FeO基氨合成催化剂的机械性能研究

1、feo基氨合成催化剂的机械性能研究业氨的合成要在高温、高压和催化剂下才能实现。具有高的低温低压活性、优良的耐热和抗毒性能、优异 的机械性能的氨介成催化剂是实现稳定高产、节能降耗、捉高氨合成生产水平的关键o feo基氨合成催化 剂是新一代高性能催化剂，在各介成氨厂得到了广泛地应用并取得了艮好的经济效益和社会效益。对feo 基的氧化态a301型低温低压氮介成催化剂和传统feq基a110-2型催化剂的机械性能进行了比较研究。1实验部分采用电阻炉熔融法制备feo基氨合成催化剂，制备方法见文献。不同粒度的工业feo基a301型催化剂 由浙江工业大学催化剂厂提供，i；eq4基a110-2型催化剂由浙江上虞

2、催化剂冇限责任公司捉供。催化剂的f7f/按hg1-1430-81氨合成催化剂化学分析方法进行。催化剂的物相结构采用 thcrmoarl-x射线衍射仪测定。样品的机械强度采川大连智能试验厂制造的dgm多功能磨耗仪测定。取100 g的样品以一定转速磨耗若干时间，经0.85 nunx 0.85mm标准筛振动过筛，得到磨耗率。山于催化剂颗粒 材料的特殊性，不同颗粒的力学性能数据z间呈现出一定的随机性，为此需进行大量的重复实验。木实验 取68份新鲜样品测定其磨耗率，取其平均值作为该样品的磨耗率。2结果与讨论2. 1不同铁比值对催化剂母体强度的影响铁的氧化物通常冇feo、fe：o、feo三和，在熔融法用还

3、原剂制备氨介成催化剂中，新得到的母体相组成 只能是feq、feo或两者共存相，这味种物相组成的百分比取决于还原剂的用屋及制备条件，不同量的还 原剂产生不同的铁比值，各铁比值相应于不同的母体相纽成，不同的母体相貝有不同的机械强度。铁比值 对催化剂母体强度影响见表1。a i f/fp对催化则毋体担度的影响table i incjucncc m fm * /fp' on mechimiail urenh of tbc analyst precursor样品号2屁主ml次利fetzo中x的值磨耗率/%0.52卜g3.82<166feo4.001.35fto卜3.602.15fd)fg3,

4、533,57feo0 0993.255.s40.0682.737. u0.0582.678,530.0502.6811.45fc0.0392.32mi013 40fe0.0341.89r-min 斛陀时何jomm能用 j-4 rrm由表1可见,在相同的磨耗条件下,催化剂母体强度随f/f/的增大而增强,few愈高,磨耗 率愈小。研究发现，当f/f/23.33，催化剂母体中铁氧化物已经完全形成铁阳离子缺位的非整比的维 氏体（fe0）相,而当fe27fem. 52时,则形成传统feq基催化剂母体相。物相分析也证实,样品ml形 成单一 feq相，测得磨耗率为3.82%；样品m6、m7、m8正好形成单一

5、 feo相,磨耗率为2.7%左右，与 样品ml比较磨耗率下降了 1.1%左右。对于非单一物相的m3、m4和m9、m10样品，其磨耗率没有异常, 仍然符合铁比值越人、磨耗率越小的规律，只是m9. m10 * t有金屈铁和出现，而导致其磨耗率明显降低, m9的濟耗率比m8下降了 0. 36%。从表1总的趋势不难发现氧化态feo基催化剂母体具有相当的机械强度, 明显优于feq基催化剂的母体。2. 2不同条件对feo基催化剂强度的影响foo基a301型氨合成催化剂在活性、耐热和抗毒件方面都显示了优良性能。在机械强度上，与经受工 业生产长期考验的a110-2催化剂进行比较研究，充分说明其可靠性和真实性。

6、研究不同条件对催化剂机械 性能彫响，为feo基氨合成催化剂更加广泛的工业应用提供依据。2. 2. 1粒度表2为粒度对a301. a110-2催化剂携耗率的影响。表2粒度对a301和a1kk2僵化剂購耗率的影响table 2 inhucoce of partkle size on kirttlon loss of a501 and al 10-2 calalyst粒径/mm201昂耗率街a301癖耗率by%八1】02牌椅宰呻/%八1162盾耗率142.20.320.380.230.262.2-3.30.300.360.310.743.3-4.70.540.350.580.b04.7-6.70.2

7、90.360.600.89»i心相铁件亲速40厂ruin'拆桎时何30 minib)bj:hit 60 rniz.純时貝30 min从农2可以看出，四种粒度的a110-2的擁耗率在两种条件下都大ta301的擁耗率，即a301的强度好 于a110-2o这与意大利科学家pcrniconcn的研究结果是一致的，都说明氧化态fco基催化剂的强度要优 于feq基催化剂。另外颗粒大小对a301的磨耗率影响很小，而对a110-2有一定的影响，粒度越大，则購 耗率越大。2. 2. 2磨耗时间图1为在相同质量、样品粒径2.23.3mm、转速60 r的条件下,磨耗时间与a301型、a110-2

8、型催化剂磨耗率的关系曲线。ffi i 201和al hb2催化剂用耗率歳时何的变化 fijiurr 1 allrihon l<3» linw (a301 and al 10-2)从图1可知,a301、al 10-2的磨耗率随时间的增加而单调增大,增大的幅度比较均匀;a301的机械强 度始终保持着一定的优势。2.2.3转速催化剂在使川过程中，长期经受压力、高温、摩擦及各种应力，有时还要承受多种恶劣力学环境的考 验。通过转速变化來说明催化剂对强化应力的适应性，加快了转速，就是増加了催化剂与筒（刀片）及催化 剂颗粒间的碰撞频率，摩擦的強度增人。在磨耗时间30min.样品粒径2.23.

9、3伽的各转速条件下的磨耗 率见图2oa1i0-2040.8a301408b2xu) 1和w2催化刑廖耗眾的影第mature 2 alirilion icm 宿.qxn (aol and a11(k2)从图2可知,当较低转速时,a301和a110-2磨耗率相差无儿，当转速为60r - min'1时，两者的强度 开始出现较大的差异，此时，a301的磨耗率小于a110-2,显示了一定的强度稳定性。在各种条件下，氧化态a301催化剂优于a110-2的强度稳定性，材料力学研究表明，对低应力會损悄 况，材料的耐磨性依赖于材料表血駛度，表血駛度越窩，耐磨性也越好，而駛度与材料的密度冇看紧密的 联系。

10、李永丹等认为，决定催化剂強度的最基本的因素是微粒间的结合力，当结合力是物质的桥联力（烧结 形成的力是其中之一）时，催化剂的强度对密度有较强的敏感性，密度越大，则强度越好。事实上，a301 的真密度大于a110-2, a301母体为岩盐型晶体,对于维氏体（feo）,当x=0. 05时，其单位晶胞铁原子 密度为4.726x105明显高于a110-2母体（尖晶石型）的4. 055x 102sm 强度与密度的关系体现在密度直接影响单位体积内微粒数h和微粒间的接触点数，从而影响催化剂颗粒的強度，而且氧化态催化剂（孔隙 率非常小）可视为无空隙的致密固体，孔结构对强度没有彩响，两者的密度差异是造成两者强度差

11、异的主要 原因。2. 3助催化剂对feo基催化剂强度的影响制备不同助剂的四个样品,样品yl、y2、y3都含有feo基催化剂的主要结构助剂gao, y4含有a301 催化剂中其他两种助剂d、e。然后分別测定各样品在两种条件下的磨耗率，结果见表3。助催化剂对fq慕催化剖强度的影唯 ruble 3 inflwnct of pmmotcn on mcchanknl jrtrrngth of fdkbttmxl calai)my1y2y3y4go» ；m2oj2” k2<)cao dme寤促卒n/%t.481.761.501.51wtt* b/%1.501.791.502.80atliu

12、的制礼fhukm rhtteormn 粒也233<1«：餉条忙窃0他s*kaeorww j紇左2233rmi由表3可见，当磨耗时间为30 min时，四个样品的磨耗率保持在1.5%左右，只是样品y2略高一些, 而相同条件下feo基催化剂母体的磨耗率为2. 7%左右，由此可知，助剂对feo基催化剂的机械强度有一 定的积极作用。当磨耗时间为60min时，样品yi、y2、y3体现了较好的强度稳定性,受时间的影响非常小, 而样品y4受磨耗时间影响较大，磨耗率上升为2.8%。结合助剂的种类发现，结构助剂50在其中发挥着 一定的作用。cao和fe-0在结构上貝有相同的晶型，两者可以形成置换固溶体，人量c进入fe】*0的晶 格，降低了 fs q晶格中的缺位浓度，而缺位数量的减少可以捉高feo基催化剂的机械强度。3结论(1) 催化剂母体的机械强度随着铁比值的増大而増强，