CN102909030B - 一种氧化亚铁基氨合成催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化亚铁基氨合成催化剂，以氧化亚铁为主体相组分，以氧化钾、氧化钙、氧化铝、氧化镁和其它金属氧化物为助催化剂。采用熔融法制备。该催化剂在低温低压下有很高的催化氮加氢合成氨的活性、极易还原、优良的耐热、抗毒和机械性能。适用于各类大中小型合成氨装置，特别是低压低能耗合成氨工艺，并能取得显著的节能降耗、增效节支和经济效益。
Description
技术领域：
本发明涉及催化剂，尤其是高活性氧化亚铁基氨合成催化剂，适用于氨合成催化剂的制备及其在氮加氢合成氨及氨裂解制取纯氮氢气的工业中的应用。
背景技术：
本发明作出之前，工业氨合成催化剂都是以铁的氧化物为主组分，其中，以四氧化三铁为主组分的氨合成催化剂有着悠久历史和良好的使用效果。该类催化剂中四氧化三铁含量为75-95%,助催化剂含量为3-10%,主要添加氧化钾，氧化铝，氧化钙，氧化钴，氧化镁，稀土氧化物，氧化钡中的几种为助催化剂，二价铁与三价铁的比值(Fe2+/Fe3+)为0.4-0.8。现有国际上最先进的同类催化剂是英国ICI公司生产的含钴四氧化三铁基ICI74-1型催化剂。
以氧化亚铁为主组分的氨合成催化剂是中国独创的，该类催化剂中，氧化亚铁为主组分，添加氧化铝，氧化钾，氧化钙，稀土氧化物等为助催化剂，催化性能较四氧化三铁基氨合成催化剂有较大的提高。现有A301、ZA-5型催化剂是工业上活性最高的铁基氨合成催化剂，有中国专利ZL92112411.2,CN1113832A,CN1114239A,ZL02143626.6以及美国专利US 5846507和欧洲专利0763379。这些专利中，CN1113832A并非完全以氧化亚铁为主组分，添加稀土混合物为主要特征：而CN1114239A区别在于预还原为特点；ZL02143626.6中，除常用的氧化铝、氧化钾、氧化钙外，还添加特有的金属钛等金属及其它金属氧化物。在各类铁系氨合成催化剂中，助催化剂都是碱金属、碱土金属、过渡金属和稀土金属氧化物，而且氧化铝、氧化钾、氧化钙都是基本助催化剂，因而本质区别在于助催化剂的组分及含量不同而使催化剂性能的改变。因此，氨合成催化剂的研究关键在于催化剂活性的提高。现有各类催化剂在压力15MPa,温度425℃,空速3.0×104小时-1，粒度1.0-1.4mm条件下，催化活性(出口氨浓度)都低于17-18.5%，更低压力和温度下的活性更低且还原速度慢，占用非生产时间较长，还不能满足工业实际应用需要，因而催化活性、还原性能等都需要进一步提高。
合成氨工业是九大高能耗工业之一，还存在巨大的节能潜力。因此氨合成催化剂发展方向是要求在低温低压下有更高的催化活性，能够适用于低压低能耗合成氨工艺，达到节能减排的目的。要达到这一目标，低温催化剂是核心技术，必须降低现今工业使用 的温度和压力，开发更低温度下的高活性催化剂，实现低压低能耗合成氨工艺。
发明内容：
本发明的目的是在现有技术基础上，提供一种适用于低压、低能耗合成氨工艺的低温、低压、高活性氨合成催化剂。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种氧化亚铁基氨合成催化剂，所述催化剂由氧化亚铁和助催化剂组成，所述助催化剂包括氧化铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁和其他金属氧化物，所述催化剂各组分的质量百分含量如下：
所述氧化亚铁为维氏体Fe1-xO,x的取值范围是0.043-0.09，其中二价铁和三价铁的物质的量之比为4-10：1；
所述氧化亚铁和助催化剂的总量为100%，氧化亚铁的质量百分含量为92~95%，相应的助催化剂总的质量百分含量为5-8%。
所述其他金属氧化物为氧化钒、氧化钨、氧化锆、氧化钛、氧化铌、氧化铱中的一种或两种以上的混合。
进一步，本发明所述助催化剂由氧化铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁和其他金属氧化物组成，所述的催化剂各组分的质量百分含量如下：
更进一步，本发明所述的氧化亚铁基氨合成催化剂的各组分的质量百分含量为：
所述其它金属氧化物总的质量百分含量为0.1-3.5%。
进一步，本发明所述的氧化亚铁基氨合成催化剂的各组分的质量百分含量优选为：
所述其它金属氧化物总的质量百分含量为0.1-3.5%。
进一步，本发明所述的氧化亚铁基氨合成催化剂的各组分的质量百分含量更优选为：
所述其它金属氧化物总的质量百分含量为0.7-2.4%。
本发明所述的氧化亚铁基氨合成催化剂的各组分的质量百分含量最优选为：铁氧化物的含量是93.2%，氧化铝（A12O3）1.8%，氧化钾（K2O）0.67%，氧化钙（CaO）1.85%，氧化镁（MgO）0.6%，氧化钒（V2O5）0.42%，氧化钨（WO3）0.3%，氧化锆（ZrO2）0.8%，氧化铌（Nb2O5）0.4%。
本发明所述氧化亚铁基氨合成催化剂可按以下方法制备得到：按照设定各组分的含量，将各组分所需的原料混合，熔融至液态，然后冷却至室温-200℃，冷却后的熔块经破碎、球磨和筛分，即得氧化亚铁基氨合成催化剂产品。产品粒度根据合成氨厂的需要生产并提供。
所述各组分所需的原料中，组分氧化铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁、氧化锆、氧化钛、氧化铌、氧化铱的原料为各自对应的金属氧化物、金属硝酸盐或金属碳酸盐。
组分氧化钒的原料为氧化钒、偏钒酸或偏钒酸铵，组分氧化钨的原料为氧化钨、钨酸、钨酸铵、钨酸钙或钨酸钾。组分氧化亚铁的原料为磁铁矿和纯铁。
进一步，所述制备方法优选为下列之一：
（一）按照设定各组分的含量取各组分所需的原料，先将磁铁矿粉、纯铁粉、氧化铝混合均匀后，加热熔融，在熔融状态下，加入剩下的助催化剂的原料，并且所述剩下的助催化剂的原料按由酸性到碱性的次序加入，即先加入酸性氧化物氧化钒、氧化钨、氧化铌、氧化铱、氧化钛、氧化锆各自对应的原料，然后再加入碱性氧化物氧化钾、氧化钙、氧化镁各自对应的原料，所有原料熔融至液态后，冷却至室温-200℃，冷却后的熔块经破碎、球磨和筛分，即得氧化亚铁基氨合成催化剂。
（二）按照设定各组分的含量取各组分所需的原料，先将磁铁矿粉、纯铁粉、氧化铝、氧化钾，氧化钙混合均匀后，加热熔融，在熔融状态下，加入剩下的助催化剂的原 料，并且所述剩下的助催化剂的原料按由酸性到碱性的次序加入，即先加入酸性氧化物氧化钒、氧化钨、氧化铌、氧化铱、氧化钛、氧化锆各自对应的原料，然后再加入碱性氧化物氧化镁对应的原料，所有原料熔融至液态后，冷却至室温-200℃，冷却后的熔块经破碎、球磨和筛分，即得氧化亚铁基氨合成催化剂。
本发明还提供所述氧化亚铁基氨合成催化剂在合成氨工业中的应用。
所述氧化亚铁基氨合成催化剂不仅可以适用于现有各种氨合成塔和中高压合成氨工艺，使用条件为反应压力20～30MPa，反应温度360～500℃，空速为10000～30000h-1，H2/N2摩尔比为2.6~3.0：1，而且还可用于低温低压氨合成，具体低温低压合成氨的反应条件为：反应压力5～15MPa，反应温度300～480℃，空速为3000～30000h-1，H2/N2摩尔比为1.8~3.0：1。
本技术方案是在理论指导下通过大量实验得到的。Fe1-xO基催化剂是我国独创的原始创新成果，是氨合成催化剂研究的一项重大突破。虽然先期开发成功的A301（ZA-5）型催化剂的主要技术指标已显著超过国外最好的催化剂，但Fe1-xO基催化剂是新的一类催化剂体系，仍然具有深度开发和提高的潜力。
申请人围绕Fe1-xO催化剂的发现所需解决的相关科学问题，在催化剂制备理论、助催化剂效应、表面性质与结构、高活性机理等催化基础理论进行了深入系统的研究，建立了以单相理论为核心的我国原创的Fe1-xO催化剂理论体系，为Fe1-xO催化剂深度开发奠定了理论和技术基础。在理论研究中发现下述结论：（1）熔铁催化剂表面存在酸碱协同效应；（2）助催化剂与Fe1-xO化学物理结构匹配原则，发现掺杂合适氧化物结合高温快速凝固技术可有效抑制Fe1-xO的岐化反应；（3）发现H2的强化学吸附现象与催化剂表面酸碱覆盖度有关；（4）CaO是主要结构助催化剂，而Al2O3不是主要结构助催化剂但起着表面重构作用。本发明是在这些理论成果的基础上，并在200多个催化剂配方的实验研究基础上，采用广义回归神经网络（GRNN）模型和智能计算方法，获得的新型高效Fe1-xO基氨合成催化剂。因此，本发明催化剂具有显著的特点：
1、氧化铝、氧化钾、氧化钙是熔铁催化剂不可或缺的基本助催化剂，其基本含量范围也无太大差别。但是，在本技术方案中，它们的含量要根据下述因素与其它助催化剂相协调。
2、本发明催化剂中，根据酸碱协同作用原理，各种助催化剂中，酸性金属氧化物和碱性金属氧化物的含量具有特定的比例，但与它们的绝对量无关。本发明中按照这一原 理选择酸性氧化物（V2O5、WO3、Nb2O5、Ir2O3、ZrO2和TiO2）和碱性氧化物（K2O，CaO，MgO）作助催化剂，并调节它们的含量使催化剂表面酸覆盖度与碱覆盖度的比例（SA/SK）为1.0-1.1左右，提高了活性。这是本发明的一个创新。
3、根据Al2O3虽然不是主要结构助催化剂但却起着表面重构作用而CaO是主要结构助催化剂的研究结果，合理调配Al2O3和CaO的含量的同时，需要精心调配与Fe1-xO的物化性质和晶体结构相适应的氧化镁、氧化钒、氧化锆和氧化钛的含量，以有效解决Fe1-xO催化剂的稳定性和放大效应。
4、本发明催化剂中的氧化钨，除了用以调节酸碱性外，还起着增强催化剂对氮的吸附活化的作用。根据研究氨合成反应机理和铁催化剂活性本质得到的结论，氮的吸附离解为速控步骤。但是在低温下，催化剂对氮的吸附能力较低，而对氢是较高的，因此在低温下产生了所谓的氢中毒效应，即H2的强化学吸附现象。为此必须利用一些对氮有较高亲和力且熔点比铁高的金属或金属氧化物。本发明中的钨有高的亲和力，它在氨合成的氮氢气氛中能被部分还原并与α-Fe形成固熔体，氮以高的键能被吸附在钨上，能明显地增强对氮的活化。但这又会使氨合成的第二步－化学吸附氮的加氢变得困难。但在碱金属（钾）存在下金属－氮键能降低，而且在钨和钾的数量为某确定比例时其键能可以达到对于过程的两个阶段以可比的速度进行的最佳值。
5、本技术方案中的Nb2O5、Ir2O3的主要作用是提高催化剂的还原速度，从实施例8的数据来看，本发明的催化剂在425℃还原6小时就已经基本还原完全，而现有催化剂要在425℃还原6小时后再在450℃还原9小时才能基本还原完全，前者比后者还原温度低25℃，且还原时间少9小时（后者还原时间为前者的2.5倍），显然本发明催化剂具有极易还原的性能。工业上催化剂的还原占用非生产时间，期间消耗大量的原料和能源，而且都是白白浪费掉的。因此，本发明的催化剂在还原阶段就具有显著的节能、增效的效果。
6、本发明的催化剂除了具有极易还原的性能外，而且在低温下具有特高的催化活性，由实施例9的数据可知，（1）本发明催化剂在15MPa,30000h-1条件下，425℃和400℃反应器出口氨浓度比现有国际先进催化剂分别提高了2.21%和3.13%个百分点，比现有先进催化剂分别提高了1.01%和1.1%个百分点。众所周知，合成氨工业合成气转化率（氨净值）通常只有10％～15％。因此催化剂活性只要提高1%NH3（1个百分点），氨产量就可以提高7%～10%。但是，要再提高0.5～1个百分点也已经十分困难。由此 可见，本发明催化剂在已经是国内外领先的现有先进催化剂基础上再提高了1个百分点，对于我国年产合成氨5000多万吨，活性提高1个百分点就是50多万吨，相当于一座大型合成氨厂的产量，节省投资数十亿元，其经济效益十分巨大。
（2）Ru/AC被称之谓继铁催化剂之后的第二代氨合成催化剂，但其制造原料成本要比铁催化剂高100倍以上。由实施例9可知，在10MPa,10000h-1条件下，本发明催化剂的活性比钌含量为2%的Ru/AC催化剂高。这表明在低压下，本发明催化剂的活性已经接近Ru/AC催化剂，与Ru/C催化剂具有竞争性。
（3）大量研究结果表明，Ru、Os和Fe是纯金属当中最好的催化剂。但由于Ru和Os金属非常贵，相对第三好的铁催化剂而言没有什么商业吸引力，在节能方面也没有太大的优越性。20世纪初Haber发现了Os对合成氨反应显示优异性能，当时（1909年3月）BASF公司获得了全世界的所有锇存货（总计大约达100kg）的购买权。但Os是稀有元素，在地球上含量极有限，终被廉价的Fe催化剂取代。对于以钌的羰基化合物负载于含石墨的炭载体上的Ru/C催化剂虽然活性高，但从热力学上来说，石墨在氨合成工业条件下很不稳定，而且钌对石墨加氢生成甲烷具有催化作用。虽然Kellogg和BP公司已经解决了这个问题，但也不能完全避免。因此，钌催化剂的理论意义大于实用意义。工业上钌催化剂也许最终还是会被Fe1-xO基催化剂所取代。因此，本发明催化剂具有重要的现实意义。
本发明催化剂与其它氨合成催化剂相比较，在合成氨工业的应用中具有明显的优势。它不仅可以适用于现有各种氨合成塔和高压合成氨工艺，更重要的是本发明的催化剂是一种理想的低温低压氨合成催化剂。该催化剂在低温低压下有很高的催化氮加氢合成氨的活性、极易还原、优良的耐热、抗毒和机械性能。适用于各类大中小型合成氨装置，特别是低压低能耗合成氨工艺，并能取得显著的节能降耗、增效节支和经济效益。低压低能耗合成氨工艺是合成氨工业的发展方向，具有重大的节能减排效果和经济效益。本发明催化剂为我国实现低压低能耗合成氨工艺提供了核心技术，因而具有重要现实意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1(以下组分含量为重量百分数，下同)
按精选磁铁矿粉73.4，纯铁粉20.1，氧化铝2.2，氧化钾0.7，氧化钙2.5，氧化镁 0.4，氧化钨0.7的比例配料，置于搅拌机中混合搅拌一定时间，均匀后装入电熔炉中，在大气环境下直接熔融。熔融结束时将液态熔料放入冷却槽，冷却至200℃以下，冷却后熔块经破碎、球磨和筛分，即得所需粒度的产品。熔融结束时制备的催化剂最终成分控制为：二价铁和三价铁的物质的量比值Fe2+/Fe3+为4.6，铁氧化物的含量是93.5%，氧化铝（A12O3）2.2%，氧化钾（K2O）0.7%，氧化钙（CaO）2.5%，氧化镁（MgO）0.4%，氧化钨（WO3）0.7%。XRD测定催化剂中铁的氧化物是维氏体相（Fe1-xO，x=0.082）。
实施例2
按精选磁铁矿粉72.3，纯铁粉21.7，氧化铝2.1，氧化钾0.7，氧化钙1.82，氧化镁0.6，氧化钒（原料为偏钒酸）0.6，氧化钨0.6，氧化锆0.44的比例配料，置于搅拌机中混合搅拌一定时间，均匀后装入电熔炉中，在大气环境下直接熔融。熔融结束时将液态熔料放入冷却槽，冷却至200℃以下，冷却后熔块经破碎、球磨和筛分，即得所需粒度的产品。熔融结束时制备的催化剂最终成分控制为：二价铁和三价铁的物质的量比值Fe2+/Fe3+为5.0，铁氧化物的含量是93.14%，氧化铝（A12O3）2.1%，氧化钾（K2O）0.7%，氧化钙（CaO）1.82%，氧化镁（MgO）0.6%，氧化钒（V2O5）0.6，氧化钨（WO3）0.6%，氧化锆（ZrO2）0.44%。XRD测定催化剂中铁的氧化物是维氏体相（Fe1-xO,x=0.077）。
实施例3
按精选磁铁矿粉71.1，纯铁粉22.7，氧化铝2.0，氧化钾0.6，氧化钙1.5，氧化镁0.5，氧化钒（原料为偏钒酸铵）0.5，氧化钨0.5，氧化钛0.6的比例配料，置于搅拌机中混合搅拌一定时间，均匀后装入电熔炉中，在大气环境下直接熔融。熔融结束时将液态熔料放入冷却槽，冷却至200℃以下，冷却后熔块经破碎、球磨和筛分，即得所需粒度的产品。熔融结束时制备的催化剂最终成分控制为：二价铁和三价铁的物质的量比值Fe2+/Fe3+为7.1，铁氧化物的含量是93.8%，氧化铝（A12O3）2.0%，氧化钾（K2O）0.6%，氧化钙（CaO）1.5%，氧化镁（MgO）0.5%，氧化钒（V2O5）0.5%，氧化钨（WO3）0.5%，氧化钛（TiO2）0.6%。XRD测定催化剂中铁的氧化物是维氏体相（Fe1-xO,x=0.058）。
实施例4
按精选磁铁矿粉71.0，纯铁粉22.2，氧化铝1.8的比例配料，置于搅拌机中混合搅拌一定时间，均匀后装入电熔炉中，在大气环境下直接熔融。在熔融过程中先加 入氧化钒0.42，氧化钨（原料为钨酸）0.3和氧化铌0.4，然后再加入氧化钾0.67，氧化钙1.85，氧化镁0.6和氧化锆0.8，熔融结束时将液态熔料放入冷却槽，冷却至200℃以下，冷却后熔块经破碎、球磨和筛分，即得所需粒度的产品。熔融结束时制备的催化剂最终成分控制为：二价铁和三价铁的物质的量比值Fe2+/Fe3+为8.5，铁氧化物的含量是93.2%，氧化铝（A12O3）1.8%，氧化钾（K2O）0.67%，氧化钙（CaO）1.85%，氧化镁（MgO）0.6%，氧化钒（V2O5）0.42%，氧化钨（WO3）0.3%，氧化锆（ZrO2）0.8%，氧化铌（Nb2O5）0.4%。XRD测定催化剂中铁的氧化物是维氏体相（Fe1-xO,x=0.05）。
实施例5
按精选磁铁矿粉69.8，纯铁粉22.6，氧化铝1.5，氧化钾0.92，氧化钙1.3，氧化镁1.2，氧化钒0.8，氧化钨0.8，氧化锆0.5，氧化钛（TiO2）0.3，氧化铱0.3的比例配料，置于搅拌机中混合搅拌一定时间，均匀后装入电熔炉中，在大气环境下直接熔融。熔融结束时将液态熔料放入冷却槽，冷却至200℃以下，冷却后熔块经破碎、球磨和筛分，即得所需粒度的产品。熔融结束时制备的催化剂最终成分控制为：二价铁和三价铁的物质的量比值Fe2+/Fe3+为9.4，铁氧化物的含量是92.4%，氧化铝（A12O3）1.5%，氧化钾（K2O）0.92%，氧化钙（CaO）1.3%，氧化镁（MgO）1.2%，氧化钒（V2O5）0.8%，氧化钨（WO3）0.8%，氧化锆(ZrO2)0.5%，氧化钛（TiO2）0.3%，氧化铱(Ir2O3)0.3%。XRD测定催化剂中铁的氧化物是维氏体相（Fe1-xO,x=0.046）。
实施例6
按精选磁铁矿粉71.9，纯铁粉21.5，氧化铝1.9，氧化钾0.83，氧化钙1.8，氧化镁0.52，氧化钒0.4，氧化钨（原料为钨酸铵）1.0，氧化锆0.22的比例配料，置于搅拌机中混合搅拌一定时间，均匀后装入电熔炉中，在大气环境下直接熔融。熔融结束时将液态熔料放入冷却槽，冷却至200℃以下，冷却后熔块经破碎、球磨和筛分，即得所需粒度的产品。熔融结束时制备的催化剂最终成分控制为：二价铁和三价铁的物质的量比值Fe2+/Fe3+为6.5，铁氧化物的含量是93.4%，氧化铝（A12O3）1.9%，氧化钾（K2O）0.83%，氧化钙（CaO）1.8%，氧化镁（MgO）0.52%，氧化钒（V2O5）0.4%，氧化钨（WO3）1.0%，氧化锆（ZrO2）0.22%。XRD测定催化剂中铁的氧化物是维氏体相（Fe1-xO,x=0.063）。
实施例7：实施例1～6制得的催化剂在压力15MPa，空速3.0×104h-1，H2/N2摩 尔比=3，催化剂粒度1.0-1.4mm，温度425℃的实验条件下，进行合成氨反应，各实施例样品的出口氨体积百分浓度见表1。
表1
实施例8
将实施例4制得的催化剂与现有催化剂ZA-5型（浙江工业大学研制）进行还原性能比较：具体实验步骤是在压力5MPa，空速3.0×104h-1，H2/N2摩尔比=3，催化剂粒度1.0-1.4mm的实验条件下，进行还原反应，以出口氨体积百分浓度表征还原速度，所得结果见表2。
表2本发明催化剂与现有催化剂还原性能比较
由表2可知，本发明的催化剂在425℃还原6小时就已经基本还原完全（出口氨体积百分浓度达8.03%，此后基本上不再增加，表明还原已基本结束，下同），而现有ZA-5型催化剂要在425℃还原6小时之后，再于450℃还原9小时才能基本还原完全（出口氨体积百分浓度达8.06%），前者比后者还原温度低25℃，且还原时间少9小时。ZA-5型催化剂的完全还原时间为本发明催化剂的2.5倍，显然本发明催化剂具有极易还原的性能。工业上催化剂的还原占用非生产时间，期间消耗大量的原料和能源，而且都是白白浪费掉的。因此，本发明的催化剂在还原阶段就具有显著的节能、增效的效果。
实施例9
将实施例4的催化剂与现有ZA-5型催化剂在压力15MPa，空速3.0×104h-1，H2/N2摩尔比=3，催化剂粒度1.0-1.4mm，温度375~450℃的实验条件下，进行合成氨反应， 出口氨体积百分浓度见下表3。
将实施例4的催化剂与2%Ru/AC催化剂在压力10MPa，空速1.0×104h-1，H2/N2摩尔比=3，催化剂粒度1.0-1.4mm，温度375~425℃的实验条件下，进行合成氨反应，出口氨体积百分浓度见表3。
表3
表3中2%Ru/AC催化剂是利用浸渍法，将RuCl3按Ru的负载量为2wt%负载在活性炭上，然后经H2在400℃还原4小时得到。
由表3可知，（1）本发明催化剂在15MPa,30000h-1条件下，425℃和400℃反应器出口氨浓度比ZA-5型分别提高了1.01%和1.1%个百分点。众所周知，合成氨工业合成气转化率（氨净值）通常只有10％～15％。因此催化剂活性只要提高1%NH3（1个百分点），氨产量就可以提高7%～10%。但是，要再提高0.5～1个百分点也已经十分困难。由此可见，本发明催化剂在已经是国内外领先的现有先进催化剂基础上再提高了1个百分点，对于我国年产合成氨5000多万吨，活性提高1个百分点就是50多万吨，相当于一座大型合成氨厂的产量，节省投资数十亿元，其经济效益十分巨大。
（2）Ru/AC被称之谓继铁催化剂之后的第二代氨合成催化剂，但其制造原料成本要比铁催化剂高100倍以上。由表3可知，在10MPa,10000h-1条件下，本发明催化剂的活性比钌含量为2%的Ru/AC催化剂高。这表明在低压下，本发明催化剂的活性已经接近Ru/AC催化剂，与Ru/AC催化剂具有竞争性。
Claims (5)
1.一种氧化亚铁基氨合成催化剂，其特征在于所述催化剂由氧化亚铁和助催化剂组成，所述助催化剂包括氧化铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁和其他金属氧化物，所述催化剂各组分的质量百分含量如下：
所述氧化亚铁为维氏体Fe1-xO,x的取值范围是0.043～0.09，其中二价铁和三价铁的物质的量之比为4-10：1；
所述其他金属氧化物为氧化钒、氧化钨、氧化锆、氧化钛、氧化铌、氧化铱中的一种或两种以上的混合；
所述催化剂按以下方法之一制备得到：
(一)按照设定各组分的含量取各组分所需的原料，先将磁铁矿粉、纯铁粉、氧化铝混合均匀后，加热熔融，在熔融状态下，加入剩下的助催化剂的原料，并且所述剩下的助催化剂的原料按由酸性到碱性的次序加入，即先加入酸性氧化物氧化钒、氧化钨、氧化铌、氧化铱、氧化钛、氧化锆各自对应的原料，然后再加入碱性氧化物氧化钾、氧化钙、氧化镁各自对应的原料，所有原料熔融至液态后，冷却至室温-200℃，冷却后的熔块经破碎、球磨和筛分，即得氧化亚铁基氨合成催化剂；
(二)按照设定各组分的含量取各组分所需的原料，先将磁铁矿粉、纯铁粉、氧化铝、氧化钾，氧化钙混合均匀后，加热熔融，在熔融状态下，加入剩下的助催化剂的原料，并且所述剩下的助催化剂的原料按由酸性到碱性的次序加入，即先加入酸性氧化物氧化钒、氧化钨、氧化铌、氧化铱、氧化钛、氧化锆各自对应的原料，然后再加入碱性氧化物氧化镁对应的原料，所有原料熔融至液态后，冷却至室温-200℃，冷却后的熔块经破碎、球磨和筛分，即得氧化亚铁基氨合成催化剂。
2.根据权利要求1所述的氧化亚铁基氨合成催化剂，其特征在于所述助催化剂由氧化铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁和其他金属氧化物组成，所述的催化剂各组分的质量百分含量如下：
3.根据权利要求2所述的氧化亚铁基氨合成催化剂，其特征在于所述催化剂的各组分的质量百分含量为：
所述其它金属氧化物总的质量百分含量为0.1-3.5％。
4.根据权利要求1所述氧化亚铁基氨合成催化剂在合成氨工业中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于所述合成氨反应条件为：反应压力5～15MPa，反应温度300～480℃，空速为3000～30000h-1，H2/N2摩尔比为1.8～3.0：1。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022058137A1 (de) * | 2020-09-16 | 2022-03-24 | Clariant International Ltd | Katalysator für die ammoniaksynthese mit verbesserter aktivität |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102909030A (zh) | 2013-02-06 |
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