氨合成中催化剂的理解与应用
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第 ４ ０卷 第 ７期 ・ 学 术
Ｖ ｏ１ ． ４０ Ｊｕｌ ｙ． ７
湖
南
农
机
２Ｏ１ ３ 年 ７ 月
Ｊｕｌ ｙ． ２０ １ ３
ＨＵＮＡＮ ＡＧ砌 ＣＵＬ ＴＵＦ ｌ Ｉ ＡＬ Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥＦ Ｉ Ｙ
氨合成 中催化剂 的理解 与应用
李 红伟
（ 山东华 鲁 恒升化 工股 份有 限公 司 ， 山东 德 州 ２ ５ ３ ０ ２ ４ ）
了 国 内外 广 泛 应 用 。
铁的氧化物对氨的合成反应 没有催 化作用 ，使用前必须经过
还原 ， 使铁的氧化物转变成 ａ — Ｆ ｅ 微 晶才具 有活性。还原 反应 为吸热反应 ，还原温度一般 用塔 内电加热器或塔外加热炉维 持 。确定还原条件 的原则 ： 一方面使 Ｆ ｅ ， Ｏ 能充分还原为 ａ — Ｆ ｅ 微 晶； 另一方面所生产的 ａ — Ｆ ｅ 微 晶不 能因为再 次重结晶而变 大， 只有这样才能保持它最大 的活性和表面积 。为此 ， 生产上 应选取适宜的还原条件 。 （ １ ） 环原温度 。还原反应是一个吸热反应 。提高还原温度 有利 于平衡 向右移动 ， 且能加快还原速率 ， 缩短还原时间 。但 还原温度过高 ， 生成 ａ — Ｆ ｅ晶粒较 大 ， 从而减少催化剂表面积 ， 使其活性降低 。 如果还原 温度过低 ， 还原速率慢 ， 出水率低 ， 还 原时间长 ， 催化剂还原不彻底。 还原温度的选择 与催化剂 的组 成和制造方法有关 ，但一般最高还原温度应低于或接近氨合 成正常生产时的操作温度 。
尔比约为 １ ： １ ， 即Ｆ ｅ Ｏ： Ｆ ｅ ： ０ ３ ＝ １ ： １ ， 相 当 于 四 氧 化 三 铁 的组 成 ，
所 以成分可视为 Ｆ ｅ ０ ， 具有尖 晶石结构 。
氨合成催化剂 的促进剂可分为结构型和 电子型两类 。在
催化 剂中 ，通过改善催化剂 的结构而呈现促进作用 的物质为 结构 型促进剂 。 有利于组分的活性 吸附 ， 从 而提 高催化剂活性 的物质 ， 属于电子 系促进剂 。 Ａ １ ０ 、 Ｍｇ Ｏ是结构型促进剂 。在催化剂制备过程 中， Ａ １ ０ ， 能与 Ｆ ｅ ０ 形成 固溶体 ， 同样 具有尖 晶石结构 ； 它均匀地 分散
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还原 时的升温速率对催 化剂性能有一定影响 ，实际生产
中还原温度是逐渐升高的， 且升温与恒温是交叉进行。 在还原 初期温度较低 ， 随着还原反应 的进行 ， 温度 应逐 渐升高。升温
摘
要： 文章从催化剂的组成和作 用、 催化 剂的还原原理 、 催化 剂的使 用三个方面探讨 了 自己对催化 剂在氨合 成 中
的作 用与 理 解 。
关键词 ： 化 工； 氨合成 ； 催 化 剂 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｑ１ １ ３ ． ２ ４
文 献标 识 码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ７ — ８ ３ ２ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ２ ５ ４ — ０ ２
１ 催化 剂的 组成和 作用
铁催化剂 的活性组分为 ａ — Ｆ ｅ ， 作为促进剂 的成分有 Ｋ ０、
Ｃ ａ Ｏ、 Ｍｇ Ｏ、 Ｓ ｉ Ｏ ２ 等。
铁 的氧化物 ， 还原前为 Ｆ ｅ Ｏ和 Ｆ ｅ ： ０ ， ， 其中 Ｆ ｅ Ｏ质量分 数为 ２ ４ ％～ ３ ８ ％， Ｆ ｅ ２ ＋ ／ Ｆ ｅ 的摩尔 比约为 ０ ． ５ ， 这时 Ｆ ｅ Ｏ和 Ｆ ｅ ２ ０ 的摩
最近 的几十年以来 ， 随着工业化 的进展 ， 合成氨工业得到 了非常快 的发展 ，之所以能够快速发展有很大的原因是催 化
２ 催化剂 的还 原原 理
氨合 成催 化刑在还原 之前是 以铁 的氧化物形 式存在 ， 但
剂 的质量得到 了改进 。以铁为主体并添加促进剂的铁系催化 剂具有原料来源广 、 价廉易得 、 活性 良好 、 抗毒 能力 强（ 如对毒 物含 氧化合物 的敏感性 较低 ） 、 使用 寿命 长等优点 ， 从 而获得
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氨合成 中催化剂 的理解 与应用
李 红伟
（ 山东华 鲁 恒升化 工股 份有 限公 司 ， 山东 德 州 ２ ５ ３ ０ ２ ４ ）
了 国 内外 广 泛 应 用 。
铁的氧化物对氨的合成反应 没有催 化作用 ，使用前必须经过
还原 ， 使铁的氧化物转变成 ａ — Ｆ ｅ 微 晶才具 有活性。还原 反应 为吸热反应 ，还原温度一般 用塔 内电加热器或塔外加热炉维 持 。确定还原条件 的原则 ： 一方面使 Ｆ ｅ ， Ｏ 能充分还原为 ａ — Ｆ ｅ 微 晶； 另一方面所生产的 ａ — Ｆ ｅ 微 晶不 能因为再 次重结晶而变 大， 只有这样才能保持它最大 的活性和表面积 。为此 ， 生产上 应选取适宜的还原条件 。 （ １ ） 环原温度 。还原反应是一个吸热反应 。提高还原温度 有利 于平衡 向右移动 ， 且能加快还原速率 ， 缩短还原时间 。但 还原温度过高 ， 生成 ａ — Ｆ ｅ晶粒较 大 ， 从而减少催化剂表面积 ， 使其活性降低 。 如果还原 温度过低 ， 还原速率慢 ， 出水率低 ， 还 原时间长 ， 催化剂还原不彻底。 还原温度的选择 与催化剂 的组 成和制造方法有关 ，但一般最高还原温度应低于或接近氨合 成正常生产时的操作温度 。
尔比约为 １ ： １ ， 即Ｆ ｅ Ｏ： Ｆ ｅ ： ０ ３ ＝ １ ： １ ， 相 当 于 四 氧 化 三 铁 的组 成 ，
所 以成分可视为 Ｆ ｅ ０ ， 具有尖 晶石结构 。
氨合成催化剂 的促进剂可分为结构型和 电子型两类 。在
催化 剂中 ，通过改善催化剂 的结构而呈现促进作用 的物质为 结构 型促进剂 。 有利于组分的活性 吸附 ， 从 而提 高催化剂活性 的物质 ， 属于电子 系促进剂 。 Ａ １ ０ 、 Ｍｇ Ｏ是结构型促进剂 。在催化剂制备过程 中， Ａ １ ０ ， 能与 Ｆ ｅ ０ 形成 固溶体 ， 同样 具有尖 晶石结构 ； 它均匀地 分散
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还原 时的升温速率对催 化剂性能有一定影响 ，实际生产
中还原温度是逐渐升高的， 且升温与恒温是交叉进行。 在还原 初期温度较低 ， 随着还原反应 的进行 ， 温度 应逐 渐升高。升温
摘
要： 文章从催化剂的组成和作 用、 催化 剂的还原原理 、 催化 剂的使 用三个方面探讨 了 自己对催化 剂在氨合 成 中
的作 用与 理 解 。
关键词 ： 化 工； 氨合成 ； 催 化 剂 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｑ１ １ ３ ． ２ ４
文 献标 识 码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ７ — ８ ３ ２ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ２ ５ ４ — ０ ２
１ 催化 剂的 组成和 作用
铁催化剂 的活性组分为 ａ — Ｆ ｅ ， 作为促进剂 的成分有 Ｋ ０、
Ｃ ａ Ｏ、 Ｍｇ Ｏ、 Ｓ ｉ Ｏ ２ 等。
铁 的氧化物 ， 还原前为 Ｆ ｅ Ｏ和 Ｆ ｅ ： ０ ， ， 其中 Ｆ ｅ Ｏ质量分 数为 ２ ４ ％～ ３ ８ ％， Ｆ ｅ ２ ＋ ／ Ｆ ｅ 的摩尔 比约为 ０ ． ５ ， 这时 Ｆ ｅ Ｏ和 Ｆ ｅ ２ ０ 的摩
最近 的几十年以来 ， 随着工业化 的进展 ， 合成氨工业得到 了非常快 的发展 ，之所以能够快速发展有很大的原因是催 化
２ 催化剂 的还 原原 理
氨合 成催 化刑在还原 之前是 以铁 的氧化物形 式存在 ， 但
剂 的质量得到 了改进 。以铁为主体并添加促进剂的铁系催化 剂具有原料来源广 、 价廉易得 、 活性 良好 、 抗毒 能力 强（ 如对毒 物含 氧化合物 的敏感性 较低 ） 、 使用 寿命 长等优点 ， 从 而获得