[科普中國(guó)]-鐵觸煤

在合成氨工業(yè)中的主要催化劑，在500℃時(shí)活性最大。目前，合成氨工業(yè)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。

鐵觸煤特點(diǎn)化學(xué)特點(diǎn)在合成氨工業(yè)中的主要催化劑，在500℃時(shí)活性最大。目前，合成氨工業(yè)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(shí)的活性最大，這也是合成氨反應(yīng)一般選擇在500 ℃左右進(jìn)行的重要原因之一。 但是，即使是在500 ℃和30 MPa時(shí)，合成氨平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)也只為26.4%，即轉(zhuǎn)化率仍不夠大。在實(shí)際生產(chǎn)中，還需要考慮濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響等，例如，采取迅速冷卻的方法，使氣態(tài)氨變成液氨后及時(shí)從平衡混合氣體中分離出去，以促使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng)。1

化學(xué)成分主要成分是Fe3O4,助催化劑K2O、Al2O3、CaO、MgO等含量小于催化劑總質(zhì)量的9%，低壓催化劑還增加了CoO(A201等)。

物理結(jié)構(gòu)氧化態(tài)催化劑主體是磁鐵礦，其化學(xué)計(jì)量式是FeO.Fe2O3或Fe3O4。晶體結(jié)構(gòu)類似于尖晶石（MgAl2O4）的結(jié)構(gòu)(90%以上是具有反尖晶石結(jié)構(gòu)、不均勻復(fù)雜體系的磁鐵礦)。是四面體和八面體結(jié)構(gòu)的堆積結(jié)果。其中形成兩種間隙：四面體間隙和八面體間隙。三價(jià)的金屬離子占據(jù)四面體間隙的一半和八面體間隙的一半，二價(jià)的鐵離子占據(jù)八面體間隙（Fe3+（Fe2+，F(xiàn)e3+））。磁鐵礦的一個(gè)單胞（晶體的最小結(jié)構(gòu)單元）由32個(gè)氧離子和24個(gè)鐵離子所組成，即8（Fe3O4）。按結(jié)晶學(xué)原理，32個(gè)氧原子按照面心立方堆積的每一單胞，有64個(gè)四面體間隙和32個(gè)八面體間隙。如上所述，除了24個(gè)被鐵離子占據(jù)以外，其余大部分是空的，因此可加入助催化劑占據(jù)這些空隙形成間隙固溶體。而且化學(xué)式相近的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)類型相同且質(zhì)點(diǎn)（離子、原子或分子）半徑近于相等的物質(zhì)，可以發(fā)生同晶取代，生成置換固溶體，例如三價(jià)鋁即可置換部分三價(jià)鐵，形成置換固溶體。（含量小于4%時(shí)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）2

工業(yè)用途鐵比值Fe2+/Fe3+,其大小影響催化劑還原后的若干性能，如還原的難易程度、還原后的機(jī)械強(qiáng)度和低溫活性等。主要服從于合成塔的要求，操作壓力、溫度和內(nèi)件結(jié)構(gòu)，在催化劑制造階段調(diào)節(jié)，一般為0.5～0.7。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所