在工业催化中典型的催化过程氨的合成讲述.docx

在工业催化中典型的催化过程氨的合成、硝酸的合成、硫酸的合成，现分别详细介绍每个过程氨的合成现代的合成氨工厂在温度350~550 oC和压力(1~3)×107Pa的范围内操作惰性气体的影响：降低平衡转化率和速度；根据热力学计算，每1吨氨气所需要的能量为2×107kJ；Haber-Bocsh的催化工艺，需要3.6×107kJ；如果没有催化剂，需要11.7×107kJ催化剂高品位磁铁矿，粉碎1% K（碳酸盐形式）1%~3% 碳酸钙高温熔融，冷却后铸锭、粉碎、分级2%~5% Al2O3有些情况下用添加剂如0.5%~3.0% 氧化铬催化剂按筛分大小，根据不同反应器设计选用1.5~3mm、3~6mm、6~10mm、8~12mm和12~21mm有时也用具有较高低温活性的椭圆形5mm×10mm和磨光的颗粒，可以避免使用中因消除边、角而引起的压力降和影响物流分布催化剂活化加热原料气在370~390 oC范围内，最后在400~420 oC完成催化剂开始变活性时，氨就开始生成了，1周达满生产催化剂结构由于氧以水的方式除去，大概有25%的失重；铁晶相密度增大，但总颗粒大小不会变化，于是催化剂颗粒会产生50％的孔度；铁微晶大小为20~30微米；内表面积10m2/g被包埋在助催化剂的模具之中铁微晶相互很好的隔离起来催化剂和纯铁粉之间有着本质的差异催化剂前体和纯磁铁矿之间也有明显的差异：助剂的效果合成氨催化剂在结构上的特点：原来致密的粒子已变成由铁颗粒组成的集聚体；集聚体以Fe(111)为基板的单晶体的薄层堆积而成；颗粒是分开的，因此通过结构助催化剂（三种氧化物）的隔离作用，使之有稳定的孔结构；烧结可因薄层表面上的结构助催化剂氧化物而受阻。毒物：最常见的是硫化物，0.2 mg.s/m2就可使催化剂失活寿命：催化剂本身使用寿命在10年以上工艺：合成反应需有效冷却；连续反应，低转化区和高转化区反应速率快，速率由传质控制；加大物流，引起高的压力降，增加能耗；加大催化剂颗粒，会降低催化剂的利用率，并降低表观活性Haber的流程图硝酸的合成一、硝酸的生产方法工业上生产硝酸的原料主要是氨和空气，采用氨的接触催化氧化的方法进行生产的。其总反应是式为：NH3+2O2=HNO3+H2O此反应由3步组成，在催化剂的作用下，氨氧化为一氧化氮；一氧化氮进一步氧化为二氧化氮；二氧化氮被水吸收生成硝酸。可用下列反应式表示： 4NH3+5O2=4NO+6H2O 2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO氨催化氧化法能制得45%—60%的稀硝酸二、氨的催化氧化2.1 氨催化氧化的基本原理氨和氧可以进行下列三个反应：4NH3+5O2=4NO+6H2O 　△H=－907.28kJ（1）　4NH3+4O2=2N2O+6H2O △H=－1104.9kJ（2）4NH3+3O2=2N2+6H2O △H=－1269.02kJ（3）除此以外，还可能发生下列反应： 2NH3=N2+3H2 △H=91.69kJ（4） 2NO=N2+O2 △H=-180.6kJ（5） 4NH3+6NO=5N2+6H2O △H=-1810.8kJ （6）2. 2 氨氧化催化剂目前，氨氧化用催化剂有两大类：一类是以金属铂为主体的铂系催化剂，另一类是以其他金属如铁、钴为主体的非铂系催化剂。但对于非铂系催化剂，由于技术及经济上的原因，节省的铂费用往往抵消不了由于氧化率低造成的氨消耗，因而非铂催化剂未能在工业上大规模应用此处仅介绍铂系催化剂。（1） 化学组成 纯铂具有催化能力，但易受损。一般采用铂铑合金。在铂中加入10%左右的铑，不仅能使机械强度增加，铂损失减少，而且活性较纯铂要高。由于铑价格更昂贵，有时也采用铂铑钯三元合金，其常见的组成为铂93%、铑3%、钯4%。也有采用铂铱合金，铂99%，铱1%，其活性也很高。铂系催化剂即使含有少量杂质（如铜、银、铅，尤其是铁），都会使氧化率降低，因此，用来制造催化剂的铂必须很纯净。（2） 形状 铂系催化剂不用载体，因为用了载体后，铂难以回收。为了使催化剂具有更大的接触面积，工业上都将其做成丝网状。（3） 铂网的活化、中毒和再生 新铂网表面光滑而且具有弹性，活性较小。为了提高铂网活性，在使用前需进行“活化”处理，其方法是用氢气火焰进行烘烤，使之变得松疏，粗糙，从而增大接触表