Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Пористость катализаторов синтеза аммиака

    Вулканическая деятельность во всех ее проявлениях играла в этом отношении выдающуюся роль. Обогащая обширные зоны поверхности, в том числе и те, которые граничили с водоемами, соединениями металлов, вулканы способствовали развитию каталитических реакций. Вещества, выбрасываемые во время извержений, получаются в активном состоянии это, например, оксид кремния (IV) в форме высокопористой массы —пемзы, образующейся при застывании кислых лав (ее пористость достигает 80%) и др. Другой важной породой, которая могла функционировать и как адсорбент, фиксирующий на своей поверхности разнообразные частицы, и как катализатор, является глина. Глины относят к числу древнейших пород. Глинистые минералы (например, монтмориллонит) имеют пластинчатое строение силикатные слои, максимальное расстояние между которыми равно приблизительно 1,4 нм, разделены слоями молекул воды толщина этих слоев может изменяться в широких пределах. Глины обратимо связывают катионы и таким образом могут служить в качестве регулятора солевого состава окружающей водной среды. Скопление органических веществ на поверхности глинистых минералов, возможно, сыграло решающую роль в появлении предбиологических структур и возникновении жизни (Д. Бернал). По Акабори, из формальдегида, аммиака и циановодорода в абиогенную эру образовался амино-ацетонитрил, который подвергался гидролизу и полимеризации на поверхности глин, образуя вещества, близкие к белкам. Акабори показал, что нагревание аминоацетонитрила с кислой глиной ведет к появлению продукта, дающего биуретовую реакцию (реакция на белок). Твердые карбонаты, которые входят в большом количестве в состав земной коры, вероятно, катализировали процесс образования углеводов. Гидроксид кальция также может служить катализатором в таких процессах. Исходным веществом для синтеза углеводов служит формальдегид. Прямым опытом доказано (Г. Эйлер и А. Эйлер), что гликолевый альдегид и пентозы получаются из формальдегида в присутствии карбоната кальция. Схему образования углеводов из простейших соединений предложил М. Кальвин. [c.377]


    Рассмотрим другой случай взаимодействия в системе Г — Т, когда твердое вещество является пористым. Такими процессами могут быть горение кокса, восстановление металлов из пористых гранул окислов (в металлургии, при получении катализатора синтеза аммиака и др.), каталитические процессы на твердых пористых катализаторах, процессы отравления таких катализаторов и т. д. [c.92]

    Были выполнены многие исследования течения жидкости сквозь пористые тела, состоящие из достаточно крупных твердых частиц, В качестве примера упомянем исследование течения жидкости сквозь слои зернистых материалов, состоящих из кусков угля 22,4—28,6 мм, зерен катализатора для синтеза аммиака 4—6,1 мм, стеклянных шариков (шероховатых) 2—3 мм, шариков силикагеля 3—4 мм [201]. Для каждого зернистого слоя определена удельная поверхность частиц так, 5о рассчитана по числу шариков, помещаемых в цилиндр, или путем измерения граней кусков угля. Обработка опытных данных выполнена по уравнению Еи ==Ям/(2е), где Ним — модифицированное число Эйлера, в которое входит 5о Х = /(Кеэ) Кеэ —модифицированное число Рейнольдса. Для условий проведенных опытов получена зависимость Еим = 0,9-Ь + ЮО/Квэ, на основании которой может быть определено 5о- При сопоставлении определенного таким образом значения 5о со значением 5о, вычисленным по уравнению Козени — Кармана, обнаружено, что расхождение составляет только 25—35%. [c.185]

    Известно, что кинетика процесса синтеза аммиака зависит от многих факторов от температуры, общего давления в системе и парциальных давлений газовых компонентов, активности катализатора, крупности его зерен, его пористости, от объемной скорости газа и др. Учесть влияние всех этих факторов на кинетику процесса экспериментально и теоретически очень трудно, вследствие чего до сих пор отсутствует строго научный метод расчета кинетики процесса и реакционной аппаратуры. Требуются дальнейшие исследования и теоретические обобщения по кинетике процесса, учитывающие влияние вышеуказанных факторов. [c.225]

    Недостатком плавленых катализаторов является сравнительно малая величина удельной поверхности. Высокая прочность зерен плавленых катализаторов позволяет применять их в кипящем слое. Так для синтеза аммиака в кипящем слое применяется плавленый железный катализатор, промотированный окислами алюминия, калия, кальция и кремния и гранулированный из расплава в виде сфероидальных зерен. Требуемая пористость зерен достигается при вйс-становлении железа из его окислов. Для окисления нафталина ё кипящем слое применяется плавленый окиснованадиевый катализатор, промотированный сульфатом калия. [c.129]


    Значения фактора эффективности оказываются весьма различными в зависимости от данной системы, пористости и активности катализатора и условий процесса. Для гранул катализатора в неизотермических условиях реакции с большим выделением тепла и высокой энергией активации расчетная величина г] может превысить 100 [622]. Для окисления аммиака на неплатиновых катализаторах расчет приводит к т = 0,015 [605], для синтеза аммиака г = 0,3—0,6 [252] (с уменьшением по мере укрупнения гранул катализатора), для окисления метанола величина т] по [c.309]

    По представлениям Тейлора активность катализатора обеспечивается выступами и ребрами отдельных мельчайших кристаллов, имеющимися на всякой реальной поверхности твердого тела. Атомы, находящиеся на таких выступах, слабее связаны с другими атомами катализатора, обладают ненасыщенными валентностями, и повышенной реакционной способностью. Поэтому выгоднее получать катализатор в условиях, способствующих образованию шероховатой и пористой поверхностей. С другой стороны (С. 3. Рогинский), реакционная способность катализатора зависит от его термодинамической неустойчивости. Катализаторы, полученные в неравновесных условиях, более активны. Самопроизвольную потерю активности катализаторов с течением времени — старение—можно объяснить постепенным переходом в более устойчивое состояние. На практике часто применяются так называемые адсорбционные катализаторы, приготовленные путем нанесения катализатора на специальный носитель из неактивного материала (асбест, уголь, силикагель, пемза, фосфор и др.). Адсорбционные катализаторы позволяют достичь значительной экономии дорогостоящих веществ и, кроме высокой активности, обладают повышенной устойчивостью к нагреванию и действию ядов. -Изучение влияния ядов на каталитическую активность позволило получить важные сведения о природе катализаторов. Было замечено, что встречается как обратимое, так и необратимое отравление катализаторов. Так, железный катализатор, используемый в синтезе аммиака, обратимо отравляется кислородом. Пропускание над ним, свежей смеси водорода с азотом снимает отравление и вновь делает катализатор активным. В присутствии серы этот же катализатор отравляется необратимо. В случае многоступенчатой реакции действие яда сначала приводит к устранению некоторых стадий. Например, гидрирование хлористого бензоила в бензольном растворе на платиновом катализаторе [c.271]

    Чтобы получить контакт с определенной пористостью и сохранить высокодисперсной активную фазу, часто осаждают активный компонент на какой-либо поверхности (носителе) с высокой удельной поверхностью, например, на силикагеле, активированном угле, окиси алюминия, природных и искусственных алюмосиликатах, кремнеземе, пемзе. Другой способ, позволяющий получить нужную структуру контакта и избежать при этом агломерации активной фазы, состоит в применении структурных промоторов, например, окиси алюминия и калия, в катализаторе для синтеза аммиака. Цель обоих методов — отделить друг от друга зерна активной фазы и-тем самым ограничить рекристаллизацию. [c.126]

    Структурные модификаторы стабилизируют желаемую, обычно пористую, структуру катализатора, которая без модификаторов мой<ет быть нарушена вследствие спекания. Наиболее хорошо такой механизм действия изучен для добавки окиси алюминия к железному катализатору синтеза аммиака. В этом случае добавка 1% А12О3 приводит к увеличению поверхности восстановленного железного катализатора от 0,5 до 10 и, Кроме того, предотвращает рост кристаллов а-Ре при отжиге. Адсорбционными измерениями удалось показать, что при содержании 0,42% А12О3 в катализаторе она покрывает 35% его свободной поверхности и образует на кристаллах железа тончайший слой, пренятствующи их спеканию [17 ]. [c.45]

    В ряде случаев лучшим оказывается катализатор, состояпщй не из одного, а из нескольких веществ, например промышленный синтез метанола проводится при участии катализатора, в состав которого входят окислы цинка и хрома. Активность и избирательность катализатора часто изменяются при введении в его состав незначительных количеств (десятые доли процента, один-два процента) некоторых веществ. Так, активность пятиокиси ванадия при контактном окислении двуокиси серы повышается в сотни раз при добавлении к ней небольшого количества щелочи. Промышленный железный катализатор синтеза аммиака содержит в качестве таких добавок от 1 до 2% окиси алюминия и окиси калия. Он значительно активнее и устойчивее, чем чистое железо. Эти добавки называются промоторами. Причины действия промоторов различны. Промоторы способствуют увеличению и сохранению числа активных центров на единицу поверхности катализатора. Они могут образовывать с основным компонентом соединения высокой активности, образовывать высокоразвитую поверхность, препятствовать перестройке поверхности при нагревании. Часто для лучшего использования катализатора его наносят на асбест, силикагель, активную пористую окись алюминия, активный уголь и другие материалы. Они называются носителями. В ряде случаев носители действуют подобно промоторам,— они повышают активность катализатора вследствие химического взаимодействия с основным веществом и содействуют образованию и сохранению структуры. [c.78]


    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]

    В настоящее время производство аммиака осуществляется при давлениях порядка 300—320 ат. Целесообразность значительного повышения давления в колоннах синтеза очевидна. При этом возникает вопрос каково влияние давления на процессы переноса вещества в пористых кусках катализатора при 600—800 ат и, в связи с этим, на каком оптимальном зернении катализатора могут работать колонны при таком давлении Это чисто макрокинетическая задача, однако теория макрокинетики пока ее не рассмотрела. Трудности решения этой задачи без дополнительных опытных данных связаны со сложной [c.32]

    Таким образом, образование аммиака сопровождается уменьшением объема газов, поэтому синтез протекает лучше при повышенном давлении. Процесс ведут при большом давлении (400—1000 а/тш), повышенной температуре (500— 550° Q и в присутствии катализаторов (металлическое железо в виде пористых зерен с незначительными добавками других веществ). [c.189]

    Для приготовления пористых металлических р.атализаторов используют методы плавления и выщелачивания [20]. В течение многих лет катализатор синтеза аммиака получают плавлением магнетита Рез04. Структурирующие промоторы — оксиды алюминия, магния и кремния, а также химические промоторы, например соли калия, добавляют в небольших количествах к сухому порошку магнетита. Смесь плавят в электрической дуге или путем индукционного нагрева. Расплав кристаллизуют и размалывают до подходящего размера. Катализатор обычно восстанавливают до металлического железа в токе водорода при 500 °С. Предполагается, что промоторы образуют фазу, разделяющую зерна магнетита. Это способствует возникновению пористости и предотвращает агломерацию в ходе восстановле- [c.22]

    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]

    Для изыскания активных катализаторов синтеза аммиака были проведены многочисленные исследования, в результате которых установлено, что катализаторы, состоящие из нескольких веществ, более активны, чем отдельные составляющие их вещества. Особенно активными и более дешевыми являются железные катализаторы, активированные некоторыми металлами. Очень высокой активностью обладает пористое железо, полученное восстановлением магнитной окиси-закиси нселеза Рез04 при температуре 300— 400° С. При этом образуется железо кристаллической (кубической) структуры, присущей Рез04, но не содерлсащее атомов кислорода. В таких кристаллах присутствуют энергетически неуравновешенные атомы железа. Создаваемое ими энергетическое поле определяет каталитическую активность железа. [c.204]

    Структурные модификаторы стабилизируют желаемую, обычно пористую структуру контакта, которая без модификаторов может быть нарушена вследствие спекания. Такой является добавка АЬОз к железному катализатору синтеза аммиака [20]. Оксид алюминия препятствует рекристаллизации с -Ре в неактирные конгломераты. [c.56]

    Железный катализатор синтеза аммиака, т. е. пористое железо с промотирующими добавками К О и А12О3 и др., получаемое восстановлением окислов железа, известен уже более 60 лет благодаря работам Габера [1]. Потребовались десятилетия для открытия его способности катализировать синтез органических соединений из СО с Н2 и для создания на его основе син-тольного процесса, а в конце 50-х и в 60-х годах для ряда других процессов. Хронология в ЭТ0Л1 случав поучительна  [c.13]

    Платина как катализатор. П. является первым известным гетерогенным катализатором, изученным еще в начале 19 в. Г. Дэви и И. До-берейнером (см. Катализ), и одним из наиболее активных из изученных катализаторов при отнесении каталитич. активности к единице уд. поверхности. Особенно широко ее используют в окислительно-восстановительных реакциях. Наиболее крупнотоннажные произ-ва, где применяют платиновые катализаторы синтез серной к-ты окислением сернистого газа и синтез азотной к-ты, протекающий через стадию окисления аммиака. В первом из названных процессов применяют дисперсную П., к-рую наносят на пористые тела — носители асбест, Mg804, силикагель и др. Для окисления 80, П. является наиболее активным [c.38]

    Синтез аммиака по реакции ЗН2+Н25 2КНз — один из важнейших процессов химической технологии. Он проводится под высоким давлением, реакция идет на пористых гранулах железного катализатора. Реакция существенно экзотермична, тепло из слоя катализатора отводится к трубкам, в которых газ нагревается перед реакцией. [c.236]

    Так как этот вопрос не мог быть решен при помощ,и известных тогда катализаторов (поликристаллические металлы, нанесенные катализаторы с большим содержанием металла на носителе, пористые катализаторы типа катализаторов Ренея и др.). Н. И. Кобозевым и Л. Л. Клячко-Гурвичем в 1938 г. [192] были синтезированы первые адсорбционные катализаторы с весьма большим разведением (до 10 моноатомарпого слоя) на носителе (железо на угле). Испытание таких катализаторов осуществлено в условиях синтеза аммиака. С тех пор в лаборатории П. И. Кобозева и некоторых других лабораториях было изучено более полусотни каталитических процессов на подобных катализаторах. В отличие от обычных катализаторов в адсорбционных катализаторах атомы каталитически действующего металла наносятся на известную поверхность носителя при известной концентрации на несколько порядков ниже концентрации, соответствующей полному заполнению моноатомарного слоя. Согласно теории активных ансамблей, это позволяет формировать образование активных центров путем заранее рассчитанного сгущения его атомов в отдельных миграционных ячейках или потенциальных ямах носителя и количественно применять к ним закон распределения Пуассона. [c.113]

    Синтез аммиака осуществлялся под давлением 76 МПа и при температуре 450° С на железном катализаторе. Водород производился железопаровым способом в генераторах системы Пипча, азот — сжижением и ректификацией воздуха в аппаратах Линде. Генераторы водорода были загружены пористыми брикетами из окислов железа. Производство водорода осуществлялось чередованием процессов восстановления окислов до металлического железа водяным газом и последующего окисления железа водяным паром. Восстановитель железа — водяной газ — получался газификацией кокса в газогенераторах. Первая очередь установки синтеза аммиака состояла из трех реакторов с внутренним диаметром колонны 400 мм, производительность каждого агрегата составляла 8 т/сут жидкого аммиака, общая мощность установки — около 7,5 тыс. т/год. [c.16]

    Число ансамблей определяет активность катализатора. Активность единицы массы катализатора повышается, если нанести катализатор на носитель с пористой структурой, представляющий вещество стойкое в условиях данной реакции. В качестве носителей применяются пемза, асбест, шамот, керамические черепки, силикагель, А12О3 и другие вещества. Так, каталитическая активность платины при синтезе аммиака из водорода и азота повышается, если [c.307]

    Если, действительно, синтез аммиака осушрствляется на поверхности железа, а попытка увеличения ее, как и изменение пористой структуры в плавленных катализаторах, не приводит к желаемому, то представляется возможным и перспективным приготовление контактов не плавлением, а путем осаждения, величину поверхности и пористость которых можно изменять в довольно широких пределах. [c.113]

    Теоретически равновесный выход аммиака увеличивается с уменьшением температуры, но при этом падает скорость реакции (рис. 10.6). Синтез аммиака вследствие высокой прочности связи атомов азота даже при высоких температурах (до 800°С) протекает крайне медленно. В промышленных условиях для ускорения процесса синтез аммиака проводят при 450—520°С в присутствии катализатора. Из существующих катализаторов наибольшую активность проявляют контактные массы на основе пористого железа с добавлением промоторов AI2O3, К2О, СаО, MgO и Si02. Но под действием высокой температуры и каталитических ядов железный катализатор быстро теряет свою активность. Соединения серы отравляют катализатор необратимо, кислород, водяной пар и оксид углерода — обратимо. Поэтому для увеличения срока службы катализатора азотоводородную смесь перед синтезом тщательно очищают от каталитических ядов. Срок службы железного катализатора составляет два года. [c.200]

    Осн. работы посвящены исследованию сорбентов. Пре/у10жил (1957— 1965) новые методы активации глин. Установил (1969) связь между структурой синтезируемых адсорбентов и природой интерми-целлярной жидкости. Показал (1960) зависимость селективности адсорбции компонентов бинарных р-ров от термодинамических св-в р-ра, природы и структуры адсорбента. Изучал термодинамику набухания полимеров в бинарных средах и распределение компонентов среды между р-ром и полимером. Разрабатывает методы регулирования пористой структуры синт. адсорбентов и катализаторов, а также способы получения новых катализаторов крекинга, изомеризации и синтеза аммиака, в том числе на основе природных алпомо-силикатов. [c.217]

    Реакция протекает на катализаторе - пористом железе с добавками стабилизирующих и промотирующих элементов (А1, К, Са и др.). Он активен и термически устойчив в области температур 650-830 К. Поэтому промышленно важная область давлений синтеза, при которых степень превращения будет более 20%, - выше 20 МПа. Техноэкономическое обоснование процесса показало, что оптимальной будет реализация процесса при 30-32 МПа. Повышение давления резко увеличивает затраты на оборудование и компрессию, понижение давления увеличивает затраты, связанные с малым выходом аммиака. Эти условия используются в современных агрегатах производства аммиака. Далее при анализе процесса в системе синтеза будем использовать не традиционную степень превращения азотоводородной смеси Хр, а концентрацию аммиака г в реакционной смеси, которые связаны соотношением [c.446]

Смотреть страницы где упоминается термин Пористость катализаторов синтеза аммиака: [c.162]    [c.65]    [c.114]    [c.330]    [c.45]    [c.154]    [c.168]   
Справочник азотчика Издание 2 (1986) -- [ c.354 ]



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Катализаторы как пористые

Катализаторы пористость

Синтез аммиака

Синтез аммиака катализаторы

Синтез аммиака синтеза аммиака



© 2025 chem21.info Реклама на сайте