氨合成催化剂化学成分分析方法

‘壹’ 何谓预还原氨合成催化剂有何优缺点

预还原催化剂就是催化剂生产厂家有一套触媒还原装置，在触媒生产出来后，直接将触媒在还原装置内进行还原，触媒使用厂家将触媒装入塔内，直接升温并简单还原进行轻负荷生产。其优点是减少触媒使用单位的升温还原时间，增加有效生产时间（特别是在化肥销售旺季），另外就是整塔触媒不完全更换的情况下，使用预还原触媒减少了新旧触媒还原时的矛盾；缺点就是预还原触媒运输、装填过程非常麻烦，密封措施解决不好，会造成触媒氧化。

‘贰’ 合成氨的工艺流程是什么

第一步是原料气的制备。采用合成法生产氨，首先必须制备含氢和氮的原料气。它可以由分别制得的氢气和氮气混合而成，也可同时制得氢氮混合气。

第二步是原料气的净化。制取的氢氮原料气中都含有硫化合物、一氧化碳、二氧化碳等杂质。这些杂质不仅能腐蚀设备，而且能使氨合成催化剂中毒。因此，把氢氮原料气送入合成塔之前，必须进行净化处理，除去各种杂质，获得纯净的氢氮混合气。

第三步是原料气的压缩和氨的合成。将纯净的氢氮混合气压缩到高压，并在高温和有催化剂存在的条件下合成为氨。

生产合成氨的原料主要焦炭、煤、天然气、重油、轻油等燃料，以及水蒸气和空气；生产合成氨的主要过程一般如下图所示。

原料 →原料气的制备 → 脱 硫→ 一氧化碳的变换→ 脱 碳→ 少量一氧化碳及二氧化碳的清除→压 缩 →氨的合成→ 产品氨。

(2)氨合成催化剂化学成分分析方法扩展阅读：

氨分子式为NH₃，是一种无色气体，有强烈的刺激气味。极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨，水溶液又称氨水。降温加压可变成液体，液氨是一种制冷剂。

氨也是制造硝酸、化肥、炸药的重要原料。氨对地球上的生物相当重要，它是许多食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。

氨有很广泛的用途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。由于氨可以提供孤对电子，所以它也是一种路易斯碱。

‘叁’ 氨合成催化剂活性组分与助剂的作用

简述氨合成催化剂活性组分与助剂的作用。 
铁系催化剂其活性组分为金属铁，促进剂作用如下：Al2O3能与氧化铁生成FeAl2O4晶体，其晶体结构与Fe2O3*FeO相同，可增加催化剂表面积，提高活性。MgO:增强催化剂对硫化物的抗毒能力，延长催化剂寿命。CaO:降低熔融物的熔点和粘度，提高催化剂热稳定性。K2O：促使催化剂的电子逸出功的降低。SiO2:中和碱性组分，提高催化剂抗水毒害和耐烧结的作用
比较凯洛格和托普索氨合成工艺的优缺点？ 答：凯洛格和托普索的最大区别其实还是在合成塔的内件上的区别，其次就是合成回路中冷冻系统的设置，一个一般为三级氨冷；一个为二级氨冷

‘肆’ 合成氨的催化剂有哪些成分组成

主要是铁镍活性催化剂，5oO℃活性最

‘伍’ 什么是催化剂以合成氨为例，简述催化剂反映的特点和原理

催化剂是一种它能够加速反应的速率而自身不改变物质。它能够诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或者在较低的温度环境下进行化学反应。在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。 催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位，现在几乎有半数以上的化工产品，在生产过程里都采用催化剂。例如，合成氨生产采用铁催化剂，硫酸生产采用钒催化剂，乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中，都采用不同的催化剂。 目前认为，合成氨反应的一种可能机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱。接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用，在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。上述反应途径可简单地表示为： xFe + N2→FexN FexN +［H］吸→FexNH FexNH +［H］吸→FexNH2 FexNH2 ＋［H］吸FexNH3xFe+NH3 在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约335 kJ/mol。加入铁催化剂后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。第一阶段的反应活化能为126 kJ/mol～167 kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13 kJ/mol。由于反应途径的改变（生成不稳定的中间化合物），降低了反应的活化能，因而反应速率加快了。

‘陆’ 制备氨气有哪些方法

1、工业制法

工业上氨是以哈伯法通过N2和H2在高温高压和催化剂存在下直接化合而制成：

N2+3H2⇌2NH3△rHθ=-92.4 kJ/mol （反应条件为高温、高压、催化剂）

一般为铁触媒作催化剂，压强20-50 mPa，温度450℃左右。

2、实验制备

实验室，氨常用铵盐与碱作用或利用氮化物易水解的特性制备：

Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3↑

实验室快速制得氨气的方法：用浓氨水和固体NaOH反应制备氨气；

喷泉实验

在常温，常压下，一体积的水中能溶解700体积的氨。

在干燥的圆底烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和滴管（滴管里预先吸入水）的塞子塞紧瓶口。立即倒置烧瓶，使玻璃管插入盛水的烧杯里（水里事先加入少量的酚酞试 液），把实验装置装好后。

打开橡皮管的夹子，挤压滴管 的胶头，使少量的水进入烧瓶，观察现象。 实验的基本原理是使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。

‘柒’ 合成氨催化剂组成

合成氨反应的催化剂叫:铁触媒。
在人教版教材高二化学的49页有以下说明：合成氧工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多成份催化剂，又称铁触媒。

对高中生来说知道这些就足够了，如果你另有兴趣，还可以看看以下资料。http://www.cncatalyst.com/tiring_room/new/hynews/200612495222.htm

‘捌’ 合成氨的生产一般分为哪几个步骤

1. 工艺路线： 以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是: 造气 -> 半水煤气脱硫 -> 压缩机1，2工段 -> 变换 -> 变换气脱硫 ->压缩机3段 -> 脱硫 ->压缩机4，5工段 -> 铜洗 -> 压缩机6段 -> 氨合成 -> 产品NH3 采用甲烷化法脱硫除原料气中CO. CO2 时,。

‘玖’ 合成氨的催化机理

热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反应的活化能很高，反应几乎不发生。当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了反应的活化能，使反应以显着的速率进行。合成氨反应的机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱。接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用，在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。上述反应途径可简单地表示为：
xFe+N2→FexN
FexN+[H]吸→FexNH
FexNH+[H]吸→FexNH2
FexNH2+[H]吸FexNH3xFe+NH3
在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约335kJ/mol。加入铁催化剂后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。第一阶段的反应活化能为126kJ/mol～167kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13kJ/mol。由于反应途径的改变（生成不稳定的中间化合物），降低了反应的活化能，因而反应速率加快了。
催化剂的催化能力一般称为催化活性。有人认为：由于催化剂在反应前后的化学性质和质量不变，一旦制成一批催化剂之后，便可以永远使用下去。实际上许多催化剂在使用过程中，其活性从小到大，逐渐达到正常水平，这就是催化剂的成熟期。接着，催化剂活性在一段时间里保持稳定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用。活性保持稳定的时间即为催化剂的寿命，其长短因催化剂的制备方法和使用条件而异。
催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂的中毒。一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据而引起中毒。中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。例如，对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。

‘拾’ 氨合成的工艺条件温度和压力应该如何确定分别从热力学和动力学上进行分析。

氨合成反应是放热、缩小体积的可逆反应，温度、压力对此反应的化学平衡有影响。当混合气中氢氮摩尔比为3时，氨平衡浓度随着温度降低、压力增加而提高。但在较低温度下，氨合成的反应速度十分缓慢，需采用催化剂来加快反应。由于受到所用催化剂活性的限制，温度不能过低，因此为提高反应后气体中的氨含量，氨合成宜在高压下进行。当工业上用铁催化剂时，压力大多选用15.2～30.4MPa(150～300atm)，即使在这样压力条件下操作，每次也只有一部分氮气和氢气反应为氨，因此氨合成塔出口气体中氨浓度通常为10%～20%（体积）。决定反应的主要因素是铁催化剂的活性，反应所产生的氨与氮气、氢气的分离以及氮、氢气的循环使用。
反应催化剂
铁催化剂的活性 氨合成采用添加有助催化剂的铁催化剂。助催化剂的成分有氧化钾、 氧化铝、 氧化镁、氧化钙、氧化钴等。开工前铁催化剂的主要成分为四氧化三铁(见金属氧化物催化剂)，它对氨合成反应没有催化作用，投用前需用氢气将其还原成金属铁才有活性。不同还原条件下得到的催化活性有很大差异。正常生产时，铁催化剂常因氮氢混合气中含有少量硫化合物、碳的氧化物等气体而降低活性，通常规定一氧化碳和二氧化碳不超过10ppm（体积）。铁催化剂的寿命(见催化剂寿命)与其制造质量、使用条件有密切关系，短的1～2年，长的可达8～9年。
氨的分离
氨合成的单程转化率不高，为了获得产品氨，需将氨气从氨合成反应器出口气体中分离出来。工业上通常用两种方法[1]：
①冷凝法 利用氨的临界温度比氮、氢高的特点，只需把含氨混合气冷却，其中的氨即可从气态冷凝成液态。温度越低，冷凝的氨越多。工业生产都采用产品液氨作制冷剂。为了节省制冷剂用量，混合气先用水冷却。
②吸收法 利用氨气在水中的溶解度比氮、氢气大的性质，在高压下用水吸收，制成浓氨水。从浓氨水制取液氨尚需经过氨水精馏、氨气冷凝等步骤，消耗热能较多，工业上已很少采用。