论文摘要
钌基氨合成催化剂被谓为是继熔铁催化剂后的第二代氨合成催化剂，具有高活性、可在高的氨浓度、宽范围氢氮比、低温和较低压力下操作的特点，但H2对N2的吸附有强烈的抑制作用。本团队对钌基氨合成催化剂进行了多年的研究，催化剂的活性已经达到或超过国内外文献报道数据，已经达到工业生产和工业应用的条件。研究并提出工业条件下实用的钌基催化剂上氨合成反应动力学方程，对于使用Ru／C催化剂的氨合成反应器的设计和操作都是非常必要的。并且在国内尚未看到有关文献报道。通过氢抑制现象的研究，以求在催化剂方面能够为氨合成活性的进一步提高提供理论依据。在固定床反应器中相应的工业条件(T=350-450℃，P=10MPa，H2／N2=1．0、1．5、2．0、2．5、3．0，Sv=60000～180000 h-1)下测定了Ba-Ru-K／AC催化剂的动力学数据。考虑到H2和NH3的吸附对催化作用的阻碍效应，在Temkin动力学方程中加入H2和NH3的吸附项进行修正，得到改进的Temkin动力学方程。优化得到了该动力学方程模型参数n、α、w1、w2分别为1、0．15、0．5和1．4。在此基础上，采用四阶Runge-Kutta法和复合形法，对实验数据进行模拟计算。结果表明，在Temkin方程中加入H2和NH3的吸附项能够获得可靠的动力学模型，用Arrhenius和Van’t Hoff方程对动力学和热力学参数k、KH2、KNH3进行线性拟合得到，氨合成反应的活化能为90．2 kJ／mol，大大地低于铁基催化剂，说明Ru上N2的解离吸附活化能垒大大低于传统磁铁矿基催化剂和维氏体基催化剂；氢的吸附热为76．2 kJ／mol，证明了Ba-Ru-K／AC催化剂上氢的吸附较强烈，对氮的吸附有强烈的抑制作用。改进的Temkin动力学方程能应用于使用Ru／C催化剂的氨合成反应器的设计和操作上。研究结果发现，在活性炭负载钌基氨合成催化剂上，在低温（400℃以下）的情况下，氨合成反应出口氨浓度不随压力升高而升高。这个现象与氨合成反应热力学和动力学基本理论是不太一致的，也与铁催化剂的Temkin反应动力学不一致。研究了不同助催化剂对钌基氨合成催化剂上氢抑制作用的影响，结果表明碱金属和碱土金属助催化剂都会使氢抑制作用增强，而酸性金属Mo和稀土助催化剂却能减弱钌基催化剂上的氢抑制作用。本文对活性炭负载钌基催化剂上的氨合成反应动力学以及氢抑制作用进行了研究，不管从理论上还是实际应用上来说都具有重要的意义。
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标签：活性炭论文; 钌基氨合成催化剂论文; 改进的动力学方程论文; 氢抑制作用论文;