钌系合成氨催化剂发展简史

钌系合成氨催化剂发展简史
2016-05-19 13:16来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
KAAP流程全球大约10%的能源用于合成氨生产，合成氨工艺和催化剂的改进将对矿物燃料的消费量产生重大影响。

Haber的铁系氨合成催化剂及其工艺流程于1913年在德国Oppau首次实现了工业化，至今已有80多年的历史。

80多年来，国际上围绕着氨合成催化体系进行了极其大量的基础和应用研究工作，对铁系氨合成催化剂的各类促进剂、制造工艺、氨合成机理、反应动力学、催化剂结构与性能关系开展了广泛深入的研究。

在推动合成氨工业技术进步的同时，也大大促进了催化科学和相关学科的发展。

然而任何一项技术进步都有其发展极限，当技术达到或接近其成熟阶段时，要想取得显著的进展将变得十分困难。

随着社会的持续发展和新兴材料产业的兴起，不仅对合成氨的需求量持续增加，而且在能源、环保、安全、保健等方面对各项技术提出日益严格的要求，合成氨工业也面临着前所未有的挑战。

合成氨工业如何才能走向技术创新之路?早在70年代，国外许多工业研究机构和高校研究院，除了继续对铁系氨合成催化剂进行改进研究，取得“连续性技术进步”外，还致力于从完全不同的途径寻找“非连续性技术进步”的起点，研制和开发新一代氨合成催化材料，因为后者往往会带来重大技术突破的机会。

1968年Tamaru提出过渡金属EDA(electron donor acceptor)型氨合成催化体系，碱金属钾或钠为电子授体，过渡金属铁、钌、锇、钴等为电子受体，选择具有电子传输能力的酞菁、聚苯醌、石墨以及石墨化活性炭为载体，在温和条件下展示出较铁系催化剂高的氨合成催化活性。

1971年Ozaki和Aika等人研究了以活性炭为载体，碱金属钾为促进剂的钌系氨合成催化剂的活性，在常压和250℃下，Ru2K/A C催化剂的活性比双促进熔铁( Fe2Al2O32K2O)催化剂在相同条件下提高了10倍。

1979年英国BP公司与美国Kellogg公司联合研制开发钌系氨合成催化剂，Kellogg公司依据其雄厚的工程技术力量，加速了钌系氨合成催化剂的工业化。

经过20多年的努力，1992年11月BP和Kellogg联合开发成功钌系氨合成催化剂，应用于KAAP流程(Kellogg Advanced Ammonia Process)，在加拿大Ocelot 氨厂首次工业化，宣布了第一个非铁系氨合成催化剂及其生产工艺流程的诞生。

由于KAAP流程合成效率高，催化剂用量少，反应条件温和，大大降低了设备投资和操作费用，使吨氨生产成本降低了2-6 美元，吨氨能耗降低1106×106kJ，催化剂寿命预测可达15年以上，而且催化剂中贵金属钌可再生利用，这是合成氨工业重大的技术革命，钌系氨合成催化剂也被誉为第二代氨合成催化剂。