铁触媒催化剂 PPT

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4.铁触媒催化剂中毒
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。
暂时性中毒：如O2、CO、CO2和水蒸气等都 能使铁触媒催化剂中毒。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，
永久性中毒：如含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。
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2.3 氨合成
将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在铁触 媒催化剂的作用下合成氨。氨的合成是整个 合成氨生产过程的核心部分。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) =-92.4ຫໍສະໝຸດ BaiduJ/mol
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2.4 铁触媒催化剂
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。
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2.4.3 铁比值Fe2+/Fe3+,其大小影响催化剂 还原后的若干性能，如还原的难易程度、 还原后的机械强度和低温活性等。主要服 从于合成塔的要求，操作压力、温度和内 件结构，在催化剂制造阶段调节，一般为 0.5～0.7。
2.4.4 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)。
工业脱硫方法种类很多，常用的有
低温甲醇洗法(Rectisol)
聚乙二醇二甲醚法(Selexol)
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脱碳
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。
CO+H2O→H2+CO2 ΔH=-41.2kJ/mol
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。
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2.2.2 脱硫脱碳过程
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。
铁触媒催化剂
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1.氨简介
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。
英文名：synthetic ammonia。世界上的氨 除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合 成的氨。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。
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2.合成氨工艺流程
原料气制备 净化 氨合成
2.4.1 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。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。
2.4.2 主催化剂为Fe3O4 （Fe2O3和FeO），达 90%以上，助催化剂有K2O,Al2O3等，还加入 MgO、BaO及其它微量组份的多相催化剂。平常 的氧化铁没有催化的性能，使用前需将其还原为 极大比表面的活性金属铁α-Fe。
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在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很 高，大约335 kJ/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126 kJ/mol～167 kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13 kJ/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。
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2.1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。
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2.2 净化
2.2.1一氧化碳变换过程
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%。除去合成气中的CO变换反应 如下：
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物理吸收法 低温甲醇洗法(Rectisol) 聚乙二醇二甲醚法(Selexol) 碳酸丙烯酯法
化学吸收法
热钾碱法 低热耗本菲尔法 活化MDEA法
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2.2.3 气体精制过程
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。
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解决方法
工业上为了防止催化剂中毒： 研究新方法把反应物原料加以净化 研制具有较强抗毒能力的新型催化剂
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谢谢！
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Bye Bye
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MgAl2O4 的结构
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3. 合成氨的催化机理
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。目前认为，合成氨反 应的一种可能机理 ：
xFe + N2→FexN FexN +［H］吸→FexNH FexNH +［H］吸→FexNH2 FexNH2 ＋［H］吸FexNH3xFe+NH3