Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!
Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.
До сих пор процесс адсорбции азота на поверхности металлов рассматривался независимо от адсорбции водорода. Однако, в ходе синтеза и разложения аммиака оба этих газа совместно присутствуют в реакционной системе, поэтому вопрос о механизме их взаимодействия на катализаторе очень актуален.
Предварительно адсорбция азота при 390°С увеличивает хемосорбцию водорода [4] при 120°С на однопромотированном железном катализаторе, но уменьшает ее на не промотированном и дважды промотированных катализаторах.
На дважды промотированном железном катализаторе Fe-К2О-А12O3 скорость хемосорбции азота при 250°С заметно увеличивается в присутствии молекулярного водорода и пропорциональна количеству водорода, адсорбированного на катализаторе. Аналогичное промотирующее влияние оказывает водород в случае катализатора Fe-К2О, но не Fe-А12О3. Экспериментально подтверждено, что скорость хемосорбции азота в присутствии водорода значительно выше, чем в его отсутствие, хотя основная часть хемосорбированного азота находится в диссоциированной форме.
Молекулярный водород легко хемосорбируется на железных катализаторах ниже температуры хемосорбции N2. Очевидно, здесь происходит диссоциативная хемосорбция. Между N2 и Н2 существует некоторое взаимодействие, хотя оно связано, возможно, с образованием NH3.
Более существенными указаниями на существование взаимодействия N2 и Н2 на поверхности могут быть следующие факты. Водород ускоряет смешивание изотопов N2. Кинетические данные, а также изотопный эффект в синтезе NH3на дважды промотированном железе [3] показывает, что NH - основная адсорбционная частица. Количество хемосорбированного азота возрастает с увеличением соадсорбированного водорода.
В экспериментах [3] с бомбардировкой ионами аргона можно удалить с поверхности железа частицы, адсорбированные как при разложении, так и при синтезе NH3. Адсорбированные частицы, идентифицированные масспектометрически, отличиются от продукта разложения по температурной зависимости.
Так, NH-промежуточнаячастица при разложении, поскольку температурная зависимость для NH+ иная чем для NH3+, NН2+ и N+. Появление иона FeN2+ свидетельствует о хемосорбции N2 с образованием FeN2.Очевидно, что NH3образуется из FeN2.Поведение NН2+ и NН3+ сходно, и, по-видимому, NН2+-осколок иона NH3+. Из отличия в поведении NH+ и NН3+ слeдует, что NH+ образуется из адсорбированной частицы, возможно NH. Всоответствии с этим последовательность реакции синтеза аммиака можно представить следующим образом:
NH
H2 H2
N2 ® Fe ® N2 ® Fe ® NH3, (7.27)
NH
уравнение, учитывающее отравление.
В промышленных условиях реакционная смесь, как правило, содержит кислородсодержащие примеси: Н2О, СО2, СО, оказывающие сильное отравляющее действие на железные катализаторы. В условиях синтеза протекают реакции метанирования:
СО + ЗН2 = СН4 + Н2О, (7.28)
СО2 + 4Н2 = СН4+ 2Н2О. (7.29)
Фактически, независимо от природы исходной кислородсодержащей примеси, отравляющее действие оказывает водяной пар. Кислородсодержащие примеси в промышленных условиях обычно не превышают 100¸150см3/м3. При такой их концентрации отравление катализатора практически обратимо при кратковременном его воздействии. Принимается, что в отсутствии водяного пара устанавливается равновесие:
H2O « 0 (адс.) + H2. (7.30)
Часть поверхности катализатора занято атомами кислорода, что и обуславливает уменьшение скорости синтеза аммиака. С учетом этого равновесия на основе рассмотренного выше механизма реакции синтеза аммиака получено уравнение:
k1 × pN2 - k2 × p2NH3/ p2N2
w = -----------------------------------
(p2NH3/ p3N2+ A × p H2O/ pN2 ) a
где A - коэффициент, зависящий от температуры: A = Ao exp a / T.
При понижении температуры отравляющее действие водяногo пара усиливается (т.к. при этом увеличивается коэффициент А).
При большом содержании водяного пара торможение реакции аммиаком прекращается (поскольку в знаменателе можно пренебречь первым членом).
