專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高活性合成氨催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成氨催化劑，具體地說(shuō)就是提供了一種用快速凝固技術(shù)制造合成氨催化劑-混合氧化鐵的方法。
1904年，哈柏(Fritz，Haber)首先發(fā)現(xiàn)將氮?dú)錃怏w在一定條件下，通過(guò)金屬催化劑可以合成氨。隨后Alwin，Mittasch等人先后做了10，000多次實(shí)驗(yàn)，完成了4，000多個(gè)不同催化劑體系的研究工作，才發(fā)明了“熔鐵催化劑”，并通過(guò)對(duì)氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡與溫度、壓力的關(guān)系的系統(tǒng)研究，找出了高溫、高壓的反應(yīng)條件，發(fā)明了工業(yè)上第一個(gè)加壓催化過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了合成氨的大規(guī)模生產(chǎn)。據(jù)估計(jì)，近八十年來(lái)已研究過(guò)的合成氨催化劑的配方超過(guò)了100，000個(gè)，然而還沒(méi)有證明能對(duì)Mittasch發(fā)展的混合氧化鐵催化劑做出任何根本的改進(jìn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種現(xiàn)有工業(yè)氨合成催化劑-混合氧化鐵的制備方法，使現(xiàn)有催化劑活性大幅度提高。
本發(fā)明提供的高活性合成氨催化劑的制造方法，以精選磁鐵礦、氧化鋁、碳酸鈣、硝酸鉀等為原料，或以工業(yè)用合成氨混合氧化鐵催化劑為原料，其特征在于將原料熔化后用快速凝固技術(shù)如“單輥法”、“雙輥法”和“霧化法”等迅速固化，要求冷卻速度大于102K/S。
本發(fā)明首次采用先進(jìn)的快速凝固技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的氨合成催化劑的制造，徹底改變了傳統(tǒng)混合氧化鐵的晶體結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)，使活化后的a-Fe晶粒度減小，能增加a-Fe微晶粒子高活性晶面的數(shù)量。增大了a-Fe微晶的有效活性比表面積。急冷促使催化劑在活化后形成有利于反應(yīng)物與產(chǎn)物擴(kuò)散的孔隙結(jié)構(gòu)。由于熔料快速冷卻，助催化劑來(lái)不及偏析，使助催化劑分布均勻，造成了較大的總比表面的鐵比表面提高了催化活性，并防止微晶長(zhǎng)大和燒結(jié)。因此制造出的急冷混合氧化鐵催化劑的活性明顯高于現(xiàn)用的合成氨熔鐵催化劑。下面通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明。
實(shí)施例1采用“單輥法”，用BN坩鍋，以石墨為加熱源，熔化溫度為大于1500℃，噴射壓力為0.4大氣壓，噴嘴直徑為1.0mm，輥輪直徑350mm，輥輪線速度為27.5米/秒。制成急冷混合氧化鐵催化劑。
化學(xué)組成Al2O3K2O Cao MgO SiO2余量2.85% 0.65% 2.9% ≤1.30% ≤1.00% 氧化鐵催化活性在693K，30atm的條件下，1g催化劑，H2∶N2＝3∶1，反應(yīng)氣體流量為40ml/min。
反應(yīng)時(shí)間(h) 8 18 30 40 55 80 101活性(NH3％): 0.304 0.35 0.46 0.60 0.87 1.42 1.58比較例1催化劑為工業(yè)用與上述急冷催化劑同成份的混合氧化鐵催化劑反應(yīng)條件同上反應(yīng)時(shí)間(h) 8 18 30 40 55 80 101活性(NH3％) 0.06 0.12 0.22 0.32 0.46 1.05 1.28可以看出急冷混合氧化鐵催化劑的催化活性明顯高于工業(yè)用氧化鐵催化劑。
實(shí)施例2 采用“超聲霧化法”，用BN坩鍋以石墨為加熱源制成急冷混合氧化鐵催化劑，催化劑粒度45目。
化學(xué)組成Al2O3K2O CaO SiO2余量3.7% 1.1% 0.9% 0.3% 氧化鐵催化活性在693K，30atm的條件下，2g催化劑，H∶N2＝3∶1，反應(yīng)氣體流量為40ml/min。
反應(yīng)時(shí)間(h): 6 15 30 50 90 110催化活性(NH3％) 0.41 0.53 0.79 1.60 2.30 2.92
比較例2同成份的工業(yè)催化劑(反應(yīng)條件同上)反應(yīng)時(shí)間(h) 6 15 30 50 90 110催化活性(NH3％) 0.11 0.23 0.41 0.80 1.90 2.03實(shí)施例3 采用“單輥法”，用BN坩鍋，以石墨為加熱源制成急冷混合氧化鐵催化劑，催化劑粒度45目化學(xué)組成Al2O3K2O CaO MgO SiO2余量4.32% 0.26% 3.40% 4.11% 0.33% 氧化鐵催化活性測(cè)定條件同實(shí)施例1反應(yīng)時(shí)間(h): 4 10 18 32 41 50 85 100 110活性(NH3％): 0.16 0.31 0.40 0.51 0.67 0.80 1.71 1.80比較例3化學(xué)組成同上，反應(yīng)條件同上。
反應(yīng)時(shí)間(h) 4 10 18 32 41 50 85 100 110催化活性(NH3％)0.02 0.10 0.16 0.25 0.40 0.49 1.01 1.20 1.2權(quán)利要求
1.一種高活性合成氨催化劑的制造方法，以精選磁鐵礦、氧化鋁、碳酸鈣、硝酸鉀等為原料，或以工業(yè)用合成氨混合氧化鐵催化劑為原料，其特征在于將原料熔化后用快速凝固技術(shù)如“單輥法”、“雙輥法”和“霧化法”等迅速固化，要求冷卻速度大于102K/S。
全文摘要
一種高活性合成氨催化劑的制造方法，以精選磁鐵礦、氧化鋁、碳酸鈣、硝酸鉀等為原料，或以工業(yè)用合成氨混合氧化鐵催化劑為原料。其特征在于將原料熔化后用快速凝固技術(shù)如“單輥法”、“雙輥法”和“霧化法”等迅速固化，要求冷卻速度大于10
文檔編號(hào)B01J37/08GK1099353SQ93115769
公開(kāi)日1995年3月1日 申請(qǐng)日期1993年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月27日
發(fā)明者孫笠, 宋啟洪, 王景唐, 胡壯麒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所