合成氨的工业催化简介
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。
【DOC】浅谈合成氨催化剂综述
浅谈合成氨催化剂众所周知，N2和H2合成氨的反应是一个可逆反应，从化学平衡角度看，增压，降温有利于氨的合成，但对于合成氨的实际生产，压强越大，对设备的材料，质量和制造水平要求越高，能耗也变大，这将会增加建设投资和生产成本。
目前，我国合成氨厂一般选用的压强在20～50MPa之间，而降温受两方面限制，一是反应速度，降温，虽然有利于反应向正方面进行，但温度过低，反应速度反而变小，造成生产周期长。
二是催化剂，不同的催化剂有它的活性温度范围，催化剂定了，反应温度也随之被定下来，故合成氨提高效率最主要的因素在于催化剂。
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。
一、合成氨催化剂近年的开始历程从20世纪70年代开始，日本就在积极地寻求开发钌基催化剂。
继ICIAMV和LCA 工艺中推出铁一钴系催化剂后，KAAP工艺中采用的以炭为载体的钌催化剂推动了氨合成催化剂的发展。
完全不含铁、不含钌的催化剂，如Cs/Co3Mo3N催化剂，其活性介于熔铁类和钉系催化剂之间，活性低于钌系催化剂。
1970年，以硅藻土为载体钌系催化剂在氨合成反应上的动力学研究引进了日本，日本的研究者继续研究了大量的以钾促进的金属（Co、Ni、Re、Mo、Fe、Ru、Os）在炭载体上的活性，发现钌比传统的双金属铁催化剂活性更高。
1972年，日本报导了以石墨为载体的钉系氨合成催化剂的第一次应用。
对无促进剂和有促进剂的钉系催化剂有了较为详细的认识后，出现了几种改进型钌系催化剂，如Ruhler等人开发的具有较高活性和稳定性的Ba—RU/MgO催化剂，丹麦托普索（Topsφe）公司也开发了含钌的氨合成催化剂。
在这些研究中，镁铝尖晶石和高表面积石墨为载体的钉系催化剂显示出较好的活性。
然而，在工业条件下，它的稳定性还存在一定问题。
最近，以Ba促进BN（氨化硼——以白石墨著称）为载体的钉催化剂开发成功，它具有前所未有的活性和稳定性。
合成氨催化
2 Fe1-xO 基熔铁催化剂
Fe1-xO催化剂在化学组成，晶体结构，物理性质等与 Fe3O4是完全不同的新一代催化剂。 Fe1-xO的定义是指催化剂母体中只有一种铁氧化物和具有 一种晶体结构的催化剂。而且只有维氏体单独存在于催化 剂中才具有较高的活性。
2.1 Fe1-xO和Fe3O4的比较
化学组成 催化剂 FeO Fe2O3 Fe1-xO 80.92 12.78 Fe3O4 31.39 62.31 晶体机构 n(Fe2+/Fe3+) 晶相 晶格参数 7.04 0.56 磁铁矿 维氏体 0.005 K2O 0.4310 0.8386
2.4 Fe1-xO催化剂的活性初探
催化剂Fe1 催化剂Fe1 – xO的活性温度要低于Fe3O4基的熔铁催化剂 的活性温度要低于Fe3O4基的熔铁催化剂 Fe1 – xO比Fe3O4能更好的降低了有机含氧物的选择性，而 Fe3O4能更好的降低了有机含氧物的选择性，而 提高了汽油，柴油的选择性。 当母体相为Fe1-xO 时具有最高的活性和极易还原的性能， 并开发了新型合成氨催化剂A301。该催化剂与A11022型催 化剂在试验室的对比试验结果表明，还原温度降低约50℃， 410℃时氨合成效率提高15%。
合成氨的催化
姓名：田爱莹 学号：08111232
前言
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。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。本此演示的主要讨论方向就是针对于 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。
3 钌基催化剂
上世纪30年代就有报道，但由于所制备的催化剂活 上世纪30年代就有报道，但由于所制备的催化剂活 性不高，没被重视。 1972年，Aika，以钌为活性组分，以钾为助剂，以 1972年，Aika，以钌为活性组分，以钾为助剂，以 活性炭为载体的合成氨催化剂的研究成果引发钌基催 化剂的开发热点。 1992年KAAP工艺开发成功，在加拿大工业生产 1992年KAAP工艺开发成功，在加拿大工业生产
合成氨催化剂的组成及各组分的作用
合成氨催化剂的组成及各组分的作用
合成氨催化剂绝对是分子设计的重要工具，它在细胞研究、催化反应及重要化学转化等过程中起着至关重要的作用。
合成氨催化剂由三种主要组分组成：活性体，平衡剂和催化过剩盐。
活性体是一种对毒性非常稳定的镰刀状烷基化合物，它可以通过水解反应与金属离子发生络合作用，产生催化活性物质，以实现反应的快速进展。
平衡剂是一种离子及分子表面活性剂，它能有效地抑制反应过程中不需要的非均相反应。
它可以巩固活性体的结构和稳定性，并抑制不需要的反应，从而有效地增强反应的活性和可控性。
催化过剩盐是一种提高合成氨反应效率的非常重要的作用物质，它能有效地抑制反应过程中不必要的反应，并使反应产物接近理想状态。
因此，合成氨催化剂是一种能有效促进化学反应的分子工具。
它由以上三种组分组成，分别起着不同的作用，以促进化学反应的进展及实现可控的效率。
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。
室温合成氨 高压氮气流 石墨 催化剂
室温合成氨是一种重要的化学合成过程，通过在高压氮气流中使用石墨催化剂，可以在室温下有效地合成氨。
本文将对室温合成氨的原理、工艺流程和应用进行详细介绍。
一、室温合成氨的原理室温合成氨是指在常温下进行氨的合成反应。
该反应通常使用高压氮气流和催化剂在反应器中进行。
在常温下进行氨的合成反应对能源的消耗较小，适用于大规模工业生产。
二、室温合成氨的工艺流程1.原料准备：室温合成氨的主要原料为氮气和氢气。
氮气通常通过空气分离装置获取，而氢气则可以通过蒸汽重整法或其他方法制备。
2.反应器设计：室温合成氨的反应器通常采用高压容器，具有合适的密封性能和耐压性能。
反应器内部还需要放置石墨催化剂床，以促进氨的合成反应。
3.催化剂的选择：石墨是一种常用的催化剂，具有良好的导热性和化学稳定性。
其表面还可以容纳氨合成反应所需的活性中心，因此在室温合成氨的工艺中具有重要的应用价值。
4.反应条件控制：室温合成氨的反应条件通常以高压氮气流作为保护气体，同时需要控制合适的反应温度和压力条件，以促进氨的合成反应。
5.产品分离纯化：室温合成氨反应结束后，需要对产物进行分离和纯化处理，以获得高纯度的氨气。
三、室温合成氨的应用室温合成氨具有广泛的应用价值，主要用于化工行业的氨合成及相关领域的制氢反应。
具体包括：- 合成氨肥料的生产：氨是植物生长过程中必需的氮源，因此被广泛用于合成氨肥料的生产。
- 化学工业中的氨制备：氨用于生产硝酸、尿素等化工产品。
- 氨的储运和制冷：由于氨易液化，因此还用于工业领域的制冷和储运等方面。
室温合成氨的工艺具有能源消耗小、成本低等优点，因此在工业生产中具有重要的应用前景，尤其对于一些无法进行高温高压氨合成的场合具有特殊意义。
室温合成氨是一种重要的化学合成过程，利用高压氮气流和石墨催化剂可以在室温下高效地合成氨。
该工艺的原理、工艺流程和应用具有重要的工业应用意义，对于促进氨合成技术的发展和工业化生产具有重要的推动作用。
合成氨工业的主要原理
合成氨工业的主要原理引言：合成氨是一种重要的化学原料，在农业、化工等领域有广泛的应用。
合成氨工业是通过一系列化学反应将氮气和氢气合成氨气的过程。
本文将介绍合成氨工业的主要原理。
一、氨气的应用领域氨气是一种具有刺激性气味的无色气体，具有广泛的应用领域。
在农业方面，氨气被用作肥料的原料，提供植物所需的氮元素。
在化工领域，氨气用于制造尿素、硝酸等化学品。
此外，氨气还被用于制冷、消毒和金属表面处理等工艺。
二、合成氨的化学反应合成氨的化学反应是一种复杂的过程，主要包括氮气和氢气的催化反应。
具体的反应过程如下：1. 氮气的吸附和解离：首先，氮气分子被吸附到催化剂表面，并在催化剂的作用下发生解离。
解离后的氮原子与催化剂表面形成键合。
2. 氢气的吸附和解离：接着，氢气分子也被吸附到催化剂表面，并在催化剂的作用下发生解离。
解离后的氢原子与催化剂表面形成键合。
3. 活性氮原子与氢原子的结合：活性氮原子和氢原子在催化剂表面发生反应，形成氨气分子。
此反应是放热反应，释放出大量的能量。
三、催化剂的作用催化剂在合成氨反应中起到关键作用。
它能够降低反应的活化能，加速反应速率，并且在反应结束后能够再生，循环使用。
常用的催化剂包括铁、铑、镍等金属。
催化剂通过提供活性位点来促进氮气和氢气的吸附和解离，使反应能够顺利进行。
此外，催化剂还可以调控反应的选择性，提高产氨的效率。
四、反应条件的影响合成氨反应的条件对反应速率和产氨量有着重要影响。
以下是一些常见的影响因素：1. 温度：合成氨反应是一个放热反应，提高反应温度可以增加反应速率。
但过高的温度会导致不可逆反应的发生，降低产氨量。
2. 压力：增加反应压力可以促进氮气和氢气的吸附和解离，从而提高反应速率。
3. 催化剂选择：不同的催化剂对反应的速率和产氨量有着不同的影响。
选择合适的催化剂可以提高反应效率。
4. 反应物比例：氮气和氢气的反应物比例对产氨量有着重要影响。
通常情况下，氮气和氢气的摩尔比接近3:1时产氨量最高。
工业合成氨催化剂
工业合成氨催化剂
工业合成氨催化剂是一种催化剂，可促进氮气和氢气的反应形成氨气。
通常采用铁和钼作为活性成分，其制备过程涉及多个步骤。
首先，制备铁和钼的盐酸溶液。
然后将铁和钼的溶液混合，并加入一个还原剂，通常采用氨或甲醇。
通过加热反应混合物，还原铁和钼离子形成金属颗粒。
接下来，将金属颗粒加入载体中，通常采用铝氧化物或硅氧化物作为载体。
将混合物加热，使金属颗粒附着在载体表面。
最后，将载有金属颗粒的载体烘干并加热，使金属颗粒彼此融合形成催化剂。
工业合成氨催化剂的制备需要严格的控制条件和高温高压的反应环境。
这些催化剂被广泛用于工业合成氨的过程中。
工业催化资料
一、简答题1、加氢催化剂属于哪种机理？加氢催化剂对脱氢反应也有活性，说明其原因。
催化加氢的机理(改变反应途径，降低活化能)：吸附在催化剂上的氢分子生成活泼的氢原子与被催化剂削弱了键的烯、炔加成。
因为催化剂可以加速正反应速率，也可以加速逆反应速率。
2、合成氨为什么要选择多组元催化剂？其主催化剂和助催化剂是什么？助催化剂的作用是什么？固体催化剂的组成从成分上可分为单组元催化剂和多组元催化剂，单组元催化剂有一组物质组成的，单组元催化剂在工业中用的较少，因为单一物质难以满足工业生产对催化剂性能的多方面要求。
然而，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，因此合成氨选择多组元催化剂。
工业合成氨铁催化剂，其主催化剂是Fe3O4，助催化剂为Al2O3。
作用：大大地减缓微晶增长速度，延长了催化剂的寿命。
3、合成氨反应Ea为230~930KJ/mol，Ea为179.2KJ/mol时，计算α-Fe催化剂后反应速率常数k提高值。
4、试证明：Langmuir吸附情况下，A、B混合吸附达到平衡时二、选做题：1、Na型分子筛用做固体酸催化剂时，为什么要进行离子交换？用不同价数的阳离子交换对催化活性会有什么影响？沸石催化剂属于固体酸催化剂，它的酸性来源于交换态铵离子的分解、氢离子交换或者是所包含的多价阳离子在脱水时的水解。
由于合成的基本型是Na型分子筛，它不显酸性。
必须将多价阳离子或氢质子引入晶格中，才会使其显现固体酸性。
所以制备沸石催化剂往往要进行离子交换，将NaY型分子筛转换成HY 型。
同时通过这种交换，还可以改进分子筛的催化性能，从而获得更广泛的应用。
2、化学吸附在催化研究中有什么意义和作用？试描述物理吸附和化学吸附的差别，它们如何进行鉴别？吸附过程与催化作用在国民经济和环境保护方面具有重要意义。
他们是化学工业，石油炼制以及国民经济其他领域最活跃的研究课题之一。
这两个领域涉及到的都是表面现象，使用的都是多孔固体。
合成氨催化剂（范文2篇）
合成氨催化剂（范文2篇）以下是网友分享的关于合成氨催化剂的资料2篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
合成氨催化剂（1）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。
合成氨催化技术与工艺发展探究
合成氨催化技术与工艺发展探究合成氨是工业化学的重要领域之一，广泛应用于生产化肥、塑料、药品等领域。
合成氨催化技术与工艺的发展历程充分体现出科技进步和化学工业的发展历程。
20世纪初，尼克拉斯·魏格纳发现了铁为催化合成氨反应的良好催化剂，但由于铁粒子容易聚集和烧结，导致反应效果差。
直到1913年，德国科学家哈贝尔在铁上覆盖了少量铝时，此时借助铝的镀覆作用，使得铁的聚集和烧结得到了有效的抑制，从而催化合成氨反应获得了初步应用。
这就是著名的哈贝-博斯曼法。
20世纪30年代，德国化学家斯塔茨研究发现，钨酸在氨合成反应中也有良好的催化作用，这一发现引起了学术界的广泛关注。
在此基础上，斯塔茨提出了钨酸催化剂和铁催化剂结合应用的理论，并开发了斯塔茨氨合成法。
该方法采用了先用铁催化剂进行预处理，再用钨酸催化剂进行反应的方法，使得合成氨的催化效果得到了极大的提高。
20世纪50年代，随着催化化学的发展，钴合金催化剂应用于氨合成中，并得到了广泛使用。
钴合金催化剂比铁催化剂和钨酸催化剂具有更高的活性和稳定性，可以在较低的工艺条件下得到更高的产量，成为现代氨合成的主流催化剂。
近年来，氨合成催化化学的发展更加注重环保和可持续发展，研究重点转向了绿色催化剂的开发和应用。
绿色催化剂通常指针对环保和可持续发展进行了优化的催化剂，如金属有机框架(CMOF)、氮化硼等。
这些新型催化剂具有高的活性、选择性和环保性，并且对反应条件的要求较低，对氨合成的绿色化发展具有重要作用。
总之，合成氨催化技术与工艺的发展历程充分体现了科技进步的不断推进和化学工业的不断探索。
随着绿色催化剂等新型技术的应用，氨合成的工艺效率和环保性将得到更大的提升，推动化学工业向更加可持续的方向发展。
工业催化原理合成氨工业催化基础和过程
则吸附速率方程为： raA ka APA (1 A B )
raB ka B PB (1 A B )
脱附速率方程为： rdA kd A A
rdB k d B B
化工资源有效利用国家重点实验室
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第一节 吸附作用与催化反应
（3）真实吸附模型的吸附和脱附速率方程
物理吸附：指气体物质（分子、离子、原子或聚集体）与表面的物理作用 （如色散力、诱导偶极吸引力）而发生的吸附，其吸附剂与吸附质之间主要 是分子间力（也称“van der Waals”力）。
化学吸附：指在气固界面上，气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键 力）而发生的吸附，因此化学吸附作用力强，涉及到吸附质分子和固体间化 学键的形成、电子重排等。
（1）吸附等温线
在恒定温度下，对应一定的吸附质压力，在催化剂表面上吸附量是一定的，因此通 过改变吸附质压力可以求出一系列吸附压力-吸附量对应点，由这些点连成的线称为 吸附等温线。对于物理吸附，有5种类型的等温线。
化工资源有效利用国家重点实验室
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第一节 吸附作用与催化反应
I型等温线:又称Langmuir等温线，表示吸附剂毛细孔的孔径比吸附质分子尺寸 略大时的单层分子吸附，或在微孔吸附剂中的多层吸附或毛细凝聚。如某些活 性炭上氮在-195 ℃的吸附。
S SSS
ⅥA ， ⅦA ， Ta ， Cr ， Mo ， W ，
ⅧA1
Fe，Ru，Os
B1 ⅧA2，ⅧA3 Ni，Co
SS S
S SSn
B2 ⅧA2，ⅧA3 Rh，Pd，Pt，Ir
SS S S Snn
B3 ⅦA，ⅠB Mn，Cu
S S S S wn n
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。
合成氨催化技术与工艺发展探究
合成氨催化技术与工艺发展探究合成氨是工业上重要的化工产品之一，也是农业上主要的氮肥。
合成氨催化技术的发展对于化工行业和农业生产具有重要意义。
本文将探究合成氨催化技术与工艺的发展历程，分析其现状和未来发展趋势。
一、合成氨催化技术的历史合成氨的制备历史可以追溯到19世纪，当时科学家们开始尝试使用化学方法制备氨气。
而后，德国化学家哈勃发现了通过高温、高压条件下将氢气和氮气催化反应合成氨气的方法，这一方法被称为哈勃过程，也成为了工业合成氨的基础技术。
随后，人们又相继提出了费舍尔-特罗普希氏法、考夫曼法等制氨技术。
这些技术改善了合成氨的生产效率和质量，推动了工业合成氨的大规模生产。
工业上主要的合成氨催化技术路线有哈勃过程、费舍尔-特罗普希氏法和考夫曼法。
哈勃过程是通过将氢气和氮气在铁催化剂的存在下，经高压高温条件进行气相反应制备氨气。
费舍尔-特罗普希氏法则是在中温、高压的条件下，利用铁-铝催化剂进行氢气和氮气的合成。
而考夫曼法是将氨和水进行催化裂解，得到氢气和氮气，再行合成氨气。
目前，合成氨催化技术在工业生产中得到广泛应用。
尤其是哈勃过程，已成为工业上主要的制氨技术路线，因其操作简便、反应条件温和等优点而受到青睐。
随着科技的进步，合成氨催化剂也发生了革新，新型的合成氨催化剂不仅提高了合成氨的生产效率，还减少了对环境的影响，具有更好的发展前景。
在未来，合成氨催化技术的发展将会朝着高效、节能、环保的方向发展。
催化剂的研究将会成为重点，新型高效的合成氨催化剂将被不断开发，以提高合成氨的产率和质量，减少能源消耗和环境污染。
催化技术将会向着低温低压方向发展，以降低制氨过程的能耗和成本。
合成氨催化技术将和新材料、新能源等领域相结合，推动整个制氨工艺的创新和改进。
智能化制造和自动化控制将会成为合成氨生产的新趋势，提高生产效率的保障产品质量和生产安全。
合成氨催化技术与工艺的发展对于工业生产和农业发展具有重要意义。
随着科技的不断进步和创新，合成氨催化技术将会迎来更好的发展前景，为人类创造出更多的价值和福祉。
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、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。
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+摩尔比接近0.5，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，在10.13MPa，450℃，空速1×104h-1的条件下，也得到摩尔比0.52时转化效率最高的相同结果。
1979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，其活化能达到69.1kJ/mol，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。
化工合成氨工艺原理及流程分析
化工合成氨工艺原理及流程分析合成氨是一种重要的化工原料，广泛用于制造化肥、塑料、炸药等工业产品。
化工合成氨的工艺原理及流程分析包括以下几个方面：氨合成反应原理、催化剂选择、反应器类型、反应条件等。
氨合成反应原理：合成氨的反应原理是通过氮气与氢气在适宜的温度、压力和催化剂条件下发生氨合成反应。
反应的化学方程式为：N2 + 3H2 → 2NH3、该反应是一个放热反应，反应热释放为-92 kJ/mol。
催化剂选择：在氨合成中，催化剂起到提高反应速率的作用。
常用的催化剂有铁、铑及铂铑合金等。
其中，铁是最常用的催化剂，它在常压、常温下较容易活化氮分子直接反应生成NH3反应器类型：氨合成反应器主要分为固定床反应器和流化床反应器两种。
固定床反应器是将氨合成催化剂装填在固定的反应器床层中，氮气和氢气在催化剂上发生反应。
流化床反应器则是将催化剂悬浮在气流中，气体通过床层时与催化剂接触反应。
反应条件：氨合成反应需要控制的反应条件包括合适的温度、压力和气体物质的配比。
一般来说，较高温度有利于增加反应速率，但过高会使催化剂失活。
常用的反应温度在300-550摄氏度之间。
反应压力的选择要保证合理的反应速率，一般在100-300atm之间。
氮气和氢气的配比一般为1:3，即1 mol氮气需要3 mol氢气参与反应。
1.氮气和氢气的净化：通过气体净化系统处理供应的氮气和氢气，去除其中的杂质，保证进入反应器的气体纯度。
2.反应器：将纯化后的氮气和氢气以合适的压力和比例输入反应器。
反应器内设置催化剂床层，使氮气和氢气在催化剂上发生反应生成氨。
3.冷却器：反应结束后，将反应后的气体通过冷却器冷却，使氨气在较低温度下凝结成液态。
4.分离器：将液态的氨与未反应的氢气和氮气通过分离器分离，以得到干净的合成氨。
5.回收和再利用：未反应的氢气和氮气可经再循环回收，以减少原料的消耗和降低生产成本。
总结：化工合成氨工艺原理及流程分析包括了氨合成反应原理、催化剂选择、反应器类型、反应条件等。
合成氨生产工艺介绍[整理]
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合成氨生产工艺介绍[整理]合成氨是现代农业、化学工业、燃料等领域的重要原料。
工业合成氨的生产工艺主要是通过哈-博士过程进行的，简称H-B法。
这种方法是将空气中的氮气与氢气在催化剂的存在下进行化学反应，生成氨气。
1. 哈-博士过程的原理H-B法是将氮气和氢气分别通过加热、压缩和清洗等方式处理后，再将两气混合到催化剂层上进行反应。
催化剂通常选用铁、铑、钼等金属催化剂，也可以采用物理和化学合成的单一和复合催化剂。
在反应过程中，氢气在催化剂层上与氮气发生反应，生成氨气，同时放出大量的热量。
生成氨气后，氢气和氮气的剩余量将被回收再利用。
2. 生产工艺流程H-B法合成氨气的生产工艺流程主要包括氢气制备、氮气制备、氢氮混合、压缩、催化反应、分离纯化和氨气回收等环节。
（1）氢气制备：通过蒸汽重整、水气变换和煤制氢等方法将天然气、石油、煤等原料转化为氢气。
（2）氮气制备：常用的方法有空气分离法和氧化铵法。
空气分离法将空气经过压缩、冷却、除尘、空气分离等步骤制备氮气。
氧化铵法则是将高浓度的氨水与纯碳粉混合后在加热反应生成氮气。
（3）氢氮混合：通过控制氢气和氮气的比例制备合适的混合气体。
（4）压缩：利用压缩机将氢氮混合气体压缩至高压。
（5）催化反应：将高压氢氮混合气体经过加热后，进入催化反应器内，在催化剂作用下氮气和氢气发生化学反应生成氨气。
（6）分离纯化：将合成气中的氨气、氢和氮等组分进行分离和纯化，得到高纯度的氨气。
（7）氨气回收：将产生的氨气收集回收，同时将未反应的氢气和氮气回收再利用。
3. 工艺的优缺点H-B法的主要优点是工艺稳定，生产量大，产品纯度高，而且氨气的制备设备易于实现自动化控制，操作简单。
它是目前世界上最为成熟的合成氨气工艺。
但是，H-B法也存在一些缺点。
首先，该工艺所用的原材料，也就是天然气、石油、煤等等，属于有限资源，且成本较高。
其次，反应过程中可能产生一定的有毒和有害物质，对环境和人体健康造成影响。
在工业催化中典型的催化过程氨的合成
在工业催化中典型的催化过程氨的合成、硝酸的合成、硫酸的合成，现分别详细介绍每个过程氨的合成现代的合成氨工厂在温度350~550 o C和压力(1~3)×107Pa的范围内操作惰性气体的影响：降低平衡转化率和速度；根据热力学计算，每1吨氨气所需要的能量为2×107kJ；Haber-Bocsh的催化工艺，需要3.6×107kJ；如果没有催化剂，需要11.7×107kJ催化剂高品位磁铁矿，粉碎1% K（碳酸盐形式）1%~3% 碳酸钙高温熔融，冷却后铸锭、粉碎、分级2%~5% Al2O3有些情况下用添加剂如0.5%~3.0% 氧化铬催化剂按筛分大小，根据不同反应器设计选用1.5~3mm、3~6mm、6~10mm、8~12mm和12~21mm有时也用具有较高低温活性的椭圆形5mm×10mm和磨光的颗粒，可以避免使用中因消除边、角而引起的压力降和影响物流分布催化剂活化加热原料气在370~390 o C范围内，最后在400~420 o C完成催化剂开始变活性时，氨就开始生成了，1周达满生产催化剂结构•由于氧以水的方式除去，大概有25%的失重；•铁晶相密度增大，但总颗粒大小不会变化，于是催化剂颗粒会产生50％的孔度；•铁微晶大小为20~30微米；•内表面积10m2/g被包埋在助催化剂的模具之中•铁微晶相互很好的隔离起来催化剂和纯铁粉之间有着本质的差异催化剂前体和纯磁铁矿之间也有明显的差异：助剂的效果合成氨催化剂在结构上的特点：•原来致密的粒子已变成由铁颗粒组成的集聚体；•集聚体以Fe(111)为基板的单晶体的薄层堆积而成；•颗粒是分开的，因此通过结构助催化剂（三种氧化物）的隔离作用，使之有稳定的孔结构；•烧结可因薄层表面上的结构助催化剂氧化物而受阻。
毒物：最常见的是硫化物，0.2 mg.s/m2就可使催化剂失活寿命：催化剂本身使用寿命在10年以上工艺：•合成反应需有效冷却；•连续反应，低转化区和高转化区•反应速率快，速率由传质控制；•加大物流，引起高的压力降，增加能耗；•加大催化剂颗粒，会降低催化剂的利用率，并降低表观活性Haber的流程图硝酸的合成一、硝酸的生产方法工业上生产硝酸的原料主要是氨和空气，采用氨的接触催化氧化的方法进行生产的。
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吉林化工学院工业催化学科知识文献综述课题题目：合成氨的催化工业简介班级：化工0801学号：08110119姓名：张迪日期：2010.12.1合成氨的催化工业简介合成氨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。
别名：氨气。
分子式NH3英文名：syntheticammonia。
世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。
一、合成氨-基本简介生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。
①天然气制氨。
天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。
以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
②重质油制氨。
重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。
空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
③煤（焦炭）制氨。
随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
用途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。
贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。
此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。
液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。
液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。
二、合成氨-构成发现德国化学家哈伯(F.Haber，1868-1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。
于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。
这是目前工业普遍采用的直接合成法。
反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。
合成氨反应式如下：N2+3H2≒2NH3(该反应为可逆反应，等号上反应条件为：“高温高压”，下为：“催化剂”)合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。
经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。
氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。
合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。
三、合成氨-工艺流程合成氨的工艺流程(1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。
对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。
(2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
①一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。
合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。
变换反应如下：CO+H2OH→2+CO2=-41.2kJ/mol0298HΔ由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。
第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。
因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
②脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。
工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。
粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。
CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。
因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。
一般采用溶液吸收法脱除CO2。
根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。
一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。
一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。
③气体精制过程经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。
为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。
因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。
目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。
深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(<-100℃)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。
甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。
甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。
甲烷化反应如下：CO+3H2→CH4+H2O=-206.2kJ/mol0298HΔCO2+4H2→CH4+2H2O=-165.1kJ/mol0298HΔ(3)氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。
氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。
氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。
氨合成反应式如下：N2+3H2→2NH3(g)=-92.4kJ/mol四、合成氨-催化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。
由于反应途径的改变（生成不稳定的中间化合物），降低了反应的活化能，因而反应速率加快了。
催化剂的催化能力一般称为催化活性。
有人认为：由于催化剂在反应前后的化学性质和质量不变，一旦制成一批催化剂之后，便可以永远使用下去。
实际上许多催化剂在使用过程中，其活性从小到大，逐渐达到正常水平，这就是催化剂的成熟期。
接着，催化剂活性在一段时间里保持稳定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用。
活性保持稳定的时间即为催化剂的寿命，其长短因催化剂的制备方法和使用条件而异。
催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂的中毒。
一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据而引起中毒。
中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。
例如，对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。
但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。
相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。
催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。
催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。
工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。
因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。
五、合成氨-研究现状解放前中国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。
1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。
中国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。
中国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。
这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。
化学模拟生物固氮的重要研究课题之一，是固氮酶活性中心结构的研究。
固氮酶由铁蛋白和钼铁蛋白这两种含过渡金属的蛋白质组合而成。
铁蛋白主要起着电子传递输送的作用，而含二个钼原子和二三十个铁和硫原子的钼铁蛋白是络合N2或其他反应物（底物）分子，并进行反应的活性中心所在之处。
关于活性中心的结构有多种看法，目前尚无定论。
从各种底物结合物活化和还原加氢试验来看，含双钼核的活性中心较为合理。
中国有两个研究组于1973—1974年间，不约而同地提出了含钼铁的三核、四核活性中心模型，能较好地解释固氮酶的一系列性能，但其结构细节还有待根据新的实验结果精确化。
国际上有关的研究成果认为，温和条件下的固氮作用一般包含以下三个环节：①络合过程。
它是用某些过渡金属的有机络合物去络合N2，使它的化学键削弱；②还原过程。
它是用化学还原剂或其他还原方法输送电子给被络合的N2，来拆开N2中的N—N键；③加氢过程。
它是提供H+来和负价的N结合，生成NH3。
化学模拟生物固氮工作的一个主要困难是，N2络合了但基本上没有活化，或络合活化了，但活化得很不够。
所以，稳定的双氮基络合物一般在温和条件下通过化学还原剂的作用只能析出N2，从不稳定的双氮络合物还原制出的NH3的量相当微少。