Chimie

Catalyseurs contenant des métaux

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Synthèse d'ammoniac

La conversion effective des matières premières en ammoniac

N2+3H22NH3??HR.=46kJmoleNH3

est encore presque inchangé aujourd'hui basé sur le procédé Haber-Bosch développé en 1913 :

En raison de l'énergie d'activation élevée (due à l'énergie de dissociation des molécules d'azote), la réaction exothermique est réalisée à des températures de 350 à 550°C et, en raison de la réduction de volume, à des pressions d'environ 300 bars. Pour des raisons thermodynamiques et cinétiques, la réaction est réalisée dans des réacteurs à plateaux ou à plusieurs étages.

Le mécanisme réactionnel fait encore actuellement l'objet d'investigations intensives et se déroule probablement via l'adsorption et la dissociation des matières premières à la surface du catalyseur, suivies d'une série d'étapes d'insertion pour former de l'ammoniac et enfin la désorption du produit.

N2adsorptionN2*dissociation2N*H22H*N*+H*NH*H*NH2*H*NH3*NH3*NH3

La procédure

Le gaz de synthèse préchauffé et comprimé est transformé dans un réacteur à plateaux à flux radial. Le mélange réactionnel est refroidi entre les plateaux soit directement par injection de gaz froid, soit indirectement par des échangeurs de chaleur.

En raison du flux radial plus lent, la perte de pression à travers les plateaux individuels est considérablement réduite, de sorte que des particules de catalyseur nettement plus petites peuvent être produites (diamètre 1,5-3 mm). En raison des particules plus petites, la surface spécifique liée au volume augmente. Cela se traduit par une vitesse de réaction plus élevée.

Des métaux qui sont capables de chimisorber atomiquement l'azote d'une manière relativement stable et en même temps d'adsorber également de plus grandes quantités d'hydrogène peuvent être utilisés comme catalyseurs. Il s'agit principalement de métaux du 6e au 8e sous-groupe. Pour des raisons de coût, on utilise des catalyseurs constitués principalement d'oxydes de fer et mélangés avec des oxydes de potassium, d'aluminium et de calcium comme promoteurs.

Minerais de fer (MagnetitFe3O4) et de la ferraille fondue avec les promoteurs dans des fours à arc électrique puis brisée en petites particules avec des broyeurs.

Des mélanges de particules de catalyseur partiellement pré-réduites sont principalement utilisés dans les réacteurs. Les catalyseurs non réduits sont dans une phase initiale avec de l'hydrogènein situréduit à environ 450 ° C. Il en résulte des cristallites qui confèrent au catalyseur une surface spécifique définie de 10 à 20 m²/g.

Catalyseurs usagés :

Tab.1
Catalyseur:Composition (% en poids)Température de fonctionnement (°C)
RéduitFe, FeO (90-93); K2O, Al2O3, CaO, SiO2 (7-10)340-550
OxydéFe, oxydes de fer (91-95); K2O, Al2O3, CaO, SiO2(7-10)


Vidéo: Metalor: Développement et Industrialisation de catalyseurs pour lindustrie chimique suisse (Mai 2022).