外文文献翻译(合成氨铁系催化剂的活性再生).doc

二 〇 一 〇 年 四 月 合成氨铁系催化剂的活性再生 Krzysztof Lubkowski *, Barbara Grzmil, Walerian Arabczyk Szczecin University of Technology, Institute of Chemical and Environment Engineering, Pu?askiego 10, 70-322, Szczecin Poland 文章历史： 2007年9月7日收到 2008年3月26日修正 2008年3月31日接受 2008年4月15日上传至网上 摘要 工业的减少，反应热合成氨铁系催化剂再生研究。一级动力学方程已经应用在催化剂钝化层的减少上。经调查发现这一减少率是与铁的氧化程度成反比的而且表观活化能减少60千焦/摩尔。关键词：合成氨铁系催化剂；钝化层；还原动力学 1.介绍 铁催化剂的活性形式表现在有相当大的比表面积。通过减少一个先导的磁铁矿与氢共同获得此结构。在工业条件下，活化过程中使氨合成反应器中流动的氮气和氢气混合（氮气：氢气=1:3）[1]。这个过程移走反应放出的热量，它使催化剂床层温度迅速增加达到640-680 K，此后温度缓慢上升至750-800 K[2, 3]。[4]。因此，从氨生产的角度来看，这是一个非常时间和能源消耗过程。为了缩短催化剂的活化时间，在一个特殊的再生厂削减先导磁铁矿且，在这个过程中一薄氧化层钝化后形成再生催化剂，从而被催化剂生产商获得。 合成氨的铁系催化剂以氧化态形式存在，其特性现已有研究[5–7]。随着催化剂的还原和动力学模型的描述[8, 9]，制定了纯铁氧化物的还原 [10, 11], 并且现已有成功应用。 但是，预还原铁催化剂的结构与性能氨的研究还较少。在铁钝化后，并发现，钝化温度的的高低强烈影响后续催化剂的还原。 但是，从动力学看催化剂钝化层的还原还未曾研究过。而，我们顺利解决了这个项目。2.实验 工业上，氨铁催化剂 (Haldor Tops?e KMIR)用于这项研究。催化剂中铁的含量，用manganometric法测定，达84％。该催化剂的其它组分，用ICP-AES法（JY 238 Ultrace发射光谱仪）测定，结果如下：钾-0.64（wt%）、氧化铝 - 3.3（wt%）、钙-2.8（wt%）、二氧化硅-0.66（wt%）。此外，（镁，镍，铬，钛，钒），Fe2O3(磁赤铁矿)使热弹簧天平臂垂直，玻璃管反应器安装一个电阻炉。该催化剂样品（1克）放在一个用铂丝线悬挂的单层平台上，将其固定在弹簧热天平手臂上。该仪器设计与样品的设计可以区分热天平与活塞流反应器的细小差别10 Ndm3h-1g-1的速度增加进行还原，直到在100 的环境下，以纯度为99.996%的氮吹扫还原催化剂样品，并用氮氧混合物使其钝化，（氧的分压为0.0013～0.015bar）。以α－Fe氧化催化剂，即以特定的比率Δm增加，在固定的时间内使氧的含量达到最大mmax，相应的将铁全部转化为Fe2O3(磁赤铁矿)。在温度在350～500 范围内、氢的流速为50 N dm3/hgcat下，反应物等温递减使钝化催化剂。为了选择并采用恰当的还原物动力学模型，在基础实验设施具备条件下，需要分析扩散影响的结果。 要得知外部扩散对催化剂的影响，不同剂量的催化剂在恒温条件下（500 ）放入不同流速的氢，其中不同比率的物质及不同流速的氢通过不断实验获得。 内部扩散影响在实验的基础上获得，实验中的催化剂的粒度（从1.0mm～4.0mm）在500 的条件下递减。 3.结果 依据图示1，起初，催化剂以△a/△t的比率递减，即对图示中斜率一定的阶段加以计算。催化剂的递减比率（样品质量相应调整）中氢的流速依图加以确定。减少比率几乎不变。因此得出结论：在动力学领域催化剂的预还原发挥了作用，而且外部扩散影响可以忽略不计。 依据图示2，起初，催化剂在不同的粒度状态下进行减少减少比率也以上述方法进行确定。递减比率依据持续实验获得，得出内部扩散影响也可以忽略不计。 因此扩散对预还原催化剂的影响通过内外扩散的共同效率η的理论计算获得。96%～97%的比表面积为13 m2/g、粒度为1.0–1.2 mm催化剂在500 的情况下使用,98%的相同催化剂在450 情况下使用，99%在400 情况下使用，99.7%在350 情况下使用。当在粒度4.0mm的情况下，催化剂从500 下72%的利用率变为350 下的96%。 在此实验中，对粒度为1.0-1.2mm的催化剂加以研究，因此，内扩散影响在催化剂预还原中可以忽略不计。 工业上，催化剂的钝化以还原度为α≈0.038的铁的氧化物（氧的分压PO2=0.0013 bar）及还原度为α≈0.056的铁的氧化物（氧的分压PO2=0.0