鐵觸媒催化劑課件

1、鐵觸媒催化劑,1,學習交流PPT,1.氨簡介,合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。 英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量從焦爐氣中回收外，絕大部分是合成的氨。其中約有80%的氨用來生產化學肥料，20%作為其它化工產品的原料。,2,學習交流PPT,2.合成氨工藝流程,原料氣制備,凈化,氨合成,3,學習交流PPT,2.1原料氣制備,將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣； 對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣； 渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣； 對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉化法制取合成氣。,4,學習交流PPT,2.2

2、凈化,2.2.1一氧化碳變換過程 在合成氨生產中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數一般為12%40%。除去合成氣中的CO變換反應如下： CO+H2OH2+CO2 H=-41.2kJ/mol CO變換反應既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。,5,學習交流PPT,2.2.2 脫硫脫碳過程 以天然氣為原料的蒸汽轉化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉化催化劑， 以重油和煤為原料的部分氧化法，根據一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。 工業(yè)脫硫方法種類很多，常用的有 低溫甲醇洗法(Rectisol) 聚乙二醇二甲醚法(Selexol),6,學習交流PPT,脫

3、碳,粗原料氣經CO變換以后，變換氣中除H2外，還有CO2、CO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。 CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。,7,學習交流PPT,物理吸收法 低溫甲醇洗法(Rectisol) 聚乙二醇二甲醚法(Selexol) 碳酸丙烯酯法 化學吸收法 熱鉀堿法 低熱耗本菲爾法 活化MDEA法,8,學習交流PPT,2.2.3 氣體精制過程,深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍(-100)條件下用液氮吸收分離少量CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮

4、混合氣。 甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分數)一般應小于0.7%。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。,9,學習交流PPT,2.3 氨合成,將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在鐵觸媒催化劑的作用下合成氨。氨的合成是整個合成氨生產過程的核心部分。由于反應后氣體中氨含量不高，一般只有10%20%，故采用未反應氫氮氣循環(huán)的流程。氨合成反應式如下： N2+3H22NH3(g) =-92.4kJ/mol,10,學習交

5、流PPT,2.4 鐵觸媒催化劑,2.4.1 目前，合成氨工業(yè)中普遍使用的主要是以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒。鐵觸媒在500 左右時的活性最大，這也是合成氨反應一般選擇在500 左右進行的重要原因之一。 2.4.2 主催化劑為Fe3O4 （Fe2O3和FeO），達90%以上，助催化劑有K2O,Al2O3等，還加入MgO、BaO及其它微量組份的多相催化劑。平常的氧化鐵沒有催化的性能，使用前需將其還原為極大比表面的活性金屬鐵-Fe。,11,學習交流PPT,2.4.3 鐵比值Fe2+/Fe3+,其大小影響催化劑還原后的若干性能，如還原的難易程度、還原后的機械強度和低溫活性等。主要服從于合成塔的

6、要求，操作壓力、溫度和內件結構，在催化劑制造階段調節(jié)，一般為0.50.7。 2.4.4 晶體結構類似于尖晶石（MgAl2O4）的結構(90%以上是具有反尖晶石結構、不均勻復雜體系的磁鐵礦)。,12,學習交流PPT,MgAl2O4 的結構,13,學習交流PPT,3. 合成氨的催化機理,熱力學計算表明，低溫、高壓對合成氨反應是有利的，但無催化劑時，反應的活化能很高，反應幾乎不發(fā)生。目前認為，合成氨反應的一種可能機理 ： xFe + N2FexN FexN +H吸FexNH FexNH +H吸FexNH2 FexNH2 H吸FexNH3xFe+NH3,14,學習交流PPT,在無催化劑時，氨的合成反應

7、的活化能很高，大約335 kJ/mol。加入鐵催化劑后，反應以生成氮化物和氮氫化物兩個階段進行。第一階段的反應活化能為126 kJ/mol167 kJ/mol，第二階段的反應活化能為13 kJ/mol。由于反應途徑的改變（生成不穩(wěn)定的中間化合物），降低了反應的活化能，因而反應速率加快了。,15,學習交流PPT,4.鐵觸媒催化劑中毒,一般認為是由于催化劑表面的活性中心被雜質占據而引起中毒。 暫時性中毒：如O2、CO、CO2和水蒸氣等都能使鐵觸媒催化劑中毒。但利用純凈的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時，催化劑的活性又能恢復， 永久性中毒：如含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒后，往往完全失去活性，這時即使再用