合成氨催化剂
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。
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。
合成氨催化剂的生产和技术
合成氨催化剂的生产和技术发布时间：2023-01-04T05:52:04.717Z 来源：《中国科技信息》2023年17期作者：张鹏[导读] 合成氨广泛用于工业硝酸、盐铵和化肥的生产过程，间接促进了国民经济的发展。
与此同时，有关工业对氨的需求以吨计有所增加，这是工业建设和化学发展的基本原料之一。
张鹏陕西黄陵煤化工有限责任公司陕西延安 727307摘要：合成氨广泛用于工业硝酸、盐铵和化肥的生产过程，间接促进了国民经济的发展。
与此同时，有关工业对氨的需求以吨计有所增加，这是工业建设和化学发展的基本原料之一。
但是，作为工业发展和国民经济的重要参与者，传统的合成氨往往消耗更多的能源，产生较少的效益。
因此，对合成氨催化剂的研究开发不断进行推导。
本文介绍了合成氨催化剂的研究开发，讨论了最新的合成氨研发趋势，供参考。
关键词：合成氨；催化剂；新技术；研究进展前言作为合成氨化工的重要原料，在中国工业建设和经济生产中发挥着十分重要的作用，合成氨相关催化剂的开发也是化工发展的重要组成部分。
但是，我们还必须认识到，合成氨工业在实际生产中也消耗大量能源在全球气候日益受到灾害威胁的时候，化学研究人员必须加倍努力，改进现有的催化剂，以提高合成氨工业的总体效率。
1 铁基催化剂的研究1.1铁系氨合成催化剂A-110-1催化剂是一种以铁-氨为基础的合成催化剂，主要由磁铁矿的传统熔炼形成。
为了提高催化剂活性和稳定性，结构催化剂如Al2O3、K2O、CaO、BaO等。
已添加到准备中。
其作用是利用这些高熔点折射氧化物作为活性物质的α-Fe晶体的绝缘材料，防止容易发生摩擦的微晶接触，从而提高催化剂体的热稳定性。
SiO2 _ 2通常是从磁铁矿原料引入的，其适当存在类似于Al2O3，它可以稳定铁颗粒，提高催化剂的热阻和水的毒性。
催化剂的组成和含量在熔化状态下相互作用，影响催化剂的活性和热稳定性。
尤其是还原催化剂表面化学成分对催化剂的活性和稳定性起着重要作用。
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。
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自由焙变化。
这种作用称为催化作川。
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(energy profile 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
铁基催化剂的双峰形活性曲线
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结果表明：在7.0~7.5MPa等压合成氨工 艺条件下，A301催化剂的氨净值为10~12%， 在8.5MPa或10MPa微加压合成氨工艺条件 下，氨净 7.0~7.5MPa 可高达12~15%,可以 满足合成氨工业经济性对氨净值的要求。目 前我国生产的A301催化剂起始温度在 280~300℃，主期温度在400~480℃，使用 温度在300~520℃，使用压力在8.0~32Mpa， 氨净值为12~17%。因此采用A301催化剂实 现等压或微加压合成氨是可行的，并且可获 得显著的经济效益。
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经典火山活性曲线
关于合成氨熔铁催化剂,人们一直都认为R值 (即Fe2+/Fe3+)为0.5时其催化活性达到最佳状 态,这一经典理论沿袭了80多年,直到刘化章 等人找到了性能更佳的新的熔铁催化体 系———维氏体Fe1-XO体系才突破了这一经 典结论,标志着合成氨催化剂进入了一个新 的发展时期。
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3.6 纳米三氧化钼
MoO3是合成氨脱硫工序催化剂的活性组 分。
有学者以低品位钼精矿为原料,用热分解 法制备出了接近纳米级的MoO3微粒。
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由于纳米材料的小尺寸及特殊的表面结构， 使得纳米催化剂具有特殊性能。和传统催 化剂相比，纳米催化剂的平均选择性提高 5～10倍，活性提高2~7倍。纳米催化剂的 这些优异性必将得到更好的开发利用。
例如:以硫酸亚铁铵、草酸和丁醇为原用 液相化学沉淀法先进行沉淀反应,再进行干还 原,制备出了粒径为100~300 nm的纳Fe3O4的 微粒：以二氯化铁、三氯化铁和氨水原料,用 液相化学共沉淀法制备出了平均11.8 nm的纳 米微粒;以硝酸铁和草酸铵料,制备出纳米级的 Fe3O4微粒。
合成氨的工艺条件
合成氨的工艺条件合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于制造肥料、农药、塑料、纤维和其他化学产品。
下面将详细介绍合成氨的工艺条件。
1. 反应原料：合成氨的反应原料主要包括氢气和氮气。
氢气常采用气体压缩机将氢气压缩到高压，氮气则从空气中通过分离提取出来。
合成氨的反应物是氮气和氢气的混合气体，总压力通常为100-300 atm。
2. 催化剂：合成氨反应通常需要使用催化剂来降低反应温度和提高反应速率。
最常用的催化剂是铁-钼催化剂，它通常是以氧化铁和氧化钼为主要成分。
这种催化剂能够在相对较低的温度下催化氢气和氮气的反应。
3. 反应温度：合成氨的反应温度通常为300-550。
在这个温度范围内，氢气和氮气可以与催化剂发生反应，生成氨气。
反应温度的选择需要考虑到反应速率和催化剂的稳定性。
4. 反应压力：合成氨的反应压力通常为100-300 atm。
较高的压力有助于提高反应速率和氨气的产量。
然而，过高的压力会增加设备的运行成本和维护难度，因此，需要在经济性和反应效率之间找到平衡。
5. 反应时间：合成氨的反应时间通常为2-6小时。
反应时间的选择需要考虑到反应速率和设备的运行效率。
较长的反应时间有助于提高氨气的产量，但也会增加生产周期和能源消耗。
6. 反应装置：合成氨的反应通常采用固定床反应器。
反应器通常是由催化剂床和加热器组成的容器。
氢气和氮气从反应器的上部通入，在催化剂的作用下发生反应，生成氨气，然后通过反应器的底部排出。
7. 优化工艺条件：为了提高合成氨的生产效率，可以采取一些优化措施。
例如，可以改变催化剂的配方，优化反应温度和压力的组合，改进氢气和氮气的供应方式，以及改进反应器的结构等。
这些优化措施可以提高反应速率和氨气的产量，从而降低成本和提高经济效益。
总结起来，合成氨的工艺条件包括反应原料、催化剂、反应温度、反应压力、反应时间和反应装置等。
通过优化这些条件，可以提高合成氨的产量和生产效率，实现高效、经济的合成氨生产。
合成氨催化剂
合成氨催化剂摘要：合成氨是重要的化工原料，合成氨工业是化学工业的支柱产业。
合成氨工艺主要是对催化剂的研究，文章对合成氨催化剂作研究进展概述，提出了对合成氨催化剂发展的建议。
关键词：合成氨催化剂发展合成氨是重要的化工原料。
氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12%。
硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。
液氨常用作制冷剂。
合成氨工业在国民经济中占有重要地位, 合成氨是一个大吨位、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。
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
至今仍没有开发出与其低压高活性相匹配的低压合成工艺，因此，以催化剂为核心技术，通过对催化剂的深入研究，以提高合成氨工业的综合效益。
1、催化剂合成氨的反应机理热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反应的活化能很高，反应几乎不发生。
当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了反应的活化能，使反应以显著的速率进行。
目前认为，合成氨反应的一种可能机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱。
接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用，在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。
上述反应途径可简单地表示为：xFe+N2→FexNFexN+[H]吸→FexNHFexNH+[H]吸→FexNH2FexNH2+[H]吸FexNH3xFe+NH3在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约335kJ/mol。
加入铁催化剂后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。
第一阶段的反应活化能为126kJ/mol～167kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13kJ/mol。
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。
亚铁基合成氨催化剂 ----李阳
Fe1-xO基催化剂的开发成功使我国合成氨催化剂的研究水平 跃居世界领先地位，并在国际上引起了很大的反响，意大利 科学家、瑞士卡萨里合成氨工程公司技术顾问N.Penicone 等研究表明:在低温下， Fe1-xO基催化剂可以达到R侧C催化 剂的性能。该成果于1986年获得国家发明专利权(保密)， 1994年获得美国、英国、德国、丹麦等国发明专利权。 1995年获国家发明二等奖。A301型催化剂于1991年投入工 业应用以来，己先后成功地在我国23个省市的数百家中小型 化肥厂应用。工业化操作表明，A301型催化剂具有活性高、 活性温度低、特易还原、耐热抗毒性好、机械强度高等显著 特点，在小型化肥厂单炉使用寿命已超过5年，节能效果和 经济效益显著，完全具备在大中型合成氨厂使用的条件。
(2). 较好的抗毒性能
亚铁基催化剂的抗毒性高于铁钴系催化剂,与 铁基催化剂的抗毒性能相当。（A301 型低 温低压氨合成催化剂及其工业应用总结）笔 者通过A301与A110 的对比试验发现, A301 的抗毒能与A110-1 非常接近, 大量的工业应 用也充分证明了这一点。
(3). 耐热能力有差异
(4). 容易还原
传统铁基催化剂中的主要组分是Fe3O4,Fe2+/ Fe3+ 大多在 0.5~ 0.6; 亚铁基催化剂中的主要组分是Fe1- XO, 其氧化态母 体为FeO, Fe2+/ Fe3+ 大于6, Fe1- XO比Fe3O4 容易还原。 铁基催化剂和亚铁基催化剂的还原反应如下: 1/ 3 Fe3O4+ 4/ 3 H2 = Fe+ 4/ 3 H2O △H = 60.4 kJ/ mol FeO+ H2 =Fe+ H2O △H = 37.2 kJ/ mol可以看出, 还原出 1 mol Fe 原子, 铁基催化剂所需的热量为60.4 kJ, 而亚铁基 催化剂只需37.2 kJ, 即还原亚铁基催化剂所需总热量为铁基 催化剂的70.6% 。还原每吨亚铁基催化剂的理论出水量约 220kg, 大约为铁基催化剂出水量的76%, 亚铁基催化剂堆比 重为铁基催化剂的113%, 单位体积亚铁基催化剂的总出水量 为铁基催化剂的86%。
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。
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。
一氧化氮 合成氨 hcl
一氧化氮合成氨 hcl一氧化氮合成氨的过程中，HCl起到了重要的催化作用。
下面将详细介绍这一过程。
在工业上，一氧化氮（NO）和氢气（H2）通过催化剂的作用反应生成氨气（NH3）。
其中，HCl被用作催化剂，促进反应的进行。
一氧化氮和氢气被混合在一起，通常在高温和高压下进行。
这样可以提高反应速率和氨的产量。
接下来，混合气体通过催化剂床层，其中催化剂主要是以铁为基础的化合物。
HCl在该反应中起到了两个重要的作用。
首先，HCl通过与一氧化氮反应生成氯化亚氮（NCl），并将其转化为氯化铁（FeCl2）。
这一步骤被称为氧化剂的还原。
其次，HCl还可以与氢气反应生成氯化氢（HCl）。
这一步骤被称为还原剂的氧化。
催化剂床层中的铁化合物可以有效地催化反应的进行。
它能够吸附和分解氮气和氢气，使它们在表面上与吸附的氯化铁反应，生成氯化亚氮和氯化铁。
然后，氯化亚氮与氢气进一步反应生成氨气。
这个过程是一个多步反应，每一步都需要催化剂的参与。
HCl作为催化剂的一部分，可以提高反应速率和氨的产量。
同时，HCl还能够循环使用，使得反应可以持续进行。
通过一氧化氮合成氨，我们可以利用这一反应制备出大量的氨气。
氨气在工业上有着广泛的应用，例如作为肥料的原料、合成化学品的中间体等。
因此，一氧化氮合成氨的过程具有重要的意义。
一氧化氮合成氨的过程中，HCl作为催化剂发挥着重要的作用。
它促进了一系列反应的进行，使得氨气得以高效产生。
这一过程在工业上具有重要的应用价值，并且通过合理的催化剂设计和反应条件控制，可以实现高效的氨气合成。
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合成氨催化剂的研究
摘要:合成氨是重要的化工原料, 合成氨工业在国民经济中占有重要地位, 因此合成氨工艺和催化剂的改进对降低能耗、提高经济效益有巨大影响。
文章对合成氨催化剂的研究进展进行了评述, 提出合成氨催化剂的发展建议。
目前，铁是合成氨工业中广泛应用的催化剂，它具有高内在活性，长使用寿命和高密度特点，活性温度在500℃左右，尽管铁催化剂有许多优点，但人们一直在努力开发新型催化剂。
关键词: 合成氨; 催化剂; 传统熔铁催化剂；钌基催化剂研究进展
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, 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。
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。
氨合成反应是一个可逆放热且气体体积缩小的过程,从热力学角度考虑,要达到或接近平衡转化率,催化反应应该在较低的温度和较高的压力下进行。
然而温度的降低会使反应速率下降,压力的提高又会使能耗大大增加。
从20世纪初Harber等开发出合成氨铁催化剂以来,铁催化剂在氨合成中的应用就越来越广泛。
该催化剂具有价格低廉、稳定性好等特点,一般采用熔融法制备,以磁铁矿和铁为主要原料,添加各类助剂化合物,经电阻炉熔炼后,再冷却、破碎筛分成不同颗粒的铁催化剂。
研究表明,最好的熔铁催化剂应该只有一种铁氧化物(单相性原理),任何两种铁氧化物的混杂都会降低催化活性,而铁氧化物氨合成的活性次序为:Fe1-xO>Fe3O4>Fe2O3>混合氧化物。
实际应用中,由于铁催化剂起活温度比较高,大型氨厂通常是在400℃～500℃和20.0MPa～30.0MPa条件下使用,在氨合成生产过程中,对设备的要求也比较苛刻,能耗巨大。
而压力的降低,不仅可降低压缩气体能耗,还可采用廉价易得的机械和设备,使投资和操作费用降低。
因此,开发在低温和较低压力下仍具有较高活性的新型氨合成催化剂,就成为合成氨催化剂研究的关键。
目前研究开发的氨合成钌(Ru)基催化剂,由于在低温低压等温和的条件下具有较高的活性,被誉为第二代氨合成催化剂。
一、铁基催化剂的研究
1.1传统熔铁型催化剂
传统熔铁型催化剂主要由磁铁矿组成,加入不同的助剂(如A12O3、K2O、CaO、MgO、BaO 等)构成了一系列不同型号的催化剂。
陈林深等人以Fe3+(Cr3+)öFe2+混合离子和氨水为原料,用共沉淀方法制备C-Fe2O3(Fe3O4)晶型的铁铬中变催化剂,在325℃、500h-1、汽气比2∶1条件下,CO转化率高达97%。
该法除工艺简单,可利用废催化剂Fe3+资源外,还可以在中和沉淀阶段,把Mn2+,Zn2+,Co2+,Pb2+等金属离子掺入尖晶石结构中,形成亚稳态的类C-Fe2O3结构,为改进催化剂性能提供了较好的途径。
1.2 铁-钴型催化剂
王文祥等人以Fe3(Co)12为母体,以活性氧化铝或活性炭为载体制备了负载型氨合成催化剂。
在15MPa、400℃以上表现出很高活性,但低温、常压下几乎无活性。
与以Ru3(Co)12和RuCI3•xH2O为母体的负载催化剂相比,负载钌催化剂在低温常压下即显活性,且以RuCI3•xH2O为母体比以Ru3(Co)12为母体的负载钌催化剂活性高。
1.3 亚铁型催化剂
FeO具有化学非整比性、氧化性和亚稳定性。
在常温下FeO的氧化反应和歧化反应速度很缓慢。
含多种助剂的Fe1-XO基催化
剂在动力学上是稳定的,母体中只有一种铁氧化物(Fe1-XO)和一种晶体结构(Wustite),只有维氏体单独存在于催化剂中时才具有高活性。
研究发现具有维氏体(WUstite,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。
1.4 稀土作助剂的催化剂
稀土元素包括钪、钇和原子序数从57～71的镧系元素,由于其内层4f电子的数目从0～14逐个逐满所形成的特殊组态,造成稀土元素特有的催化、电化学等性质和特殊的应用。
80年代初,研究发现在铁基合成氨催化剂中添加稀土元素,稀土元素氧化物添加剂(CeO)富集于催化剂表面,经还原后与Fe形成Ce-Fe金属化物,促进Fe向N:输出电子,加速氮的活性吸附,提高了催化剂的活性;Ce由界面向基体的迁移速度比K慢,使Ce比K能更长时间保留在界面,发挥其促进活性的作用,保证催化剂具有更长的使用寿命。
1.5 铁锰催化剂
用Mn2+离子浸渍修饰工业A110-3催化剂，在300℃，2.1MPa条件下，其活性比原工业
A110-3催化剂提高了17.4%，这为研制低温高活性氨合成催化剂提供了一些有效信息。
因为这种铁锰催化剂低温吸附解离N2能力很强。
而且催化剂上Fe-N-N或Fe-N键较弱，易于加氢成NHx（1、2、3）。
二、钌基催化剂的研究
钌基催化剂为负载型金属催化剂,其制备方法完全不同于传统的铁催化剂,通常采用浸渍法将钌和助剂化合物负载在载体上,经一定条件还原活化后转化为活性组分。
选择不同的载体对钌基催化剂的制备过程和反应性能都有较大的影响,对以不同材料为载体的钌基催化剂性能研究已有较多的文献报道。
20世纪30年代,Zenghelis和Stathi首次报道了钌的合成氨催化活性,发现钌的催化活性不如铁。
1972年AikaK等人发现,以钌为活性组分,以金属钾为促进剂,活性炭为载体的催化剂活性却很高。
由德国鲁尔（Ruhr）大学开发的一种金属钡、金属钌和氧化镁的催化剂，其活性比传统或其他钌基催化剂活性高2-4倍。
钌基氨合成催化剂为负载型金属催化剂,其制备方法完全不同于传统的铁催化剂,制备方法和条件是钌基氨合成催化剂研究开发的关键之一。
通常采用浸渍法将钌和助剂化合物负载在载体上,经一定条件还原活化后转化为活性组分。
近10年来,国内也对钌催化剂进行了大量的研究,其中活性炭体系、碳纳米管体系的氨合成活性和稳定性都已经达到或接近了国际先进水平。
福州大学研制的双助剂(Ba、K)石墨化炭负载钌催化剂已经完成了工业小试实验,并正在进行钌催化剂合成氨生产产业化示范工程的建设,标志着钌系氨合成催化剂研究成果即将在国内进行产业化应用。
但在工业合成氨条件下,钌和助剂会使催化炭载体发生甲烷化反应,影响了钌催化剂的稳定性,从而对钌催化剂的工业化应用产生了不利影响。
为了制备更稳定的钌基氨合成催化剂,近年来人们加强了对高稳定的金属氧化物负载钌催化剂的研究。
此外,钌较高的价格也是催化剂工业化应用的一大障碍,因此寻找其它价格低廉且活性较高的氨合成催化剂也成为新的研究方向,其中合金型催化剂被认为是最有希望成为继熔铁催化剂和钌催化剂之后的新一代氨合成催化剂。
三、国内现状分析
中国是世界最大氨生产国，年需各类制氢催化剂约25kt，预计2011年需求量为30kt，规模及原料的多样性使我国万吨氨的催化剂单耗高于国外平均水平，但大型氨厂催化剂的使用已达到国际先进水平。
我国已建立亚铁基熔铁催化剂体系。
国内含铬催化剂多大七种型号，但并非用于低压合
成，而是为了降低操作温度。
熔铁催化剂已在一些中、小型合成氨装置应用。
中石化集团南化催化剂厂生产的AII-1、AIIO-1-H型氨合成催化剂，在泸天化大化肥装置投用以来，至今运行良好，创造了显著的经济效益，成为国内使用时间最长的化肥催化剂产品。
目前我国制氨催化剂工业的努力方向是：1.生产能力重组与兼并；2.进一步提高产品质量，增强检测手段，积极参与国际市场竞争；3.厂校联合以加速新产品开发与工业进程；4.由仿制步入创新；5.产品开发与反应工程紧密集合；6.借鉴炼油、石化行业催化剂经验，加快产品开发速度，为合成氨工业整体水平的提高创造条件。
到目前为止,合成氨催化剂已经经历了将近一个世纪的发展历程,可以说已经相当的成熟。
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,合成氨这种高能耗产业的节能降耗还很漫长。
但是我们相信随着新技术的不断地发展,新材料的不断涌现,生物质技术的研发,高性能的合成氨催化剂必将制备出来。
随着机械制造工艺的发展与工艺流程的进一步完善，氨合成工艺也相应地不断有所改善。
相信氨合成工艺将有一个美好的明天。
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