态是最佳的。
如果温度高于50C或60C，酶就会被破坏掉而不能再发生作用。
因此，利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂，在低温下使用最有效。
2.2按组成的组分分催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。
非均相催化剂呈现在不同相 ( Phase) 的反应中，而均相催化剂则是呈现在同一相的反应。
一个简易的非均相催化反应包含了反应物(或zh-ch:底物;zh-tw:受质)吸附在催化剂的表面，反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生，但又因产物与催化剂间的键并不牢固，而使产物出现。
合成氨催化剂的发展p
研究发现具有维氏体（WÜstite， Fe1-XO ， 0.04≦x≦0.10）相结构的氧 化亚铁基氨合成催化剂具有最高活性 （氧化态 XRD谱如下图1），否定了 磁铁矿（Fe3O4 ）相还原得到的催化 剂具有最高活性的经典结论。
➢大多数铁系催化剂都是用经过精选 的天然磁铁矿通过熔融法制备的， 习惯称熔铁催化剂。
铁系催化剂活性组分为金属铁。 未还原前为FeO和Fe2O3，其 中FeO质约为 0.5，一般在0.47~0.57之间， 成分可视为Fe3O4，具有尖晶
石结构。
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， 并一致认为最佳铁比 值为0．5、最佳母体 相为磁铁矿，铁比值 与活性的关系呈火山 形分布。目前为止世 界上所有工业铁基合 成氨催化剂的主要成 份都是Fe3O4。
➢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。从最初的钌基催化剂的发 明，到铁基催化剂体系的创立和三元氮 化物催化剂的问世，都说明了人们在探 索合成氨道路上所作出的不懈努力。
1.1 熔铁催化剂
长期以来，人们对氨合成催化剂作了大量 的研究，发现对氨合成有活性的一系列金 属为Os，U，Fe，Mo，Mn，W等，其中一 铁为主体的铁系催化剂，因其价廉易得、 活性良好、使用寿命长等特点，在合成氨 工艺中被广泛使用。
工艺过程是可行的。 于是他成功地设计了 原料气的循环工艺。 这就是合成氨的哈伯 法。
氨合成的催化剂
氨合成的催化剂一、引言氨合成是一种重要的工业化学反应，广泛应用于制造化肥等领域。
在氨合成反应中，催化剂起着至关重要的作用。
本文将详细介绍氨合成反应中常用的催化剂。
二、铁系催化剂铁系催化剂是氨合成反应最早采用的催化剂之一。
这种催化剂主要由铁、钴、锆等金属组成，其特点是具有较高的活性和选择性。
此外，铁系催化剂还具有良好的耐久性和稳定性，在工业生产中得到了广泛的应用。
三、钌系催化剂钌系催化剂是近年来被广泛研究和应用的一种新型催化剂。
这种催化剂主要由钌、锰等金属组成，其特点是具有较高的活性和选择性，并且在高温下仍能保持稳定性。
此外，钌系催化剂还具有良好的抗毒性，在氨合成反应过程中能够有效地抵御碳氢物质等有害物质对其产生的影响。
四、钼系催化剂钼系催化剂是一种常用的氨合成催化剂，主要由钼、铝等金属组成。
这种催化剂具有较高的活性和选择性，并且在高温下仍能保持稳定性。
此外，钼系催化剂还具有良好的抗毒性和耐腐蚀性，在氨合成反应中表现出色。
五、其他催化剂除了以上几种催化剂外，还有许多其他类型的氨合成催化剂。
例如，铑系催化剂、镍系催化剂、银基催化剂等都具有一定的应用前景。
这些新型催化剂在提高反应效率、降低生产成本等方面都具有重要作用。
六、结论综上所述，氨合成反应中的催化剂种类繁多，每种催化剂都具有其独特的优点和缺点。
在实际生产中，应根据不同情况选择最适合自己需求的催化剂，以达到最佳效果。
同时，未来还需要进一步研究和开发新型高效稳定的氨合成催化剂，以满足不断增长的市场需求。
合成氨的工艺流程
合成氨的工艺流程
《合成氨工艺流程》
合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业和化工领域。
合成氨的工艺流程主要包括催化剂制备、氮气和氢气的制备以及氨的合成三个主要步骤。
首先是催化剂的制备。
合成氨工艺中使用的主要催化剂是铁-
铝催化剂，它的制备需要经过一系列的化学反应和物理处理。
首先在高温下将铁酸钾和铝酸钾还原成铁铝合金，然后通过高温煅烧和还原处理，最终得到合成氨反应所需的铁-铝催化剂。
其次是氮气和氢气的制备。
氮气主要通过空气分离装置来获取，空气中的氮气含量大约为78%，通过空气分离装置可以将氮
气和氧气分离开来。
而氢气则主要通过蒸汽重整和部分氧化甲烷法制备，蒸汽重整法主要是通过将甲烷与水蒸气在催化剂的作用下反应生成一氧化碳和氢气，而部分氧化甲烷法则是通过将甲烷与氧气在高温下反应生成氢气和二氧化碳。
最后是氨的合成。
氮气和氢气经过净化后，进入合成氨反应器进行催化反应。
在高压和适当温度的条件下，铁-铝催化剂的
作用下，氮气和氢气会发生氮合成反应，生成氨。
这个反应是一个放热反应，因此需要控制反应温度及高压下的反应速率，避免能量过度损失。
综上所述，合成氨的工艺流程复杂且涉及多个步骤。
通过精确
控制每个步骤的条件和参数，可以确保生产安全高效地进行，从而满足氨的需求并为化工及农业领域提供丰富的原料。
合成氨工艺催化剂
合成氨工艺催化剂引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业肥料、塑料、石油化工等领域。
在合成氨的生产过程中，催化剂起着关键作用。
本文将详细介绍合成氨工艺催化剂的种类、性能以及制备方法。
催化剂种类合成氨工艺催化剂主要分为三类，分别为铁基催化剂、铁铅共催化剂和铜铁催化剂。
铁基催化剂铁基催化剂是合成氨工艺中最常用的催化剂之一。
它使用铁作为主要活性组分，通常与铝、钛、硅等辅助载体配合使用。
铁基催化剂具有良好的催化性能和稳定性，能够在相对较低的温度下即可实现合成氨的转化。
铁铅共催化剂铁铅共催化剂是在铁基催化剂的基础上进行改进的一种催化剂。
它通过铅的引入，可以进一步提高催化剂的催化活性和选择性。
铁铅共催化剂在工业生产中有广泛应用，并取得了良好的效果。
铜铁催化剂铜铁催化剂是近年来发展起来的一类新型催化剂。
相比于传统的铁基催化剂，铜铁催化剂具有更高的催化活性和选择性。
这得益于铜与铁之间的协同作用，能够加速反应速率并改善催化剂的稳定性。
催化剂性能合成氨工艺催化剂的性能主要包括催化活性、选择性和稳定性。
催化活性催化活性是指催化剂对于反应底物的转化能力。
合成氨的生产过程是一个高温高压的反应过程，因此催化剂需要具备较高的催化活性，才能保证反应的效果和产量。
选择性选择性是指催化剂在反应过程中对不同反应产物的选择性。
对于合成氨工艺而言，目标产物是氨气，因此催化剂需要具备高的选择性，以避免产生过多的副产物。
稳定性稳定性是催化剂的另一个重要性能指标。
由于合成氨反应条件的严苛性，在长时间的反应过程中，催化剂会受到高温高压等因素的影响，容易发生失活。
因此，稳定性是评价催化剂性能的关键指标之一。
催化剂制备方法合成氨工艺催化剂的制备方法多种多样，常见的方法包括物理混合法、浸渍法和共沉淀法。
物理混合法物理混合法是最简单的制备方法之一，它将催化活性组分与载体物理混合，通过高温煅烧使其形成均匀分散的催化剂颗粒。
物理混合法制备的催化剂成本较低，但催化活性和稳定性相对较差。
合成氨转催化剂
合成氨转催化剂合成氨转催化剂是一种非常重要的化学物质，广泛应用于合成氨的生产过程中。
它通过催化作用，将氮气和氢气转化为氨气，这是一种非常关键的化学反应，因为氨气是很多工业产品的基础原料，而且也用于制造化肥。
合成氨转催化剂的制备过程需要经过一系列的步骤，下面将对这些步骤进行详细介绍。
1. 催化剂制备催化剂是制备合成氨转催化剂的重要组成部分。
催化剂可以是一种固体物质，也可以是一种液体物质。
制备催化剂的过程涉及到一系列的化学反应和精细的材料科学。
催化剂需要具有高效率、高选择性和长寿命等特点，这样才能够在合成氨的生产过程中发挥出最大的作用。
2. 氮气和氢气的处理氮气和氢气是制备合成氨的原料，但它们需要进行一定的处理才能够在反应中有效地发挥作用。
这些处理包括：氮气的压缩、脱水、低温等处理，以及氢气的脱氧、加压等处理。
这些处理的目的是去除杂质、提高纯度和增强反应效果。
3. 反应过程控制在合成氨的生产过程中，需要对反应过程进行严格的控制。
这包括反应温度、压力、反应时间和催化剂的加入等参数的控制。
这些参数的不同组合会直接影响合成氨的产率和选择性。
4. 催化剂再生催化剂在反应过程中会因为各种原因发生损耗，催化活性会减弱或丧失。
为了保证反应的持续进行，需要对催化剂进行再生。
再生的过程包括将损耗剂除去、重新激活活性位点等步骤，这样才能够使催化活性恢复到正常水平。
总之，合成氨转催化剂的制备过程十分复杂，需要各种化学知识和技术。
只有通过科学的方法和严谨的操作，才能够制备出具有优异性能的催化剂，从而使得合成氨的生产能够保证高效、可靠和稳定。
kellogg工艺
2.3 KRES的优点
• ①设备造价低，结构小，占地面积小，节省基建投资 5%~10%； • ②采用自然转化炉的热量，可以更大范围地选择驱动系统， 最大程度地利用工程； • ③使用二段转化炉，因设备和管线减少而具有降低能耗的潜 力，可用于代替火管转化炉； • ④污染小。由于不在采用直接加热蒸汽转化，使NOx和CO2 的排放量减少75%； • ⑤由于采用了新的催化剂，操作可靠性得到了提高。设备结 构简单，维修方便，频率低，费用也低； • ⑥换热转化炉由碳钢制造，内装耐火衬里，外装有水夹套， 增加了装置的安全性和可靠性。 • ⑦转化换热系统操作简化，灵活性增大； • ⑧利用高品味的反应热来满足低品位的要求，减少废蒸汽发 生20%； • ⑨此设计不仅可用于改建，还可用于直接生产合成气。除合 成氨外还用于甲醇、氢气及碳、氢合成方面的生产。
3 结束语
• Kellogg正在研究把KAAP和KRES技术 结合起来，形成新一代有利于环境保护 的合成氨生产装置的基础，这类合成氨 装置投资省，能耗低，效率高，操作条 件温和，操作和维修费用小，安全可靠。 KAAP工艺可增加合成氨产量，KRES工 艺可增加合成气产量，从而使KAAP工艺 充分发挥作用。据估计，采用上述工艺， 投资费用和能源费用可减少5%~8%，每 吨产品的能耗可降低0.525~1.051GJ。生 产能力可从600t/d增加到850t/d，增加 40%。 • KAAP和KRES相结合将开创第二代合 成氨工艺的新阶段，预示着合成氨工艺 将出现重大变革。
1.1钌基催化剂
1.1.4使用条件
• 最初提出催化剂使用条件为：反应温度 300~500℃；压力3~20MPa，空速 5×103~3×104h-1。后来提出催化剂使用条件 为：反应温度300~450℃；压力4~15MPa，空 速1×103~1×104h-1；H2：N2=0.5:1~2:1.12。 • 1987年中期，在澳大利亚西部港口珀斯的奎那 那氮素公司的300t/d的氨厂中，在为期1.5年的 试验里测试为合成回路可在非化学计量的H2/N2 和低温（370~470℃）低压下（7~10.5MPa） 运行。 • 目前，该工艺的专利权属Kellogg公司，二催化 剂是恩格哈特公司受专利保护生产。 • 新工艺已在加拿大南部的不列颠哥伦比亚省特 马特市（Kitimat）的Ocelot制氨厂改造中首次 实现大规模生产，于1992年11月10日投产，以 甲醇合成的废氢气作为合成氨生产的原料。
氨合成铁系催化剂
氨合成熔铁催化剂氨合成熔铁催化剂，目前合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。
1、组成1.1组成主要成分是Fe3O4，含量在90%左右。
助催化剂为K2O、Al2O3、CaO、MgO等，含量小于催化剂总质量的9%，低压催化剂还增加了CoO(A201等)。
其按作用不同分为两类，一类是结构型助剂，如Al2O3、Cr2O3、ZrO2、TiO2、MgO、CaO、SiO2等难熔氧化物。
另一类是电子型助剂，如K20。
每种类型助剂都有各自的最佳添加量，一般均在0.6%~1.0%范围。
1.2 物理结构氧化态催化剂主体是磁铁矿，其化学计量式是FeO.Fe2O3或Fe3O4。
晶体结构类似于尖晶石（MgAl2O4）的结构(90%以上是具有反尖晶石结构、不均匀复杂体系的磁铁矿)。
是四面体和八面体结构的堆积结果。
其中形成两种间隙：四面体间隙和八面体间隙。
三价的金属离子占据四面体间隙的一半和八面体间隙的一半，二价的铁离子占据八面体间隙（Fe3+（Fe2+，Fe3+））。
磁铁矿的一个单胞（晶体的最小结构单元）由32个氧离子和24个铁离子所组成，即8（Fe3O4）。
按结晶学原理，32个氧原子按照面心立方堆积的每一单胞，有64个四面体间隙和32个八面体间隙。
如上所述，除了24个被铁离子占据以外，其余大部分是空的，因此可加入助催化剂占据这些空隙形成间隙固溶体。
而且化学式相近的物质，结构类型相同且质点（离子、原子或分子）半径近于相等的物质，可以发生同晶取代，生成置换固溶体，例如三价铝即可置换部分三价铁，形成置换固溶体。
（含量小于4%时主要生成置换固溶体。
若三氧化二铝全部取代氧化铁则生成FeOAl2O3）1.3 化学特点铁触媒在500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 ℃左右进行的重要原因之一。
但是，即使是在500 ℃和30 MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只为26.4%，即转化率仍不够大。
合成氨催化剂
合成氨催化剂简述合成氨是重要的化工原料，主要用来生产化肥、硝酸、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。
同时合成氨也是一个大吨位、高能耗、低效益的产业，因此合成氨工艺和催化剂的改进对降低能耗、提高经济效益有着巨大影响。
我国合成氨催化剂发展十分迅速，目前合成氨催化剂主要类型是铁基催化剂，同时对钌基催化剂也有所研究。
1 铁基合成氨催化剂铁基合成氨催化剂价格低、稳定性好，制备时通常采用用熔融法，主要的原料是利用磁铁矿和铁，另外添加不同类的助剂化合物，再用电阻炉将其熔炼，后冷却、破碎筛分，最终形成不同颗粒大小的铁催化剂。
早在合成氨催化剂研究的初期，研究人员就发现用天然磁铁矿还原得到的催化剂效率远优于其它铁化合物。
随后根据纯铁催化剂的活性与还原前氧化度之间的关系，通过大量实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。
通常认为以Fe3O4为母体的催化剂具有的活性最高。
到目前为止，世界上所有工业氨合成铁催化剂，无一例外，其主要化学组成都是Fe3O4。
2钌基合成氨催化剂钌基合成氨催化剂也被称为第二代氨合成催化剂，它是一类新型负载型催化剂。
在我国的研究较晚，目前的工业投入刚处于起步阶段。
其制备不同于传统的铁催化剂，通常选择适当的母体化合物，添加某种促进剂，采用浸渍法负载在载体上，经一定条件还原活化处理后，转化成活性组分。
催化剂中母体化合物、载体、促进剂对所制备的催化剂的活性具有很大影响。
经历了近—个世纪的研究，合成氨催化剂技术可以说已相当成熟，但是传统的熔铁催化剂不符合低能耗的发展趋势，而钌基合成氨催化剂的价格昂贵，又不容易普及。
作为世界人口最多的农业大国和世界最大产氨国，合成氨工业对于我国国民经济的发展具有重要的战略和现实意义。
虽然国内对铁基催化剂的研究方面投入了大量的人力物力，但钌基合成氨催化剂的研究方面起步较晚，对于催化剂的作用机理也未进行深入研究，与国际先进水平的差距较大，这与我国是最大的产氨大国极不相称，因此我们合成氨这种高能耗产业的节能降耗还很漫长。
合成氨催化剂
合成氨催化剂的发展应用）摘要：合成氨催化剂是合成氨工业的核心内容，而合成氨工业是化学工业的支柱，在国民经济的诸多领域都占有举足轻重的地位。
简单介绍了一些典型的合成氨催化剂，以及对以后催化剂的发展前景的展望。
关键词：合成氨催化剂应用展望氨是世界上最大的工业和成化学品之一，而与合成氨产量密切相关的是合成氨催化剂，也就是说因为有了合成氨催化剂的发展才有了合成氨工业现在的发展现状。
最初的合成氨利用水电解和水煤气变换制氢，空气分离获取氮气，再由氮气和氢气合成氨，制氢的过程是非常昂贵的，随着天然气或石脑油水蒸气转化制氢催化剂的的开发，使制氢个过程更为廉价。
以及后续的Fe3O4基传统熔铁催化剂、F1-X O基熔铁催化剂、钌基合成氨催化剂等，对合成氨工业的发展都起着关键性的用。
1、Fe3O4基传统熔铁催化剂1913年，Harber和Mittasch A等成功开发了铁基合成氨催化剂[1]之后，人们对此进行了极其广泛和深入地研究，并且这些研究在一定程度上推动了多相催化科学和表面科学的发展。
早在合成氨催化剂研究的初期，研究人员就发现用天然铁矿还原得到的催化剂效率远优于其它铁化合物。
随后根据Almquist等人所确定的纯铁催化剂的活性与还原前氧化度之间的关系，人们通过大量实验发现了经典的火山形活性曲线，沿袭这一结论，得出了铁比值与熔铁基合成氨催化剂的性能有着密切的关系。
但是在八十年代中期，浙江工业大学的刘化章教授在系统研究了合成氨催化剂活性随母体相成双峰形曲线分布而不是传统的火山形分布[2]，成为合成氨催化剂历史上的一次重大突破。
通常认为以Fe3O4为母体的催化剂具有的活性最高，并且到目前为止，世界上所有工业氨合成铁催化剂，无一例外，其主要化学组成都是Fe3O4[3]。
磁铁矿中所添加的促进剂的量虽然不多，但是对于提高催化剂的活性具有重要意义。
目前得到应用的促进剂的研究包含三类：碱金属、氧化钴、稀土金属。
其中，铁基合成氨催化剂添加稀土金属后，如CeO ，富集于催化剂表面，不仅大大提高了催化剂的活性，而且也能在很大程度上提高催化剂的寿命。
合成氨催化剂
为3d64s2, 钌原子的电子构型为4d75s1, 钌 原子的次外层d 电子, 不仅比铁原子上的 多, 而且离核更远, 受内层电子的屏蔽更 大, 也就是说, 钌原子上的d 电子受原子核 的束缚更小。 在CO 和金属的相互作用中, B lyhoder 设 想, 从CO 分子的5R轨道上提供部分电子 到未满的金属d 轨道, 同时, 从d 轨道上反 馈电子至CO 的2P3 (反键) 轨道, 从而导致 了CO键的削弱。N2 与CO 是等电子分子, 同样的道理, Ru 对N - N 键也有类似的作 用。
的研究，发现对氨合成有活性的一系列金 属为Os，U，Fe，Mo，Mn，W等，其中一 铁为主体的铁系催化剂，因其价廉易得、 活性良好、使用寿命长等特点，在合成氨 工艺中被广泛使用。 大多数铁系催化剂都是用经过精选 的天然磁铁矿通过熔融法制备的， 习惯称熔铁催化剂。
铁系催化剂活性组分为金属铁。
未还原前为FeO和Fe2O3，其 中FeO质量分数24%~38%，亚 铁离子与铁离子的比值约为 0.5，一般在0.47~0.57之间， 成分可视为Fe3O4，具有尖晶 石结构。
各种钌系氨合成催化剂的动力学参数
表中钌系氨合成催化剂在动力学上可分为三类:
(A ) 无载体的催化剂(Ru粉， Ru2CsOH ) ; (B)无 促进剂的负载型催化剂(Ru/Al2O3, Ru/MgO ) ;(C) 氢氧化铯促进的负载型催化剂 (Ru-CsOH/Al2O3, Ru-CsOH/MgO )。
有学者分别以氯化镍为原料,
氢氧化钠为沉淀剂和以硝酸 镍为原料,碳酸氢铵为沉淀剂, 用液相化学沉淀法制备出了 18 nm和7 nm的NiO微粒。
3.5 纳米氧化锌
ZnO是合成氨工业中烃类蒸气转 化脱硫工序和低变(防护)工序催化 剂的活性组分。
合成氨催化技术与工艺进展
合成氨催化技术与工艺进展摘要：氨是一种具有重要意义的化工原料，被广泛应用于生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
作为化工产业的支柱之一，合成氨工业在国民经济中扮演着重要角色。
然而，传统的合成氨生产工艺存在着吨位大、能耗高、能效低等问题。
通过改进氨合成工艺和催化剂的研发，将会大幅降低能耗，提高经济效益。
为了增加氨的产量，合成氨工业一直追求开发新型低温高活性催化剂，以降低反应温度并提高氨的平衡和单向转化率。
在这一领域中，研究者们不断改进合成氨技术，发明了钌基催化剂、建立了铁基催化剂，并引入了三元氮化催化剂。
这些创新无疑对于合成氨工业的发展产生了巨大的影响。
关键词：合成氨；催化技术；工艺进展引言在我国农业发展的过程中，农产品的产量决定了农民的收入、社会大众的粮食基础以及对社会主义现代化市场经济水平的调控。
而想要推进农产品的产量大幅提升就一定要重视对于化肥原料的使用，传统的做法是借助人、牲畜以及其他动物的粪便来施肥，这是因为这些物质中含有大量的氨，但是其总量却是有限的。
因此，在工业技术革命的进程中，人们开始将注意力转向合成氨作为最佳替代品。
目前，重点任务是研究合成氨催化技术的改进和优化，提高相应工艺的发展水平，以此为农业生产能耗的降低和生产效率的提高奠定基础。
一、合成氨催化技术为了提高催化剂的活性，合成氨工业需要在低压和低温条件下进行。
目前，工业催化剂在高温环境下拥有超过90%的催化效率，比如在475℃、15MPa的条件下使用A301催化剂可以实现接近100%的催化效率。
合成氨工业单程转化率约为15%—25%，气体循环追加动力消耗。
若希望提高单程转化率并增加催化剂活性，需降低反应温度。
英国BP公司研发出钌催化剂，我国开发了FeO基催化剂系统，使合成氨催化剂进入了新的发展阶段。
1.钌催化剂将钌作活性成分，活性炭为载体，金属钾、钡为促进剂的催化操作，可提高氨合成综合效率，常压下69kj/mol为其活化能。
为保障钌这种稀贵金属充分利用，需在高分散载体上予以制备，其中浸渍法最常应用。
合成氨催化剂技术进展与应用
合成氨催化剂技术进展与应用合成氨催化剂技术进展与应用摘要:综述了主要合成氨催化剂(传统熔铁催化剂、Fe1-xO基催化剂钌基合成氨催化剂)的研究和工业应用情况，并展望了其发展的趋势。
关键词:合成氨;催化技术;熔铁催化剂;Fe1-xO基催化剂;钌基催化剂;应用合成氨是重要的化工原料，主要用来生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
多年来人们一直没有停止对合成氨催化剂的研究，先后研究出了传统熔铁催化剂、Fe1 - xO 基催化剂、钌基合成氨催化剂等，对合成氨工业的发展起着推动作用。
1Fe3O4基传统熔铁催化剂二十世纪初，Harber和Mittasch等开发成功了铁基合成氨催化剂之后，人们对此进行了极其广泛和深入地研究。
这些研究曾极大地推动了多相催化科学和表面科学的发展。
1.1经典的火山形活性曲线。
Bosch等在研究合成氨催化剂的初期就已经发现，用天然磁铁矿还原得到的催化剂优于其它铁化合物。
Almquist 等研究了纯铁催化剂的活性与还原前氧化度的关系，发现Fe2+/Fe3+摩尔比(即铁比值)接近0.5、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，并一致认为最佳铁比值为0.5、最佳母体相为磁铁矿，铁比值与活性的关系呈火山形分布。
目前为止世界上所有工业铁基合成氨催化剂的主要成份都是Fe3O4。
1.2促进剂的研究(1)碱金属、碱土金属、主族金属传统熔铁催化剂所用的促进剂主要有:Al2O3、K2O、SiO2、CaO和MgO等。
人们通过大量试验发现，这些促进剂对于合成氨反应没有直接的催化作用。
Strongin等的研究结果表明，添加Al2O3首先在表面生成Fe2Al2O4 ，然后以这种新的表面为模板，使α2Fe 晶体的各晶面活性基本相同，从而大大提高了活性。
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。
工业合成氨催化剂
工业合成氨催化剂
工业合成氨的催化剂主要是铁催化剂和钴催化剂。
这两种催化剂都是在高温高压条件下，促使氮气（N2）和氢气（H2）发生反应生成氨气（NH3）的关键组分。
1. 铁催化剂：铁催化剂是工业合成氨中最常用的催化剂之一。
它通常是以铁为主要活性成分，并结合了其他助剂和载体来提高催化剂的活性和稳定性。
铁催化剂在适当的温度和压力下，能够促使氮气和氢气在反应器中结合成氨气。
常用的铁催化剂包括铁-铝催化剂和铁-钾催化剂。
2. 钴催化剂：钴催化剂也是工业合成氨中常用的催化剂之一。
与铁催化剂相比，钴催化剂具有更高的活性和选择性，能够在相对较低的温度和压力下实现高效的氨合成反应。
钴催化剂通常以钴为主要活性成分，结合了其他助剂和载体来提高催化剂的性能。
这些催化剂的选择和使用涉及多个因素，包括反应条件、催化剂的活性和稳定性、成本以及工艺要求等。
此外，催化剂的研发和改进仍然是工业合成氨领域的研究重点，以提高反应效率、降低能耗和环境影响。
需要指出的是，工业合成氨是一项复杂的化学工艺，除了催化剂外，还需要考虑反应器设计、废气处理、能源利用等方面的技术和设备。
因此，在实际应用中，催化剂的选择和优化通常是与其他工艺参数和要求相结合的综合考虑。
为什么Fe基催化剂是最好的合成氨催化剂
为什么Fe基催化剂是最好的合成氨催化剂合成氨工业需要较低温度和压力下具有较高活性的催化剂。
90多年来，世界各国从未停止过合成氨催化剂的研究与开发。
目前，工业催化剂的催化效率在高温下已达90％以上，接近平衡氨浓度(因压力而异)．侧如，在15 MPa及475℃下，A301催化剂的催化效率接近100％。
要提高催化剂的活性，就只有降低反应温度。
另一方面，工业合成氨的单程转化率只有15％～25％，大部分气体需要循环，从而增加了动力消耗。
为了提高单程转化率，也只有降低反应温度才有可能。
因此，合成氨催化剂研究总的发展趋势，就是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。
近20多年来，随着英国BP公司钌基催化剂的发明和我国Fe1-x O基催化剂体系的创立，标志着合成氨催化剂进人了一个新的发展时期。
在合成氨反应中，速度控制步骤是N2的解离吸附；而解离N2的强键需要“敞开锅”式结构。
体心立方的Fe(111)面正构成这种表面结构，而其它两种晶面(100)和(110)则偏离此花样。
含有原子的类似于Fe(111)晶面的结构被认为是合成氨反应的活性中心．因此，合成氨反应被认为是结构敏感反应。
Al2O3的表面重构作用可以改变a-Fe的晶面结构．Bare等的研究结果表明，添加Al2O3并在水蒸气和O2中迅速退火之后，活性最低的Fe(110)面的活性几乎与Fe(111)面相同Strongin等的研究结果表明，Al2O3表面重构作用的机理是，Al2O3首先在表面生成FeAl2O4，然后以这种新的表面为模板，使a-Fe晶体生长向(111)或(211)面定向暴露在反应混合物中．经Al2O3表面重构后，(111)，(100)和(110)面的活性基本相同，从而大大提高了活性。
通常认为，催化剂表面的碱中心有利于碱性NH3的脱附。
同样，氮原子具有孤对电子，是一种典型的Lewis碱；显然，催化剂表面的酸中心有利于N2的吸附，NH3 的脱附，特别是N2的吸附，有利于加速合成氨反应。
氨合成催化剂及设备
由于内冷管中气体与环隙中气体换热，使进入环隙中的 气体的温度提高，减小了与催化床层的传热温差。致使反 应初期冷却段上部排热量与放热量不适应。床层温度持续 上升，热点位置下移。到反应后期，由于反应速率降低， 放热量相应减小，而环隙中的气体温度较高，传热温差减 小，放热量与排热量相适应，较接近最适宜温度曲线。
冷却效果，使反应前期冷管的排热量与反应放热量基本适 应；反应后期放热量减少，但传热温差减小，床层温度缓 慢下降。
对 比
单管式并流
结构
• 单管并流式与并流三套管式相比。简化了催化床的结构， 取消了分气盒，用几根较大的升气管取代了三套管中的几 十根内冷管，升气管将气体导入分布环管，进入直径较小 的单管冷却管中，并流通过冷却段床层，汇集到中心管翻 入催化床中进行反应。
催化剂的中毒
能使氨合成催化剂中毒的物质有：水蒸气、一氧化碳、二 氧化碳、氧、硫及硫化物、砷及砷化物、磷及磷化物等。 水蒸气、一氧化碳、二氧化碳和氧等物质使催化剂暂时中 毒。硫、磷、砷和它们的化合物使催化剂中毒以后，不能 在恢复活性，故称为永久中毒。 进塔气体中夹带的油物，对催化剂也有毒害作用。
国内外氨合成催化剂的组成和主要性能
催化剂的作用
Al2O3为结构型助催化剂。它均匀地分散在α-Fe晶格内和 晶格间。 Al2O3的作用有两个，一是增加α -Fe的表面积，并保持 多孔结构；二是防止还原后的铁微晶长大，从而提高催化 剂的活性和稳定性。 K2O和CaO是电子型助催化剂，K2O能促进电子的转移过程， 有利于氮分子的吸附和活化，也促进生物氨的脱附。 CaO能降低固溶体的熔点和粘度，有利于Al2O3和Fe3O4固 溶体的形成，提高催化剂的热稳定性和抗毒害能力。 SiO2往往被视为催化剂制备原料磁铁矿的杂质而带入催化 剂中。由于它作为一种酸性组分在制备催化剂熔融过程中 具有中和K2O、CaO等一些碱性促进剂，从而减弱了这些促 进剂的作用。但是它又类似Al2O3，可以起到稳定α -Fe晶 粒的作用。从而可以增强催化剂的抗水毒害和耐热性。 CoO作为促进剂，添加后催化剂晶粒减小了100.比表面增 大了3m2/g，活性约提高10％。
工业合成氨催化剂的主要成分
工业合成氨催化剂的主要成分
1工业合成氨催化剂
工业合成氨是大规模生产氨的一种方法。
这种方法用来取代传统的方法，例如硫酸-硝酸法和氢-氧法，亦或是来自燃烧气体氨的捕捉。
工业合成氨的主要原料包括氮气（N2）和氢气（H2），它们以高温反应，以产生氨（NH3）。
氮气与氢气在反应过程中可以形成氨，这种反应通常称为氨合成反应，又称Haber-Bosch反应。
而工业合成氨催化剂是氨合成反应的关键参与者，它有助于加速反应的进程，从而大大减少反应所需时间，提高氨的产量。
在反应过程中，催化剂的主要作用是“激活”氢气分子，使其可以与氮气分子有效地反应，生成氨分子。
这种催化剂具有金属结构，有时包含卤素或氟等元素。
最常见的氨合成催化剂是铈催化剂和钌催化剂。
铈和钌在温度范围内都具有活性，可以在中性或碱性条件下发挥作用。
他们之间的化合物表现出不同程度的催化活性，铈取得的效果比钌略逊一筹。
然而，无论是金属铈或钌，它们都可以兼顾活性和稳定性，使得它们可靠、节能、低噪声地运行，并且产生的氨可以达到最高产量和最佳质量。
在反应条件允许的情况下，氨合成催化剂可以有效地催化氨的反应，从而达到减少原料消耗、减少能耗消耗、降低产品细节以及提高反应速率等优势。
同时，它们还可以延长催化剂的使用寿命，降低催化剂更换的费用支出，使工业合成氨的生产更加可靠和高效。
论催化剂在合成氨工艺中应用技术的发展
论催化剂在合成氨工艺中应用技术的发展摘要：催化合成氨是自然界中氮的循环的重要一环，不仅如此，合成氨工业的迅速发展，又促进了一系列科学技术和化学合成工业的发展。
合成氨工业的发展在人类社会史上具有重大影响，解决了人类因人口增长所需要的粮食。
结合对合成氨工艺的认识预测未来合成氨技术的发展方向和趋势，出合成氨工业的未来和面临的新挑战，以氮和氢为原料合成氨，是目前世界上采用最广泛，通过合成氨的工艺流程和设备以及合成氨过程的成熟技术和实践经验，列出涉及的有关化学反应式、技术路线和实验方案。
关键词：催化剂；合成氨；技术一、氨的性质氨是最为重要的基础化工产品之一，氨也是一些工业部门的重要原料，其产量居各种化工产品的首位，氨是由氮和氢两种元素组成的，要生产合成氨，首先要制造含有氮、氢混合气的原料气，它的化学式是NH3，氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，是一种无色具有强烈刺激性、催泪性和特殊臭气的无色气体，目前我国氮肥生产企业主要分布在粮棉主产区和原料资源地。
氨比空气轻，相对密度0.596，氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐；标准状况下，一体积水能溶解1300体积的氨的水溶液称为氨水，合成氨是氮肥工业的基础，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，氨还可用来生产多种复合化肥，氨本身是重要的氮素肥料，常温下氨在空气中的爆炸范围为15.5～28％，在氧气中为13.5～82％，氨与空气或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。
二、催化剂的应用为了加快N2与H2的化合反应速率，都采用加入催化剂的方法，我国合成氨催化剂涉及脱毒剂、烃类蒸气转化、变换、甲烷化和氨合成5大类，以高（中）温变换和氨催化剂消耗量为最大，约占合成氨催化剂总消耗量的70%。
该类催化剂在大型合成氨装置中的平均使用寿命已超过10年，但作为宽温变换催化剂的使用是有条件的，适当增加氮的分压对催化剂吸附氮的速度有利，因为氮的活性吸附是氨合成反应过程的控制步骤，需要存在一定的硫化氢浓度，操作温度越高，仅仅考虑使合成氨的化学反应速率增大还不行，还需要考虑如何最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量，汽气比越大，因此对硫化氢浓度上限无要求，钌基催化剂是氨合成催化剂研究的一个重大突破，有着十分广泛的应用前景，使用寿命与工艺条件有关，一般3～5a，如条件缓和会更长，同时少量的毒物对其活性基本没有影响，合成氨平衡混合物中 NH3的体积分数也只为26.4％，即转化率仍不够大，使用的技术已达国外先进水平。