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  • A202型氨合成催化剂是氨合成催化剂行业标准中比较典型的具有低温高活性和强抗毒性能的产品。是在A201型产品的基础上通过优化配方,在铁钴双活性组分中加入稀土元素,导致催化剂晶体结构、孔结构的改变,从而具有了更好的低温活性和抗毒性能以及热稳定性。是国家化肥催化剂工程研究中心(前身为福州大学催化剂研究所)的主要专利产品,曾获国家科技进步三等奖。是国家八五以来重点推广的科研产品,累计生产2万余吨。经过二十多年市场推广应用为中国氮肥行业的飞速发展作出了贡献。
    1、A202型氨合成催化剂的主要化学成分
    总铁(TFe):     65~70%
    铁比(Fe2+/Fe3+):0.40~0.60
    氧化铝(Al2O3): 2.0~2.6%
    氧化钾(K2O): 0.55~1.0%
    氧化钙(CaO):  1.0~1.5%
    氧化钴(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型氨合成催化剂的物化性能
    (1)A202型氨合成催化剂是具有磁性和黑色金属光泽的不规则型固体颗粒。粒度有2.2~3.3、3.3~4.7、4.7~6.7、6.7~9.4、9.4~13mm,用户可按其需要选用。本产品经强化磨角后具有更好的气体通过能力,且平均堆密度为~2.92kg/L,可有效增加高压容积利用系数,提高合成率,比表面为20~24m2/g。
    (2)总铁为65~70%,铁比为0.40~0.50,还原时理论出水量为285kg/t。
    (3)主要化学成分:四氧化三铁、氧化钴、混合稀土氧化物及氧化铝、氧化钾、氧化钙等助剂。
    (4)A202型氨合成催化剂暴露在空气中易受潮,引起可溶性钾盐析出,致使活性显著下降。因此,在储存、运输以及装填过程中严禁受潮,并避免与油污及各种杂质接触。
    (5)还原后的催化剂会被二氧化碳、一氧化碳、氧气和水蒸气等含氧化合物造成暂时性中毒,而油类、硫、磷、氯、砷化物、铜液带入合成塔内会造成永久性中毒。
    3、A202型催化剂的化学结构
    (1)X射线衍射表明:A202型氨合成催化剂为Fe3O4尖晶石结构,属面心立方晶系。
    (2)表面结构、孔结构、晶体结构测定中发现:添加金属钴,使其在熔融后与磁铁矿形成固溶体,使离子半径较小的钴离子取代离子半径较大的铁离子,从而使氧化态催化剂的晶胞参数变小。还原后,金属钴原子进入α—Fe立方晶格,使还原态催化剂晶胞参数变大。α—Fe晶粒度(110面)明显变小,比无钴催化剂约小100Å,比表面增大约3m2/g。同时,一方面使晶格畸变,促进更多的[111]面暴露,增加活性中心数目;另一方面改善了孔结构,40~70 Å和150 Å微孔增多,有利于反应物和产物传递,使催化剂的活性明显增加。
    (3)加入稀土使催化剂的晶胞参数变大,这是由于离子半径较大的Re3+离子进入尖晶石的氧离子堆集的正八面体空隙,取代Fe3+位置后形成固溶体的缘故。稀土元素做为电子型助催化剂,不但提高了铁基催化剂的表面电子授受能力,而且还提高了催化剂的“烧结”温度,因而它比国内其它类型催化剂具有更好的低温活性、耐热性以及抗毒性。
    4、A202型催化剂产品的主要特点
    (1)铁钴双活性组份。
    (2)添加特殊的混合稀土元素。
    (3)易还原。300℃就开始还原,375~380℃明显出水,400~430℃大量出水,大量出水温度比A110系列低40~50℃。
    (4)起活温度低。280~290℃就可以起活。
    (5)低温低压活性好。实验室活性测试与工业应用表明:A202型氨合成催化剂氨合成率比A110型系列催化剂提高10~15%;比A201型催化剂提高4~8%,略优于国外同类催化剂ICI74—1型,达到国际先进水平。
    (6)催化剂活性指标超过国家化工行业标准HG3550-2004(出口氨百分比浓度≥13.8%)。415℃出口氨百分比浓度(耐热后)≥13.8%。上述测试条件:空速30000h-1、压力15MPa、耐热温度500℃。充分显示出其低温低压活性。
    (7)抗毒性强。这是由于稀土元素与硫或氯的反应比铁更活泼。原料气中的H2S与催化剂接触首先生成稀土硫化物而不会生成FeS。而稀土硫化物在有氨存在下迅速同氢或氮反应生成有催化活性的稀土氢化物或稀土氮化物,使得该催化剂抗毒性明显增强。
    (8)抗衰老性好,使用寿命长。由于添加稀土元素,随着催化剂使用过程的进行,稀土元素和钾从界面逐渐向基体迁移,钾的迁移速度大大高于稀土元素,因而稀土元素比钾在界面上能保持更长的时间,继续发挥其促进作用,故该催化剂的使用寿命长。