氨合成催化劑——實踐與理論

《氨合成催化劑——實踐與理論》是2007年9月出版的圖書，作者是劉化章。

基本信息

氨合成催化劑——實踐與理論

所屬類別

科技 >> 化工 >> 農藥化肥

作者：劉化章 著

出版日期：2007年9月 書號：978-7-122-00994-4

開本：16 裝幀：平 版次：1版1次 頁數：600頁

內容簡介

本書從理論與實踐結合的視角，較系統、全面地論述了氨合成催化劑研究、開發和工業套用的基本理論和方法，涉及催化劑組成、結構、製造、還原、性能評價、表征以及反應機理及其動力學，還涉及根據催化劑性能選擇工業套用條件及其對催化過程經濟效益的影響，並涉及近年來氨合成催化劑研究的新探索、新技術，包括光催化、電催化、生物催化以及氨的新用途等方面的新成果、新進展。

本書可供廣大從事催化劑的研究、開發和工業使用的科研人員、高校師生和工程技術人員參考。

目錄

第1章氨合成催化劑的發展1

11合成氨催化劑概述2

111CoMo加氫轉化催化劑4

112氧化鋅脫硫劑5

113烴類蒸汽轉化催化劑5

114一氧化碳高溫變換催化劑7

115一氧化碳低溫變換催化劑9

116甲烷化催化劑10

117精製催化劑11

12氨合成催化劑發展史回顧13

121氨合成物理化學基礎研究14

122高壓合成氨反應的實現15

123氨合成熔鐵催化劑的開發16

124我國氨合成催化劑發展史19

125氨合成催化劑的發展趨勢19

13傳統Fe3O4基熔鐵催化劑的發展21

131傳統Fe3O4基催化劑的發展21

132含鈷Fe3O4基催化劑的開發和現狀22

14Fe1-xO基非傳統熔鐵催化劑體系的發現23

141尋找新的技術突破23

142Fe1-xO基催化劑的活性26

143Fe1-xO基催化劑還原性能28

144ZA5催化劑的技術特點30

145Fe1-xO基催化劑的理論意義31

146工業套用32

15釕基非鐵催化劑的發明33

151各種元素在N2活化中的性質33

152各種元素在合成氨中的性質35

153合金效應38

154活性炭負載釕基氨合成催化劑39

參考文獻41

第2章氨合成催化反應機理45

21緒論45

211催化理論的發展45

212催化作用的化學本質47

213催化研究中的方法論49

22吸附與多相催化51

221吸附與多相催化51

222多相催化劑表面非均一性54

223化學吸附等溫式56

224吸附速率：Elovich方程式58

225化學吸附態59

23氨合成催化反應機理70

231基元反應70

232氨合成催化反應機理71

233氨合成微觀反應動力學分析81

24氨合成總包反應動力學85

241總包反應與基元步驟的一般關係86

242兩步序列法87

243Temkin理論的基本假設91

244TemkinPyzhev氨合成反應速率方程94

245Temkin理論的推論與催化劑優選96

25巨觀反應動力學106

251外擴散106

252內擴散107

253內表面利用率109

254巨觀催化反應動力學方程112

26氨合成塔的設計114

261動力學方程的實用形式114

262反應器設計數學模型117

263多段絕熱式氨合成反應器段間分配119

264合成氨反應器設計的基礎數據122

265模擬計算實例123

參考文獻124

第3章熔鐵催化劑的化學組成與結構129

31鐵的氧化物129

311Fe2O3129

312Fe3O4130

313FeO131

314各種鐵氧化物之間的關係139

315鐵的複合氧化物及其固溶體141

316鐵氧化物中的缺陷結構144

32鐵的氧化物與催化劑活性149

321經典的火山形活性曲線149

322駝峰形活性曲線149

323單相性原理151

324鐵氧化物還原後的活性模型154

325鐵的氧化物與催化劑還原性能154

326鐵的氧化物與催化劑表面織構156

327鐵的氧化物與催化劑表面吸附性能160

33熔鐵催化劑的助催化劑162

331助催化劑的設計163

332結構性助催化劑166

333電子性助催化劑169

334催化劑表面偏析現象172

335氧化態催化劑中助催化劑的分布176

34氧化態熔鐵催化劑的結構178

341經典熔鐵催化劑的結構圖像178

342Fe1-xO基熔鐵催化劑的結構圖像180

35還原後催化劑的結構181

351孔結構181

352還原後催化劑的表面結構184

353納米效應188

354αFe單晶結構和活性中心190

355表面重構現象199

36Fe1-xO基催化劑高活性機理初探200

參考文獻203

第4章熔鐵催化劑的製備209

41熔鐵催化劑的製造工藝與設備209

411原料的精製211

412物料的配比與混合212

413物料的熔融212

414熔料的排出和冷卻214

415破碎冷卻物料並進行篩分214

416還原(製備預還原催化劑)214

42製備過程中的化學反應214

43製備過程中的物相變化和相圖分析217

44凝固過程中的巨觀偏析219

45預還原氨合成催化劑的製備226

46球形催化劑的製備技術231

461催化劑的成形技術231

462球形氨合成催化劑的製備技術233

47氨合成廢催化劑的再生利用237

參考文獻238

第5章熔鐵催化劑的還原239

51還原中的固相化學反應240

511固相反應的一般問題240

512固相反應動力學243

52固相反應動力學模型244

521氣固非催化反應動力學模型244

522氨合成熔鐵催化劑還原反應動力學模型247

523晶核生成模型251

53氧化物還原過程252

54鐵氧化物的還原反應熱力學258

55鐵氧化物的還原反應動力學261

551氧化物還原機理261

552單顆粒催化劑的還原263

553催化劑的活性和物理特性與還原度的關係273

56各種因素對還原速度的影響275

561溫度的影響275

562壓力的影響276

563氣體還原劑空速的影響277

564氣體組成的影響278

565催化劑前驅體氧化物的影響278

566助催化劑對還原速度的影響279

57工業裝置中催化劑的還原過程280

571工業裝置中催化劑的還原速度280

572顆粒層催化劑氣體還原過程的特性281

573工業裝置中催化劑還原條件的選擇286

574工業裝置中催化劑的還原程式288

參考文獻290

第6章釕基氨合成催化劑291

61釕催化劑的化學組成291

611釕的前驅體化合物291

612釕催化劑的載體293

613釕催化劑的助催化劑302

614載體和助催化劑作用機理探討304

62釕催化劑的製備310

621概述310

622載體預處理313

623浸漬318

624還原及氯離子的脫除323

625乾燥334

63釕催化劑的性能特點336

631結構敏感性336

632釕催化劑的活性342

633H2的強烈抑制作用345

634活性炭甲烷化反應353

參考文獻364

第7章催化劑的性能評價與表征369

71催化劑的性能評價370

711基本概念371

712催化劑的性能評價374

72催化劑的物理特性測定382

721顆粒度和密度383

722表面積和孔結構387

73催化劑的表面性質和表面結構394

731概論394

732在鐵催化劑上的物理吸附和化學吸附實驗398

733化學吸附測定催化劑表面金屬原子數400

734化學吸附測定多組分催化劑中單元組分的表面積和表面酸鹼性400

735化學吸附測定表面金屬原子暴露分數401

736化學吸附測定催化劑表面金屬粒子納米尺寸402

737化學吸附測定轉換頻率和活性位403

738化學吸附測定吸附速率及吸附活化能403

74程式升溫分析技術（TPAT）405

741程式升溫脫附技術（TPD）405

742程式升溫還原技術（TPR）411

743程式升溫氧化（TPO）414

744程式升溫硫化（TPS）414

745程式升溫表面反應（TPSR）414

75熱分析技術在催化劑研究中的套用414

751差熱分析（DTA）及其套用415

752熱重分析(TG)及其套用416

76催化劑的微觀結構和性質表征417

761X射線衍射結構分析在催化研究中的套用418

762XRD在氨合成催化劑研究中的套用429

763其它近代物理方法在催化劑表征中的套用438

參考文獻442

第8章工業套用與催化劑性能445

81催化劑的活性446

811反應壓力446

812反應溫度447

813空間速度453

814氣體組成454

82催化劑的顆粒度460

821催化劑的顆粒度對活性和反應速率的影響460

822顆粒大小對內表面利用率的影響463

823催化劑的顆粒度對床層壓力降的影響464

824工業套用粒度選擇467

83催化劑毒物及使用壽命468

831催化劑的熱燒結和化學成分的改變469

832催化劑的毒物和中毒現象470

833引起催化劑活性降低的其它原因480

84催化劑的機械強度481

841固體催化劑機械強度的理論研究481

842固體催化劑力學基礎482

843固體催化劑機械強度測定方法485

844催化劑化學組成對機械強度的影響488

845工業催化劑應具備的機械強度490

85氨合成催化劑的使用和維護491

851催化劑選型491

852催化劑裝填496

853催化劑的正確使用497

854催化劑的運輸和保管498

參考文獻498

第9章催化劑性能對催化過程經濟效益的影響501

91催化劑與工藝502

911傳統熔鐵催化劑與工藝502

912FeCo催化劑的ICIAMV工藝505

913釕催化劑的合成氨工藝流程507

914合成氨壓力和等壓合成氨工藝513

92催化劑與氨合成塔518

93催化劑性能與氨合成反應熱的回收521

931合成氨生產的理論能耗521

932合成氨生產的實際能耗523

933催化劑活性與氨合成反應熱的利用525

94催化劑性能對催化過程經濟效益的影響527

941催化劑消耗成本527

942催化劑還原的經濟因素528

943使用預還原催化劑的經濟效益529

944催化劑性能530

945催化劑選擇性535

946氨合成催化劑的壽命和使用時間535

95企業開工率與管理效益538

參考文獻539

第10章創新與展望541

101氨合成催化劑的新探索541

1011熔鐵催化劑的理論與實踐的啟示541

1012非鐵類和合金類氨合成催化劑的發展543

1013其它非鐵系氨合成催化劑的探索547

1014非晶態催化劑549

102合成氨的新催化技術550

1021常溫常壓合成氨研究進展550

1022光催化合成氨553

1023電催化常壓合成氨556

1024生物催化室溫合成氨565

1025超臨界合成氨567

103氨的新用途568

1031合成氨裝置是高效的能源轉換和制氫裝置569

1032氨是生物能源的主要支持系統之一572

參考文獻575