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  • A202型氨合成催化劑是氨合成催化劑行業標準中比較典型的具有低溫高活性和強抗毒性能的產品。是在A201型產品的基礎上通過優化配方,在鐵鈷雙活性組分中加入稀土元素,導致催化劑晶體結構、孔結構的改變,從而具有了更好的低溫活性和抗毒性能以及熱穩定性。是國家化肥催化劑工程研究中心(前身為福州大學催化劑研究所)的主要專利產品,曾獲國家科技進步三等獎。是國家八五以來重點推廣的科研產品,累計生產2萬余噸。經過二十多年市場推廣應用為中國氮肥行業的飛速發展作出了貢獻。
    1、A202型氨合成催化劑的主要化學成分
    總鐵(TFe):     65~70%
    鐵比(Fe2+/Fe3+):0.40~0.60
    氧化鋁(Al2O3): 2.0~2.6%
    氧化鉀(K2O): 0.55~1.0%
    氧化鈣(CaO):  1.0~1.5%
    氧化鈷(CO3O4):≥0.4%
    二氧化硅(SiO2): ≤0.40%
    稀土(Re2O3):    0.4~0.6%
    磷(P):         <0.01%
    硫(S):         <0.01%
    2、A202型氨合成催化劑的物化性能
    (1)A202型氨合成催化劑是具有磁性和黑色金屬光澤的不規則型固體顆粒。粒度有2.2~3.3、3.3~4.7、4.7~6.7、6.7~9.4、9.4~13mm,用戶可按其需要選用。本產品經強化磨角后具有更好的氣體通過能力,且平均堆密度為~2.92kg/L,可有效增加高壓容積利用系數,提高合成率,比表面為20~24m2/g。
    (2)總鐵為65~70%,鐵比為0.40~0.50,還原時理論出水量為285kg/t。
    (3)主要化學成分:四氧化三鐵、氧化鈷、混合稀土氧化物及氧化鋁、氧化鉀、氧化鈣等助劑。
    (4)A202型氨合成催化劑暴露在空氣中易受潮,引起可溶性鉀鹽析出,致使活性顯著下降。因此,在儲存、運輸以及裝填過程中嚴禁受潮,并避免與油污及各種雜質接觸。
    (5)還原后的催化劑會被二氧化碳、一氧化碳、氧氣和水蒸氣等含氧化合物造成暫時性中毒,而油類、硫、磷、氯、砷化物、銅液帶入合成塔內會造成永久性中毒。
    3、A202型催化劑的化學結構
    (1)X射線衍射表明:A202型氨合成催化劑為Fe3O4尖晶石結構,屬面心立方晶系。
    (2)表面結構、孔結構、晶體結構測定中發現:添加金屬鈷,使其在熔融后與磁鐵礦形成固溶體,使離子半徑較小的鈷離子取代離子半徑較大的鐵離子,從而使氧化態催化劑的晶胞參數變小。還原后,金屬鈷原子進入α—Fe立方晶格,使還原態催化劑晶胞參數變大。α—Fe晶粒度(110面)明顯變小,比無鈷催化劑約小100Å,比表面增大約3m2/g。同時,一方面使晶格畸變,促進更多的[111]面暴露,增加活性中心數目;另一方面改善了孔結構,40~70 Å和150 Å微孔增多,有利于反應物和產物傳遞,使催化劑的活性明顯增加。
    (3)加入稀土使催化劑的晶胞參數變大,這是由于離子半徑較大的Re3+離子進入尖晶石的氧離子堆集的正八面體空隙,取代Fe3+位置后形成固溶體的緣故。稀土元素做為電子型助催化劑,不但提高了鐵基催化劑的表面電子授受能力,而且還提高了催化劑的“燒結”溫度,因而它比國內其它類型催化劑具有更好的低溫活性、耐熱性以及抗毒性。
    4、A202型催化劑產品的主要特點
    (1)鐵鈷雙活性組份。
    (2)添加特殊的混合稀土元素。
    (3)易還原。300℃就開始還原,375~380℃明顯出水,400~430℃大量出水,大量出水溫度比A110系列低40~50℃。
    (4)起活溫度低。280~290℃就可以起活。
    (5)低溫低壓活性好。實驗室活性測試與工業應用表明:A202型氨合成催化劑氨合成率比A110型系列催化劑提高10~15%;比A201型催化劑提高4~8%,略優于國外同類催化劑ICI74—1型,達到國際先進水平。
    (6)催化劑活性指標超過國家化工行業標準HG3550-2004(出口氨百分比濃度≥13.8%)。415℃出口氨百分比濃度(耐熱后)≥13.8%。上述測試條件:空速30000h-1、壓力15MPa、耐熱溫度500℃。充分顯示出其低溫低壓活性。
    (7)抗毒性強。這是由于稀土元素與硫或氯的反應比鐵更活潑。原料氣中的H2S與催化劑接觸首先生成稀土硫化物而不會生成FeS。而稀土硫化物在有氨存在下迅速同氫或氮反應生成有催化活性的稀土氫化物或稀土氮化物,使得該催化劑抗毒性明顯增強。
    (8)抗衰老性好,使用壽命長。由于添加稀土元素,隨著催化劑使用過程的進行,稀土元素和鉀從界面逐漸向基體遷移,鉀的遷移速度大大高于稀土元素,因而稀土元素比鉀在界面上能保持更長的時間,繼續發揮其促進作用,故該催化劑的使用壽命長。