合成氨催化剂

    合成氨催化剂 : 由氮及氢为原料,用气固相催化法 合成氨时,是一种可逆放热反应,是以氮的吸附 和氮的三价键的解离为反应控制步骤,要求催 化剂应在尽可能低的温度下,具有较高的活性。 根据上述条件,催化剂应以过渡元素为主。对单 一过渡元素而言,以Fe、Ru或Cs的活性较高, 从经济的观点来看,以Fe较为实际。为了进一 步改善催化剂的性能,生产中多采用多元催化 剂,即在Fe催化剂中加入某些助催化剂,如加 入2%～3%的三氧化二铝和1%～2%的K₂O, 熔融还原后而制得;此外,也有加入SiO₂、CaO 者。Al₂O₃固熔于Fe₃O₄中,经还原后,残留在铁 的内部,使结构稳定,增加比表面积,为防止烧 结而发挥作用。K₂O分布于Fe的表面,向铁提 供电荷,而促进氮的活化,但过量的K₂O可使铁 的比表面积降低。氧化硅和氧化钙的作用是生 成玻璃状的硅酸铝型化合物及铁酸钙,它们可 促使K₂O活化Fe,同时氧化钙还有抗烧结作用 和抗硫、抗氯作用,氧化硅还具有K₂O和CaO的 作用。实际所用的铁催化剂,因还原时间的长 短,还原条件的差别,其比表面积也不同。市售 品是对还原后的表面进行了氧化处理,才出售 的。合成氨分为高压法(70～100MPa)、中压法 (20～35MPa)和低压法(15MPa),这几种方法 所用催化剂也有所不同。除上述烧结法制备以 Fe为主的催化剂外,尚有以沉淀法制备催化 剂,采用沉淀法时,以Ru的活性最高,在Ru- 活性炭、Ru-Al₂O₃、Ru-MgO中加入金属钾, 同时加入Cs₂O的活性特别高。在实验室从N₂、 H₂混合气合成氨时,可将Ru-Al₂O₃(MgO)- Cs₂O进行还原,简单而且方便,活性也高。相当 于1%～5%的RuCl·3H₂O和相当于Ru10倍的 CsNO₃,与用作载体的Al₂O₃共沉淀,然后在 100～300℃下用氢还原,使Cs盐分解为Cs₂O, 而制得Ru-Al₂O₃-Cs₂O系催化剂,若在常压 下,350℃左右,用其几克就能以接近平衡转化 率的反应而获得氨。