Какие же катализаторы для синтеза аммиака являются эффективными?
На реакцию синтеза аммиака каталитически действуют многие металлы. Это элементы, имеющие не полностью застроенные d- и f-орбитали: марганец (Mn), железо (Fe), родий (Ro), вольфрам (W), рений (Re), осмий (Os), платина (Pt), уран (U) и др.
Наиболее высокую активность проявляют железо, рений, осмий и уран. Однако осмий рений и уран дороги и опасны в работе. Остаётся только одно – использовать железо.
В промышленном синтезе аммиака используют разработанный ГИАП железный катализатор, промотированный оксидами алюминия, калия, кальция и кремния. Такой катализатор достаточно активен и стоек к местным перегревам.
Необходимо отметить также, что катализатор подвержен отравлению. Соединения серы отравляют катализатор необратимо, а кислород и некоторые его соединения – обратимо, но очень быстро. Даже в ничтожно малых количествах присутствие соединений кислорода быстро выводят катализатор из строя, после чего требуется его восстановление. (Поэтому, как известно, перед синтезом аммиака проводят тонкую очистку от кислородсодержащих соединений – стадию метанирования).
Механизм действия катализатора.
По теории механизма с неподвижным ядром процесс каталитического синтеза аммиака можно представить как ряд элементарных актов:
- диффузия молекул азота и водорода из газового объёма к поверхности зерна катализатора и в его поры;
- активированная адсорбция азота поверхностью катализатора;
- адсорбция водорода на адсорбированном азоте, обусловливающая химическое взаимодействие азота и водорода через промежуточное соединение их с катализатором;
- десорбция аммиака с поверхности катализатора;
- диффузия газообразного аммиака в общий газовый объём.
Известно, что скорость процесса зависит от самой медленной стадии. Многочисленные исследования показали, что лимитирующей стадией собственно катализа является активирующая адсорбция азота. Эта стадия и лежит в основе изучения кинетики процесса.
Загрузка...
