合成氨催化剂的组成及各组分的作用

合成氨工艺简介工艺危险特点：1 高温、高压使可燃气体爆炸极限扩宽，气体物料一旦过氧（亦称透氧），极易在设备和管道内发生爆炸。

2 高温、高压气体物料从设备管线泄露时会迅速膨胀与空气混合形成爆炸性混合物，遇到明火或因郜流速物料与裂（喷）口处摩擦产生静电火花引起着火和空间爆炸。

3 气体压缩机等转动设备在高温下运行会使润滑油挥发裂解，在附近管道内造成积炭，可导致积炭燃烧和爆炸。

4 高温、高压可加速设备金属材料发生蠕变、改变金相组织，还会加剧氢气、氮气对钢材的氢蚀和渗氮，加剧设备的疲劳腐蚀，使其机械强度减弱，引发物理爆炸。

5 液氨大规模事故性泄露会形成低温云团引起大范围人群中毒，遇明火还会发生空间爆炸。

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成氨，为一种基本无机化工流程。

现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。

工艺流程1 原料气制备（制备H2、CO、N2的粗原料气）1-1煤气化煤气化是用气化剂对煤或焦炭等固体燃料进行热加工，使其转变为可燃性气体的过程，简称造气。

气化剂主要是水蒸气、空气（或氧气）及它们的混合气体。

对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；空气煤气：以空气为气化剂制取的煤气，主要成分为N2和CO2。

合成氨生产中也称之为吹风气。

水煤气：以水蒸气为气化剂制得的煤气，主要成分H2和CO。

混合煤气：以空气和适量水蒸气为气化剂。

半水煤气：以适量空气和水蒸气做气化剂，所得气体组成符合([H2]+[CO])/[N2]=3.1~3.2的混合煤气，即合成氨的原料气。

1-1-1 以空气为气化剂-空气煤气，其主要成分为空气和二氧化碳C + O2 = CO2C + 1/2O2 = COC + CO2 = 2COCO + 1/2O2 = 2CO21-1-2 以水蒸气为气化剂-水煤气，其主要成分为氢气和一氧化碳。

C + H2O = CO + H2C + 2H2O = CO2 + 2H2CO + H2O = CO2 + H2C + 2H2 = CH41-1-3 间歇式生产半水煤气1-1-3-1固定床煤气发生炉右图为间歇式固定床煤气发生炉燃料层分区示意图。

第一章 合成氨1.合成氨的主要生产工序，各工序的作用和任务？答：1.原料气制备，制备含有氢、氮的原料气。

用煤、原油或天然气作原料，制备含氮、氢气的原料气。

2.净化，因为无论用何种方法造气，原料气中都含有对合成氨反应过程有害的各种杂质，必须采取适当的方法除去这些杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。

3.压缩和合成，将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在铁催化剂的作用下合成氨。

2.写出烃类蒸汽转化的主要反应。

CH 4+H 2O(g)=CO+3H 2，CH 4=2 H 2+C3.简述常用脱硫方法及技术特点以及适用流程。

答：干法脱硫(氧化锌法脱硫；钴钼加氢脱硫法)是用固体吸收剂吸收原料气体中的硫化物一般只有当原料气中硫化氢质量浓度不高标准状态下在3-5g/m 3才适用。

特点：能脱除有机硫和无机硫而且可以把脱得很精细，但脱硫剂不能再生而且设备庞大占地多，不适用于脱除大量无机硫，只有天然气、油田气等含硫低时才使用；湿法脱硫（化学吸收法，物理吸收法，化学-物理综合吸收法）特点：脱硫剂是便于运输的液体物料，脱硫剂是可以再生并且能回收的硫磺，适用于脱除大量无机硫。

4.改良ADA 法脱硫的主要化学反应和脱硫原理是什么？ADA 法脱硫主要化学反应及脱硫原理：在脱硫塔中用PH 为8.5--9.2的稀碱溶液吸收硫化氢并生成硫化氢物： 液相中的硫化氢物进一步与偏钒酸钠反应，生成还原性焦性偏钒酸钠盐并析出无素硫 还原性焦性偏钒酸钠盐接着与氧化态ADA 反应，生成还原态的ADA 和偏钒酸盐 还原态的ADA 被空气中的氧气氧化成氧化态的ADA ，其后溶液循环使用 4.少量 CO 的脱除方法有哪些？答：铜氨液洗涤法、甲烷化法、液氮洗涤法。

5.以天然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应？答：主反应：CO+H 2O(g)=H 2+CO 2 ,CH 4+H 2O(g)=CO+3H 2副反应：CH 4=2 H 2+C ，2CO=C+CO 2,CO+H 2=H 2O+C6.简述一段转化炉的炉型结构。

合成氨工艺催化剂引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业肥料、塑料、石油化工等领域。

在合成氨的生产过程中，催化剂起着关键作用。

本文将详细介绍合成氨工艺催化剂的种类、性能以及制备方法。

催化剂种类合成氨工艺催化剂主要分为三类，分别为铁基催化剂、铁铅共催化剂和铜铁催化剂。

铁基催化剂铁基催化剂是合成氨工艺中最常用的催化剂之一。

它使用铁作为主要活性组分，通常与铝、钛、硅等辅助载体配合使用。

铁基催化剂具有良好的催化性能和稳定性，能够在相对较低的温度下即可实现合成氨的转化。

铁铅共催化剂铁铅共催化剂是在铁基催化剂的基础上进行改进的一种催化剂。

它通过铅的引入，可以进一步提高催化剂的催化活性和选择性。

铁铅共催化剂在工业生产中有广泛应用，并取得了良好的效果。

铜铁催化剂铜铁催化剂是近年来发展起来的一类新型催化剂。

相比于传统的铁基催化剂，铜铁催化剂具有更高的催化活性和选择性。

这得益于铜与铁之间的协同作用，能够加速反应速率并改善催化剂的稳定性。

催化剂性能合成氨工艺催化剂的性能主要包括催化活性、选择性和稳定性。

催化活性催化活性是指催化剂对于反应底物的转化能力。

合成氨的生产过程是一个高温高压的反应过程，因此催化剂需要具备较高的催化活性，才能保证反应的效果和产量。

选择性选择性是指催化剂在反应过程中对不同反应产物的选择性。

对于合成氨工艺而言，目标产物是氨气，因此催化剂需要具备高的选择性，以避免产生过多的副产物。

稳定性稳定性是催化剂的另一个重要性能指标。

由于合成氨反应条件的严苛性，在长时间的反应过程中，催化剂会受到高温高压等因素的影响，容易发生失活。

因此，稳定性是评价催化剂性能的关键指标之一。

催化剂制备方法合成氨工艺催化剂的制备方法多种多样，常见的方法包括物理混合法、浸渍法和共沉淀法。

物理混合法物理混合法是最简单的制备方法之一，它将催化活性组分与载体物理混合，通过高温煅烧使其形成均匀分散的催化剂颗粒。

物理混合法制备的催化剂成本较低，但催化活性和稳定性相对较差。

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（IUPAC）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（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37℃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50℃或60℃，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。

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。

合成氨的生产流程合成氨是一种广泛应用于农业和化工领域的重要化学品，它用作肥料和原材料，在现代社会具有重要的意义。

本文将深入探讨合成氨的生产流程，帮助读者更好地理解这一过程的关键步骤和技术。

一、引言合成氨是一种通过将氮气和氢气合成而成的无色气体。

它被广泛应用于农业领域，用于制造氨水肥料，也是合成其他化学品的重要原料。

合成氨的生产流程主要由催化剂反应、气体净化和氨合成等步骤组成。

二、催化剂反应在合成氨的生产过程中，第一步是制备催化剂。

常用的催化剂是铁或铑基催化剂。

这些催化剂具有高度的活性和选择性，能够促使氮气和氢气发生反应。

2.1 清洁气体合成氨的生产过程开始之前，必须先准备清洁的氮气和氢气。

这些气体通常来自裂解炉或氢氟酸生产工艺中的副产品。

在这一步骤中，气体被送入净化系统，去除其中的杂质和不纯物质。

2.2 压力调节氮气和氢气经过净化后，需要将其压力进行调节。

调节后的压力必须与催化剂反应器的工作压力相匹配，以保证反应的正常进行。

2.3 催化剂载体合成氨的催化剂是由催化剂载体和催化剂活性组分组成。

催化剂载体通常是铝、硅和稳定剂等物质的混合物，用于支撑和固定催化剂活性组分。

2.4 催化剂的还原催化剂在装配后，必须进行还原处理。

这一步骤的目的是去除催化剂中的氧化物，提高其活性。

催化剂通常置于高温下，并与一个还原剂（如氨气）反应，还原催化剂的金属离子。

2.5 反应区域设计在合成氨的生产过程中，催化剂反应器的设计十分关键。

反应器通常是由多层催化剂床组成，以提高反应效率。

而且，反应器会在压力、温度和流量等方面进行控制，以确保最佳的反应条件。

三、气体净化在通过催化剂反应产生氨气后，我们需要对气体进行净化处理，以去除催化剂的残留物和其他杂质。

3.1 氨气冷却合成氨反应产生的气体含有大量热量。

在净化处理之前，需要通过冷却处理降低气体的温度，使其达到适合净化的温度范围。

3.2 气体压力调节与催化剂反应步骤类似，氨气也需要在净化过程中进行气压的调节。

1.工业上生产合成气的方法有哪些？其中哪种方法投资和成本最低？答：工业上生产合成气的方法有：（1）以煤为原料的煤气化法。

（2）以天然气为原料的天然气蒸汽转化法。

（3）以重油或渣油为原料的部分氧化法。

其中以天然气蒸汽转化法的投资和成本最低。

2.说明氨合成催化剂的组成及其作用。

答：氨合成催化剂的组成包括α—Fe，Al2O3，K2O，CaO，MgO，SiO2等。

（1）氨氧化催化剂的活性组分是α—Fe，未还原时为FeO +Fe2O3，其中FeO占24~38%，Fe2+/Fe3+=0.5，一般在0.47~0.57之间，可视为Fe3O4，具有尖晶石结构。

（2）Al2O3的作用：Al2O3与Fe3O4作用可形成FeAl2O4，具有尖晶石结构，当催化剂还原后，Fe3O4被还原为α—Fe，而未被还原的Al2O3仍保持着尖晶石结构，起到骨架作用，从而防止铁细晶的长大，使催化剂的比表面积增加，活性增加。

因此，Al2O3为结构型助催化剂，氧化镁的作用与Al2O3的作用相似，也是结构型助催化剂。

（3）K2O的作用：氧化钾是电子型助催化剂，在Fe—Al2O3催化剂中添加氧化钾后，可以使金属的电子逸出功下降，有助于氮的活性吸附。

（4）CaO的作用：CaO的作用与K2O相似，也是电子型助催化剂，同时，氧化钙能降低固熔体的熔点和粘度，有利于三氧化二铝和四氧化三铁固熔体的形成，提高催化剂的热稳定性。

（5）Si2O的作用：二氧化硅是磁铁矿中的杂质，具有中和K2O和CaO的作用，此外，Si2O还具有提高催化剂抗水毒害和耐烧结的性能。

3.天然气蒸汽转化反应是体积增大的可逆反应，加压对化学平衡不利，为什么还要加压操作？答：从烃类蒸汽转化反应的平衡考虑，反应宜在低压下进行，但从20世纪50年代开始，逐渐将压力提高到3.5~4.0MPa下操作，现在的最高压力可达5MPa。

其原因如下：（1）可以节省压缩功耗。

烃类蒸汽转化为体积增大的反应，而气体的压缩功与被压缩气体的体积成正比，所以压缩含烃原料和二段转化所需的空气的功耗要比压缩转化气节省。

合成氨催化剂是一种重要的化工催化剂，它可以在高压、高温和有氢气、氮气等物质存在的条件下，将氮气和氢气转化为氨气。

合成氨催化剂的主要成分包括铁、钴、镍、锌等金属元素和一些氧化物、硫化物等非金属元素。

下面介绍一下这些组分的作用：
- 铁元素：铁元素是合成氨催化剂中的主要活性成分，它可以在催化剂表面形成一层致密的金属氧化物膜，从而提高催化剂的催化活性和选择性。

铁元素还可以促进氮气和氢气的活化，促进反应的进行。

- 钴元素：钴元素可以促进氮气和氢气的活化，提高反应的速度和选择性。

钴元素还可以提高催化剂的抗毒性和稳定性，延长催化剂的使用寿命。

- 镍元素：镍元素可以促进氮气和氢气的活化，提高反应的速度和选择性。

镍元素还可以提高催化剂的抗毒性和稳定性，延长催化剂的使用寿命。

- 锌元素：锌元素可以促进氮气和氢气的活化，提高反应的速度和选择性。

锌元素还可以提高催化剂的抗毒性和稳定性，延长催化剂的使用寿命。

- 氧化物和硫化物：氧化物和硫化物是合成氨催化剂中的助剂，它们可以提高催化剂的催化活性和选择性。

氧化物和硫化物可以与金属元素形成一些复杂的化学键，从而提高催化剂的活性。

总之，合成氨催化剂中的各组分都有重要的作用，它们的相互作用可以提高催化剂的催化活性和选择性，从而提高合成氨的效率和质量。

合成氨催化剂简述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。

同时合成氨也是一个大吨位、高能耗、低效益的产业，因此合成氨工艺和催化剂的改进对降低能耗、提高经济效益有着巨大影响。

我国合成氨催化剂发展十分迅速，目前合成氨催化剂主要类型是铁基催化剂，同时对钌基催化剂也有所研究。

1 铁基合成氨催化剂铁基合成氨催化剂价格低、稳定性好，制备时通常采用用熔融法，主要的原料是利用磁铁矿和铁，另外添加不同类的助剂化合物，再用电阻炉将其熔炼，后冷却、破碎筛分，最终形成不同颗粒大小的铁催化剂。

早在合成氨催化剂研究的初期，研究人员就发现用天然磁铁矿还原得到的催化剂效率远优于其它铁化合物。

随后根据纯铁催化剂的活性与还原前氧化度之间的关系，通过大量实验发现铁比值与熔铁基合成氨催化剂的性能有着密切的关系。

通常认为以Fe3O4为母体的催化剂具有的活性最高。

到目前为止，世界上所有工业氨合成铁催化剂，无一例外，其主要化学组成都是Fe3O4。

2钌基合成氨催化剂钌基合成氨催化剂也被称为第二代氨合成催化剂，它是一类新型负载型催化剂。

在我国的研究较晚，目前的工业投入刚处于起步阶段。

其制备不同于传统的铁催化剂，通常选择适当的母体化合物，添加某种促进剂，采用浸渍法负载在载体上，经一定条件还原活化处理后，转化成活性组分。

催化剂中母体化合物、载体、促进剂对所制备的催化剂的活性具有很大影响。

经历了近—个世纪的研究，合成氨催化剂技术可以说已相当成熟，但是传统的熔铁催化剂不符合低能耗的发展趋势，而钌基合成氨催化剂的价格昂贵，又不容易普及。

作为世界人口最多的农业大国和世界最大产氨国，合成氨工业对于我国国民经济的发展具有重要的战略和现实意义。

虽然国内对铁基催化剂的研究方面投入了大量的人力物力，但钌基合成氨催化剂的研究方面起步较晚，对于催化剂的作用机理也未进行深入研究，与国际先进水平的差距较大，这与我国是最大的产氨大国极不相称，因此我们合成氨这种高能耗产业的节能降耗还很漫长。