Промышленные катализаторы для синтеза аммиака

Рис. 14.4. Схема промышленного процесса синтеза аммиака (процесс Габера). Поступающие в систему газообразные N2 и Н2 нагревают приблизительно до 500 С и пропускают над катализатором. Образ ющейся газовой смеси дают расшириться, в результате чего она охлаждается и из нее сжижается КНз. Непрореагировавшие N2 и Н2 возвращают на повторный цикл.

Таблица IV-8. Химический состав промышленных катализаторов синтеза аммиака

Основное направление развития азотной промышленности состоит в создании агрегатов большой мощности (до 3000 т/сут ЫНз на одной технологической нитке). Назревшим вопросом является разработка новых более производительных конструкций аппаратов, например с радиальным ходом газа в слое катализатора, что значительно снижает гидравлическое сопротивление агрегата. Практический интерес представляет применение взвешенного (псевдоожиженного) слоя катализатора. Во взвешенном слое катализатора можно значительно увеличить поверхность соприкосновения газа с катализатором, улучшить температурный режим катализа и в результате сильно интенсифицировать процесс. Автоматизация производства синтетического аммиака позволит вести процесс в оптимальных условиях и сделать его стабильным. Все эти мероприятия повысят интенсивность работы аппаратов, увеличат производительность труда и улучшат условия труда на заводах синтеза аммиака. Большое значение имеет разработка новых более активных и устойчивых к отравлению и перегревам низкотемпературных катализаторов синтеза аммиака. [c.99]

Каково назначение катализаторов синтеза аммиака Какие катализаторы применяются в промышленности Какие промоторы (активаторы) входят в состав катализаторов синтеза аммиака и их назначение [c.135]

Катализатор синтеза аммиака имеет среди прочих катализаторов самую длительную историю промышленного использования и разработок. Он проложил дорогу каталитическим процессам при высоком давлении и тем самым положил начало созданию значительной части современной химической индустрии — от синтеза метанола до нефтепереработки. Эмпирические и фундаментальные исследования этого катализатора впервые раскрыли многие аспекты катализа, например функции промоторов и активаторов, которые сегодня общеизвестны. [c.172]

Промышленные колонны синтеза аммиака работают с высокими линейными скоростями газового потока. Так, в реакторе производительностью 1500 т/сут скорость газа на выходе из колонны составляет примерно 40 м/с. При нестационарном способе ведения процесса в таких условиях на мелких зернах катализатора могут быть значительные температурные перегревы, превышающие предел термостойкости катализатора. Ограничения на максимальную температуру при размерах зерен катализатора 3—5 мм позволяют работать лишь при линейных скоростях газа порядка 1—3 м/с. В таких условиях целесообразно сооружать реакторы с вертикальными слоями катализатора, в которых толщина слоя катализатора равна 0,5—1 м. Как уже отмечалось, повысить скорость газа можно, применяя более крупные зерна катализатора. [c.216]

Для изучения строения поверхности щелочного промотора и роли К2О в промышленных катализаторах синтеза аммиака нами было проделана следующая работа с применением радиохимической методики. Исследование поверхности проводилось путем измерения скоростей изотопного обмена между хемосорбированной С 02 и в газовой фазе. Измере- [c.210]

Металлическое железо является единственным, по-видимому, в настоящее время промышленным катализатором синтеза аммиака из азота и водорода активность кобальта и в еще большей степени— никеля значительно ниже активности железа [363], Такой ряд активности обратен обычному ряду активности рассматриваемых элементов по отношению к большому числу реакций гидрирования, для которых, как правило, активность N1 > Со > Fe. Это связано с тем, что для осуществления синтеза аммиака на первый план выступает необходимость активации молекулы азота. [c.728]

Каков состав промышленного катализатора синтеза аммиака Вы уже знакомы с одним каталитическим процессом — окислением оксида серы (IV) на твердом катализаторе. Сформулируйте требования, которые могут быть предъявлены к катализатору синтеза аммиака. [c.92]

Срок службы катализатора в промышленном реакторе — один из параметров, который особенно сложно оценить в лабораторных условиях. Это связано с тем, что снижение каталитической активности вызывается многими факторами, которые недостаточно установлены. Так, закоксовывание поверхности контактных масс, химическое отравление, рекристаллизация, закупорка пор и другие процессы дезактивации [9, 39, 40] могут происходить по-разному в лабораторном реакторе и в промышленности. Срок службы катализатора может быть выражен 1) в единицах времени, например в секундах для катализаторов крекинга и в годах для катализаторов синтеза аммиака 2) промежутком времени между регенерациями или общей продолжительностью работы до полной потери активности 3) массой продукта, полученного за все время службы катализатора. Срок полезной службы катализатора гораздо короче отрезка времени до полной потери активности. Иногда выгодней заменить катализатор, активность которого упала до определенного уровня, на свежий, нежели продолжать эксплуатацию старого , о зависит от многих экономических факторов. На рис. 2.1 представлена экономичность службы катализатора в крупнотоннажном химическом производстве [2]. При создании нового катализатора или модификации имеющегося с целью повышения срока службы следует учитывать такие обстоятельства 1) простой при замене катализатора 2) размеры промышленного реактора 3) стоимость замены катализатора 4) потери, связанные со снижением производственной мощности и 5) сложность приготовления высокоэффективного катализатора. [c.51]

Химия и технология азотных удобрений . — Катализаторы аммиачного производства, вып. XI. Цена 1 руб. В сборнике рассматриваются вопросы исследования фазового состава промышленного катализатора синтеза аммиака, влияние условий приготовления и влияние примесей на свойства железных катализаторов синтеза аммиака, разработки катализаторов синтеза аммиака повышенной термоустойчивости и многие другие вопросы. [c.12]

Влияние условий восстановления промышленных катализаторов синтеза аммиака на их удельную активность. 2. Сорбция метилового спирта на железном катализаторе синтеза аммиака. [c.164]

Разложение аммиака часто применяется для изучения механизма обратной ей важной промышленной реакции синтеза аммиака на металлах. Как известно, синтез аммиака происходит на железном катализаторе (электронная структура 3 i 4s ). Возникает вопрос, сохраняются ли особые свойства конфигурации в бинарных соединениях. Фосфиды и нитриды переходных металлов, на которых изучалось разложение NHg [432, 433], также имеют металлическую проводимость. На -уровнях металла в них обычно находится больше электронов, чем в чистом металле. Для некоторых из них, например, нитридов Ti, Сг, Мп, есть основания говорить о присутствии значительной ионной компоненты связи [408—411]. Параметры решеток этих веществ (см. Приложение) довольно близки друг к другу. [c.131]

Влияние условий восстановления промышленных катализаторов синтеза аммиака на их удельную активность. 3. Влияние размеров зерна катализатора и температурного режима восстановления на его удельную активность. [c.164]

СОСТАВ ПРОМЫШЛЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ СИНТЕЗА АММИАКА (Анализы Горного бюро США) [c.225]

Лэлагодаря правильной организации теплообмена в промышленных реакторах синтеза аммиака на выходе из аппаратов достигается концентрация аммиака от 13 до 15% при давлении 300 ат. Это значительно выше, чем возможно при адиабатическом процессе, даже в случае равновесия. Аналогично организован процесс окисления двуокиси серы (см. рис. Х1-9)г температура регулируется при помощи внутреннего или внешнего теплообмена (рис. Х1-10). В настоящее время окисление ЗОа проводят в многослойных контактных аппаратах с промежуточным охлаждением между слоями катализатора.—Дсп. ред.] [c.362]

СВОДКА ДАННЫХ ПО ИСПЫТАНИЮ АМЕРИКАНСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО КАТАЛИЗАТОРА СИНТЕЗА АММИАКА РАЗМЕРОМ [c.226]

На рис. 111 изображена промышленная колонна синтеза аммиака с пятью кипящими слоями катализатора. Насадка этой колонны [c.213]

Катализатор синтеза аммиака является также классическим примером гетерогенного катализатора, содержащего главный компонент (железо), который более эффективен, чем любой другой, но требующий добавок — промоторов или стабилизаторов, вводимых с целью увеличения его эффективности и стабильности. С момента разработки процесса катализатор являлся объектом непрерывного изучения в академических и промышленных лабораториях. Эти исследования позволили создать рабочую модель, прояснили функции промоторов, и, наконец, стали источником идей, которые начали применяться во многих других областях катализа. [c.153]

Новая комбинированная насадка сохраняет существенные достоинства полочной насадки, которые заключаются в возможности самостоятельно регулировать температуру на каждой полке. В то же время насадка новой конструкции приобретает также преимущество насадки с внутренним теплообменом, состоящее в возможности дополнительного подогрева основного потока газа, который выходит из предварительного теплообменника. Следовательно, размеры нижнего теплообменника в комбинированной насадке могут быть меньше, чем в полочной. Это позволяет загрузить в колонну больше катализатора и повысить ее производительность (на 10—15%) без снижения коэффициента запаса поверхности теплообмена и уменьшения продолжительности пробега катализатора (проверено в промышленных условиях синтеза аммиака). [c.438]

Все промышленные установки синтеза аммиака работают с использованием принципа циркуляции после реакции смесь газов охлаждается, содержащийся в ней аммиак конденсируется и отделяется, а непрореагировавшие азот и водород смешиваются со свежей порцией газов, снова подаются на катализатор и т. д. Применение циркуляции увеличивает производительность всей системы. [c.434]

Одним из лучших катализаторов в этом случае является железо с добавками небольших количеств окислов калия и алюминия, которые повышают активность и устойчивость катализатора в работе. Существуют различные методы приготовления промышленного катализатора синтеза аммиака. По одному из методов железо вместе с добавками плавят и окисляют в струе кислорода. По другому плавят железную руду (магнетит) с добавками. Приготовленную любым из методов массу дробят, просеивают и полученные зерна (гранулы) загружают в контактный аппарат для синтеза аммиака. В этом аппарате сначала происходит восстановление катализатора азотноводородной смесью, а далее синтез аммиака. Перед тем как открыть доступ в контактный аппарат, смесь азота и водорода тщательно очищают, чтобы избежать отравления катализатора. Процесс синтеза аммиака осуществляет-затуре 450—550° С и высоком давлении (200- [c.27]

Для выбора оптимальных условий протекания реакции следует учитывать не только влияние на равновесие температуры, давления или концентрации реагирующих веществ, но и их влияние на скорость процесса. Так, реакцию синтеза аммиака в соответствии с принципом Ле Шателье следовало бы вести при более низкой температуре и более высоком давлении. Однако при температуре ниже 450—500 °С скорость реакции очень мала. Процесс становится нерентабельным. Для устранения этого недостатка процесс ведут при температуре 500°С и в присутствии катализатора (пористое железо с примесью оксидов алюминия, калия, кальция и кремния). Катализатор ускоряет прямую и обратную реакции одинаково, а повышение температуры смещает равновесие влево, что невыгодно для промышленного производства синтеза аммиака. Поэтому согласно принципу Ле Шателье для противодействия влиянию повышенной температуры следует применить высокое давление. Синтез аммиака ведут при давлении от 15 до 100 МПа (1 МПа Юатм). [c.43]

Каталитический синтез аммиака имеет большое значение для всей химической промышленности. Поэтому немало научно-исследовательских работ посвящено изучению кинетики этого каталитического процесса, хемосорбции азота и водорода на поверхности катализатора, изменению его электронных и структурных свойств в ходе синтеза. Непрерывно продолжаются и поиски различных добавок к железному катализатору для повышения его активности и изыскание новых катализаторов синтеза аммиака. [c.27]

В качестве примера рассмотрим промышленный катализатор синтеза аммиака. Он состоит из окиси железа, промотированной малыми добавками AI2O3, KgO, aO и т. п. Одной из функций промоторов является сохранение большой поверхности катализатора как на стадии активации его при восстановлении водородом, так и в процессе синтеза. Нильсен с соавт. [227] показал, что пары воды, [c.214]

Основное количество окиси углерода, содержащегося в неочищенном синтез-газе, сначала подвергают каталитической конверсии взаимодействием с водой с образованием двуокиси углерода и дополнительного количества водорода. Двуокись углерода легко можно удалить абсорбцией водой или щелочными растворителями, кмк было подробно описано в предыдущих главах однако получаемый газ все ехце содержит 2—4% окиси углерода, которую необходимо удалить практически полностью, чтобы предотвратить отравление катализатора синтеза аммиака. Хотя разработаны и некоторые другие процессы удаления небольших количеств окиси углерода, например метанирование или абсорбция жидким азотом, на протяжении многих лет важное промышленное значение сохраняет процесс абсорбции медноаммиачными растворами. [c.349]

Так, в 1910-1912 гг. Ф. Габером и К. Бошем был разработан высокоактивный катализатор синтеза аммиака из водорода и азота на основе Ре-КаО-АХаОз. Первые промышленные установки синтеза аммиака по методу Габера - Боша были пущены в Германии в 1913 г. в Людвигсхафене и в 1916 г. на заводе Лейна в Мерзебурге. Впоследствии технология синтеза аммиака получила широкое распространение в мире, а Ф. Габер в 1918 г. за большие заслуги в этой области получил Нобелевскую премию. [c.633]

Наиболее часто используемый промышленный катализатор синтеза аммиака — это железо с двумя промоторами Ре—А12О3—КзО. [c.182]

Опыты Горного бюро США. Некоторые образцы американских катализаторов синтеза аммиака (табл. 105), обладавшие наибольшей механической прочностью, были испытаны в синтезе углеводородов. Для сравнения был также испытан образец немецкого синол-катализатора, получейного с завода Лейна . Этот катализатор по способу приготовления можно отнести к типу катализаторов синтеза аммиака. Он был приготовлен сжиганием железа в токе кислорода, промотирован окислами алюминия и калия и, вероятно, переплавлен с железом, полученным из карбонила. Анализ катализатора ЮОГе 4,92 AljOg 0,94 KgO 2,92 СаО. Сводка результатов этих испытаний приведена в табл. 106 [130]. Немецкий синол-катализатор оказался более активным, чем американские промышленные катализаторы синтеза аммиака, что видно по низкой температуре синтеза (219,5°) и низкому выходу метана (6 весовых %). Последующие опыты, описанные ниже, позволили установить, что высокая активность синол-катализатора была вызвана главным образом малой величиной зерна. Активность синол-катализатора постепенно росла в ходе опыта активность промышленных катализаторов синтеза аммиака падала в ходе синтеза. Катализаторы, содержавшие окись магния, были [c.225]

За последние пятьдесят — шестьдесят лет катализ превратился в могучее орудие химического синтеза, существенно преобразовав содержание химии и став основой промышленных химических процессов. Однако практические достижения в oблa т каталитической химии получены преимущественно путем эмпирического подбора катализаторов и оптимальных условий реакций, тогда ак функции теории здесь в лучшем случае ограничивались объяснением и прогнозированием отдельных граней явления. О том, каким мучительным и длинным был эмпирический поиок катализаторов, пишет известный специалист в области катализа А. Митташ, на долю которого выпал труд найти катализатор синтеза аммиака в лаборатории баденских анилиновой и содовой фабрик. Надо было, говорит он, в нескольких тысячах опытов, следуя периодической системе элементов, смешивать. каждый элемент А с любым элементом В как таковым -или в виде соединения в различных соотношениях и каждый вариант испробовать в качестве катализатора [16, с. 146], [c.121]

Плавленый магнетит (полученный сжиганием чистого железа в струе кислорода), нромотированный небольшими количествами одного или нескольких веществ, например окисью кремния, окисью алюминия, окисью титана или окисью щелочного металла. Такие катализаторы аналогичны промышленным катализаторам синтеза аммиака, а в некоторых случаях совершенно одинаковы с ними по составу. [c.363]

Рассмотрены нсторико—технологьгческие аспекты производства и применения катализаторов синтеза аммиака в России и за рубежом и перспективы создания новых промышленных катализаторов. [c.64]

При получении некоторых промышленных катализаторов стремятся создать бидиснерсную структуру с тем, чтобы свести к минимуму или устранить диффузионные ограничения. Примером может служить недавно запатентованный катализатор синтеза аммиака. Каталитический материал, промотированный окислами железа, размалывается в тонкий порошок и затем прессуется в таблетки. Перед использованием катализатор восстанавливают. Благодаря наличию в нем макропор облегчается удаление паров воды, образующейся при восстановлении. [c.40]

Многие металлические катализаторы, применяемые для препаративных синтезов в лаборатории или в промышленности, имеют относительно высокую удельную поверхность. Реальная структура таких катализаторов может сильно различаться, однако все они в отличие от массивных металлов состоят из отдельных металлических частиц. Эти частицы могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние, как в обычных нанесенных катализаторах, или же могут быть разделены только небольшим количеством тугоплавкого окисного стабилизатора, как в классических железных катализаторах синтеза аммиака. В группу пористых металлических катализаторов входят также скелетные катализаторы (типа катализаторов Ренея), которые обычно стабилизированы определенным количеством окисла их правильнее относить к дисперсным, чем к массивным металлическим катализаторам. Наконец, дисперсный металл может использоваться в виде порошка без носителя. [c.171]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология