鐵觸煤

在合成氨工業中的主要催化劑，在500℃時活性最大。目前，合成氨工業中普遍使用的主要是以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸煤。

基本介紹

• 中文名：鐵觸煤
• 外文名：Iron catalyst
• 作用：催化劑
• 學科：化學工業

鐵觸煤特點

化學特點

在合成氨工業中的主要催化劑，在500℃時活性最大。目前，合成氨工業中普遍使用的主要是以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸煤。鐵觸煤在500 ℃左右時的活性最大，這也是合成氨反應一般選擇在500 ℃左右進行的重要原因之一。 但是，即使是在500 ℃和30 MPa時，合成氨平衡混合物中NH3的體積分數也只為26.4%，即轉化率仍不夠大。在實際生產中，還需要考慮濃度對化學平衡的影響等，例如，採取迅速冷卻的方法，使氣態氨變成液氨後及時從平衡混合氣體中分離出去，以促使化學平衡向生成NH3的方向移動。

化學成分

主要成分是Fe3O4,助催化劑K2O、Al2O3、CaO、MgO等含量小於催化劑總質量的9%，低壓催化劑還增加了CoO(A201等)。

物理結構

氧化態催化劑主體是磁鐵礦，其化學計量式是FeO.Fe2O3或Fe3O4。晶體結構類似於尖晶石（MgAl2O4）的結構(90%以上是具有反尖晶石結構、不均勻複雜體系的磁鐵礦)。是四面體和八面體結構的堆積結果。其中形成兩種間隙：四面體間隙和八面體間隙。三價的金屬離子占據四面體間隙的一半和八面體間隙的一半，二價的鐵離子占據八面體間隙（Fe3+（Fe2+，Fe3+））。磁鐵礦的一個單胞（晶體的最小結構單元）由32個氧離子和24個鐵離子所組成，即8（Fe3O4）。按結晶學原理，32個氧原子按照面心立方堆積的每一單胞，有64個四面體間隙和32個八面體間隙。如上所述，除了24個被鐵離子占據以外，其餘大部分是空的，因此可加入助催化劑占據這些空隙形成間隙固溶體。而且化學式相近的物質，結構類型相同且質點（離子、原子或分子）半徑近於相等的物質，可以發生同晶取代，生成置換固溶體，例如三價鋁即可置換部分三價鐵，形成置換固溶體。（含量小於4%時主要生成置換固溶體。若三氧化二鋁全部取代氧化鐵則生成FeOAl2O3）

工業用途

鐵比值Fe2+/Fe3+,其大小影響催化劑還原後的若干性能，如還原的難易程度、還原後的機械強度和低溫活性等。主要服從於合成塔的要求，操作壓力、溫度和內件結構，在催化劑製造階段調節，一般為0.5～0.7。