ساخت کاتالیست روتنیم برای سنتز آمونیاک و مقایسه با سایر کاتالیست ها

آمونیاک دومین محصول سنتزی است که اهمیت زیادی در صنایع شیمیایی دارد، به طوری که خاستگاه نیتروژن همه ترکیبات آلی تولیدی از آمونیاک است. در صنعت، تولید آمونیاک در حضور کاتالیست آهن پایه مگنتیت در دمای c° 550-400 و فشار bar 300-150 انجام می گیرد که با مصرف زیاد انرژی همراه است استفاده از کاتالیست روتنیم که نسل دوم کاتالیست های سنتز آمونیاک محسوب می شود منجر به بهبود شرایط عملیاتی (فشار: bar 100-70 و دما: c° 450-350) و کاهش میزان مصرف انرژی در واحدهای آمونیاک شده است. روتنیم به علت گران بودن نمی تواند به تنهایی به عنوان کاتالیست استفاده شود و بایستی بر روی پایه نشانده شود. مواد مختلفی نظیر کربن فعال، زئولیت ها، اکسیدهای فلزی مانند اکسید آلومینیوم، اکسید منیزیم و مخلوط آن ها و ... به عنوان پایه به کار رفته اند. در این پروژه از سه ترکیب کربن فعال، اکسید آلومینیوم و اکسید منیزیم به عنوان پایه کاتالیست روتنیم استفاده شده است. مشخصات فیزیکی و شیمیایی نمونه های کاتالیست با آزمون های xrd، h2-tpr، sem، eds، tem و جذب/واجذب نیتروژن اندازه گیری شدند. فعالیت آن ها در واکنش سنتز آمونیاک در دستگاه آزمون رآکتوری مجهز به رآکتور بستر ثابت و در شرایط عملیاتی (فشار: bar 30 و دما: c° 450-400) مورد ارزیابی قرار گرفتند. کاتالیست های بر پایه کربن فعال به روش تلقیح خشک تهیه شدند و تاثیر عملیات شیمیایی پایه با هیدروژن و اسید نیتریک بر روی عملکرد، پایداری و غیر فعال شدن نمونه های کاتالیست مورد بررسی قرار گرفت. درجه فعالیت و پایداری نمونه های کاتالیست بر حسب نوع پایه به صورت achn > ach > ac به دست آمد. اثر ارتقاء دهنده های قلیایی نیز مطالعه شده اند. بهترین عملکرد برای نمونه کاتالیست k-ba-ru/achn به دلیل زدایش کلر، گوگرد و پراکندگی خوب روتنیم و ارتقاء دهنده حاصل شد. ثابت غیر فعال شدن برای کاتالیست های روتنیم بر پایه ach و ac به ترتیب 016/0 و h-1 0018/0 به دست آمد که غیر فعال شدن درجه دوم پیشنهاد می شود. کاتالیست روتنیم بر پایه اکسید آلومینیوم گاما به روش تلقیح معمولی و پلی ال ساخته شدند. در روش پلی ال از اتیلن گلیکول به عنوان عامل احیاء کننده استفاده شد که ذرات روتنیم با قطر nm 7 در مقایسه با nm 12 در روش معمولی و با پراکندگی مناسب بر روی پایه به دست آمد. استفاده از روش پلی ال منجر به ساخت کاتالیستی شد که حدود سه برابر بیشتر از روش معمولی فعالیت داشت. در نمونه کاتالیست روتنیم بر پایه اکسید منیزیم، چندین نمونه پایه اکسید منیزیم به روش رسوبی و با تکیه بر نحوه افزایش مواد اولیه ساخته شد. نمونه اکسید منیزیم ساخته شده با روش افزایش همزمان مواد اولیه مساحت سطح بالایی داشته و کاتالیست روتنیم با پایه مذکور فعالیت خوبی نشان داده است. در نهایت نمونه های بهینه روتنیم بر پایه های کربن فعال، اکسید منیزیم و اکسید آلومینیوم با فرمولاسیون یکسان و در شرایط یکسان در کنار کاتالیست صنعتی آهن مورد آزمون رآکتوری قرار گرفتند که کاتالیست روتنیم بر پایه کربن فعال achn بالاترین فعالیت را نشان داد که می تواند در کاربردهای صنعتی به جای کاتالیست آهن مورد استفاده قرار گیرد.