合成氨的催化姓名：田爱莹 学号：08111232前言 合成氨是重要的化工原料，主要用来生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱等合成氨工业在国民经济中占有重要地位，与此同时合成氨也是一个大吨位、高能耗、低效益的产业因而，合成氨工艺和催化剂的改进将对降低能耗，提高经济效益产生巨大的影响本此演示的主要讨论方向就是针对于开发低温高活性的新型催化剂，降低反应温度，提高氨的平衡转化率合成氨工艺简介Fritz Haber(18681934)合成氨催化反应的基元步骤速控步骤合成氨催化剂的设计思想（速控步骤）n铁基熔铁催化剂 1.Fe3O4，2.Fe1-xOn钌基催化剂 3.Ru/载体1.Fe3O4基传统熔铁催化剂 1.1经典的火山形活性曲线 707580850.30.40.50.60.70.8Conversion efficiency(%)R=n(Fe2+)/n(Fe3+)p=10.1MPa,T=450FeOFe2O3 发现Fe2+/Fe3+摩尔比摩尔比（即铁比值）接近0.5、组分接近Fe3O4相的样品具有最高活性之后人们通过大量试验发现，铁比值与熔铁基合成氨催化剂的性能合成氨催化剂的性能有着密切的关系，并一致认为最佳铁比值为0.5、最佳母体相为磁铁矿，铁比值与活性的关系呈火山形分布。
1.2传统熔铁催化剂的助剂（1）碱金属、碱土金属）碱金属、碱土金属 主要有：Al2O3、K2O、SiO2、CaO和MgO等Al2O3表面使晶体的各晶面活性基本相同，从而提高了活性K2O 主要对铁晶粒的结构有一种固定作用，有利于加快合成氨反应SiO2等主要起间隔作用，以阻止铁晶粒出现热烧结2）氧化钴 该类催化剂可以在较低的温度下进行反应，因此该类催化剂可以在较低的温度下进行反应，因此明显提高了氨净值氧化钴的作用是使催化剂的明显提高了氨净值氧化钴的作用是使催化剂的晶格发生变化，还原态催化剂晶粒度变小，比表晶格发生变化，还原态催化剂晶粒度变小，比表面显著增大，孔结构得以改善，从而提高了催化面显著增大，孔结构得以改善，从而提高了催化剂活性含钴催化剂与普通催化剂活性比较催化剂催化剂不同反应温度下出口处不同反应温度下出口处NH3浓度浓度(%)400 425 450 475 500A201(福建福建)19.55 22.04 22.11 20.20 17.32A110_318.45 20.87 21.41 19.53 17.13A201(应山应山)19.82 21.87 22.12 20.20 17.54A110_618.23 20.75 21.34 19.60 17.35（3）稀土金属 铁基合成氨催化剂添加稀土金属后，如铁基合成氨催化剂添加稀土金属后，如CeO2，它富，它富集于催化剂表面，经还原后与集于催化剂表面，经还原后与Fe形成一种金属化合物，形成一种金属化合物，能促进能促进Fe向向N2输出电子，加速氮的活性吸附，大大输出电子，加速氮的活性吸附，大大提高了催化剂的活性；提高了催化剂的活性；Ce 由界面向基体迁移速度比由界面向基体迁移速度比K缓慢，使得缓慢，使得Ce比比K能更长时间保留在界面，继续发挥能更长时间保留在界面，继续发挥其促进活性的作用，保证催化剂具有更长的使用寿命。
其促进活性的作用，保证催化剂具有更长的使用寿命2 Fe1-xO 基熔铁催化剂Fe1-xO催化剂在化学组成，晶体结构，物理性质等与Fe3O4是完全不同的新一代催化剂Fe1-xO的定义是指催化剂母体中只有一种铁氧化物和具有一种晶体结构的催化剂而且只有维氏体单独存在于催化剂中才具有较高的活性2.1 Fe1-xO和Fe3O4的比较催化剂 化学组成 晶体机构FeO Fe2O3 n(Fe2+/Fe3+)晶相 晶格参数 Fe1-xO 80.92 12.78 7.04 磁铁矿 0.4310Fe3O4 31.39 62.31 0.56 维氏体 0.8386助剂包括（质量分数）0.03 Al2O3 0.005 K2O 0.018 CaO等 2 Fe1-xO 基熔铁催化剂 2.1 熔铁催化剂的驼峰形活性曲线p=15.1MPa,(1)T=425，(2)T=400FeOFe3O4FeOFe3O4707580850.30.40.50.60.70.8火山形活性曲线 p=10.1MPa,T=450维氏体2.2 铁氧化物的活性模型图Fe2O3 Fe3O4 Fe2O3Fe3O4 Fe3O4FeOFeOP=15MPaT=425 Fe2+/Fe3+原子比R的概念转化为铁氧化物分子比F的概念2.3单相性原理2.4 Fe1-xO催化剂的活性初探当母体相为Fe1-xO 时具有最高的活性和极易还原的性能，并开发了新型合成氨催化剂A301。
该催化剂与A11022型催化剂在试验室的对比试验结果表明，还原温度降低约50，410时氨合成效率提高15%3 钌基催化剂3.1 钌基催化剂的特点综上所述,虽然钌基催化剂较传统熔铁催化剂在低温下有很大优势，但因属负载型催化剂，动力学方程随促进剂及载体不同而不同N的反应级数为1，H的反应级数为负值NH3的反应级数为0，产物NH3的浓度不抑制反应的进行H2的吸附抑制是需要解决的一大问题若能找到能缓解H的吸附抑制的添加物或反应条件，钌基合成氨催化剂的活性可进一步提高。