ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Формула катализатора синтеза аммиака из "Справочное руководство по катализаторам для производства аммиака и водорода" При ДЯ = 12,95 ккал МОЛЬ NH3 эта формула дает хорошее совпадение с адиабатическим повышением температуры, наблюдаемым как на пилотных, так и на установках полного заводского масштаба. [c.157] Примечательно, что железо остается неизменно главным компонентом катализатора с тех пор, как он был создан. Катализатор подвергался значительному количеству исследований, и все они подтверждают, что железо является наилучшим материалом для этой цели и, конечно, самым дешевым. В наиболее ранних исследованиях Хабера и Митташа было найдено, что другие металлы, такие как осмий и уран, эффективнее железа, но они более дорогие и опасны для здоровья человека. Чистое железо — эффективный катализатор, но оно быстро теряет свою активность, если, как нашел Митташ, в катализаторе нет промотирующих окислов. Установлено, что активность железного катализатора повышается при добавлении калия. Эти ранние исследования обнаружили вредное влияние на активность катализатора таких газообразных ядов, как кислород и соединения серы, которого можно избежать, используя тщательно очищенные газы. [c.157] О катализаторе было получено в результате его исследования рентгеноструктурным и микроскопическим методами, с помощью 1уэторых оказалось возможным идентифицировать кристаллическую структуру вещества изучение адсорбции газов также помогло получить некоторые сведения о распределении каталитических компонентов. [c.158] Как мы уже видели, для реакции синтеза благоприятны низкая температура и высокое давление. Однако реакция практически не протекает без катализатора вследствие очень большой стабильности молекулы азота, что обусловлено высокой энергией разрыва связи N—N. Функции катализатора заключаются в образовании на каталитической поверхности нитридного соединения, которое затем гидрируется в аммиак. Связь азота с металлом достаточно слаба, тем не менее она дает возможность адсорбироваться молекулам синтезируемого аммиака. Связь азота с металлом слишком сильна для таких элементов, как литий, кальций и алюминий, которые образуют с азотом нитриды непосредственно в массе вещества. В первой серии переходных металлов оптимум между образованием поверхностного нитрида и десорбцией аммиака с поверхности получён для железа, которое, не образует нитрида непосредственно из азота, исключая случай очень высоких давлений (на порядок выше давлений синтеза), но легко образует его в реакции с аммиаком. Тем не менее железо быстро хемосорбирует азот и это и есть та адсорбция, которую обычно считают стадией, лимитирующей скорость всего процесса синтеза. Рутений и осмий, находящиеся в более высоких сериях переходных элементов, не образуют нитридов в массе и являются эффективными катализаторами синтеза. [c.158] Магнетит FegOi имеет шпинельную структуру, подобную MgAljOi и представляющую собой кубическую упаковку ионов кислорода, в промежутках между которыми распределены ионы Fe и Fe +. В невосстановленном катализаторе много крупных кристаллов, (рис. 39). Во время восстановления, весь кислород удаляется, но усадки не происходит, поэтому получается очень пористое железо, занимающее тот же общий объем, что и исходный магнетит (см. гл. 2, рис. 9). Эта пористость является важным фактором, влияющим на активность используемого катализатора. Другим важным фактором является дисперсность отдельных кристаллов железа, образованных при восстановлении, которая в основном определяется природой и количеством присутствующих промоторов. [c.159] Двуокись кремния и другие кислотные компоненты обычно присутствуют в виде примесей в магнетите. Их действие заключается в нейтрализации KjO и других основных компонентов, таких как СаО, которые уменьшают каталитическую активность. Однако двуокись кремния, подобно AI2O3, оказывает стабилизирующее действие, поэтому катализаторы с высоким содержанием двуокиси кремния более устойчивы к спеканию и отравлению парами воды. [c.162] Очевидно, что существует значительное взаимодействие между различными компонентами катализатора, поэтому для каждой композиции должны быть определены их оптимальные количества, принимая во внимание и примеси. Катализаторы 35-4 и подобные ему разрабатывались с учетом таких факторов, как влияние скорости охлаждения на структуру катализатора, их активности связаны с высокой степенью стабильности и стойкостью к отравлению. [c.162] Распределение различных кристаллических фаз в невосстановленных и восстановленных катализаторах может быть установлено с помощью электронного микроскопа (рис. 41). Поверхности железа и промоторов могут быть измерены отдельно методами адсорбции газов. Эти исследования показали, что промоторы, особенно окись калия, хорошо перемешаны с железом и что более 90% поверхности железа покрывается ими, оставляя для осуществления катализа менее 10%. Однако имеющаяся свободная поверхность железа и активность промотированного катализатора значительно более высоки, чем для непромотированного железа, и они уменьшаются намного медленнее. [c.162] Вернуться к основной статье