Национальный исследовательский

3.2. Исходное сырье 
Для приготовления катализатора СА-1 используются следующие 
основные виды сырья: 
Технически чистое катализаторное железо – марка КМК. 
Оксид алюминия – Al
2
O
3
. 
Оксид кальция – CaO. 
Нитрат калия – KNO
3
. 
Кислород. 
3.3. Метод получения и технологические схемы производств 
Поскольку химический состав и структура катализатора в рабочем 
состоянии, а следовательно, и активность катализатора определяется его 
состоянием в окисленном виде, большое значение имеет метод приго-
товления катализатора. Все промышленные методы производства же-
лезных плавленых катализаторов синтеза аммиака основываются на 
сплавлении при высоких температурах (1500–1700 °C) катализаторного 
железа в токе кислорода (окислительная плавка железа) с оксидами 
промотирующих элементов. 
В промышленности применяется три метода производства катали-
заторов для синтеза аммиака: 
1. Получение катализатора пропорциональной окислительной 
плавкой катализаторного железа с добавлением соответствующего ко-
личества промоторов в определенной последовательности. 
2. Приготовление катализатора методом электрической плавки 
магнетита, смешанного с промоторами. 
3. Получение катализатора методом осаждения. 
Наиболее широкое распространение получил первый метод в соче-
тании со вторым (для электропереплавки катализаторной мелочи, обра-
зующейся в результате производства катализатора по первому методу). 
3.3.1. Метод пропорциональной окислительной плавки 
Большое значение на активность готового катализатора оказывает 
химический состав основного сырья и промотирующих добавок, темпе-
ратурный режим сплавления и охлаждения катализаторного плава, оче-
редность внесения промоторов. 
Плавка железа и сплавление его оксидов с промоторами осуществ-
ляются за счет тепла, выделяющегося при окислении железа кислоро-
дом по реакции 
3Fe + 2О
2 
→ Fe
3
О
4 
+ 1118 кДж/моль. 

---

39 
Применение высоких температур связано с необходимостью полу-
чения более однородной расплавленной массы вследствие ее большой 
вязкости вблизи температуры плавки. Особенно большое влияние на 
качество катализатора оказывает температура в конце плавки. Приме-
нение быстрого охлаждения катализаторной массы позволяет, сохранив 
однородность готового катализатора, получить контакт оптимального 
минералогического состава с повышенной активностью. 
Последовательность стадий производства катализатора СА-1 мож-
но представить следующим образом: 
 плавление железа в токе кислорода с введением промоторов; 
 охлаждение и затвердевание плава; 
 дробление и рассев катализатора; 
 сплавление мелочи; 
 восстановление катализатора. 
Схема установки для производства железного плавленого дробле-
ного катализатора CA-I приведена на рис.6. 
Плавление железа в токе кислорода с введением промоторов. Спе-
циальное прутковое железо диаметром 50–60 мм и длиной 6–8 м пред-
варительно размечается на отрезки определенной длины и после разо-
грева автогенной горелкой по частям сплавляется в токе кислорода в 
тигле (1) для плавки катализатора емкостью 50 кг. Тигель снаружи обо-
рудован водяной охлаждающей рубашкой. Как правило, в установках 
используются два рабочих тигля, заключенные в общий стальной ко-
жух, который имеет окна для наблюдения за процессом и вытяжную 
вентиляцию. 
В тигле (1) расплавленная масса окисляется струей кислорода до 
состава, отвечающего примерно составу магнетита. Промоторы вносят-
ся в тигель при сжигании каждой порции железа на первом этапе, т. е. 
при сплавлении полосы железа. 

---

40 
Рис
. 6. 
Технологическая
 схема
 производства
 катализатора
 СА
-1 
методом
 окисленной
 плавки
: 
1 – 
тигель
 для
 плавки
 катализатора
; 2 – 
ванна
 для
 быстрого
 охлаждения
 плава
; 3 – 
площадка
 для
 охлаждения

катализатора
; 4 – 
валковая
 дробилка
; 5 – 
барабанный
 грохот
; 6 – 
электропечь
 

---

41 
Внесение промоторов производится в строго определенных коли-
чествах в несколько приемов, согласно последовательности, приведен-
ной на рис. 7. Обязательное условие: вначале вносятся наиболее туго-
плавкие добавки. 
Время
Ве
с 
пл
ав
ки
1
2
3
Рис. 7. Схема введения промоторов в катализатор СА-1: 
1 – Al
2
O
3
; 2– CaO; 3 – KNO
3
 
Сплавив определённое количество железа с добавлением первого 
промотора, тигель закрывается крышкой и проводится окисление плава 
струей кислорода. Затем крышка открывается, сплавляется следующая 
порция железа, при этом вносится второй промотор в несколько прие-
мов и т. д. При закрытой крышке проводится процесс окисления. Эти 
операции повторяются до тех пор, пока не будет получена одна плавка 
массой, примерно 50 кг.
Охлаждение и затвердевание плава. По окончании плавки расплав-
ленная масса выдерживается 20–25 мин. Это необходимо для того, что-
бы плав был однороден по составу и только тонкая корочка у стенок 
тигля должна быть твердой. 
Полученный катализаторный плав выливается в железную ванну 
(2), расположенную под тиглем. Ванна имеет водяную рубашку с по-
стоянным протоком воды, поэтому катализаторная масса быстро охла-
ждается, что позволяет сохранить однородность готового катализатора. 
После затвердевания катализатор отправляется на площадку охлажде-
ния готового продукта (3). 
Дробление и рассев катализатора. Охлажденный катализатор дро-
бят в валковой дробилке (4) и рассеивают в барабанном грохоте (5) на 
фракции 3–5, 5–7, 7–10
,
10–15 мм. Отсортированный катализатор под-
вергается обкатке для устранения острых углов у зерен вo вращающем-
ся барабане (на рисунке не показан). Затем обкатанный катализатор 
вновь подвергается сортировке. 

---

42 
Сплавление мелочи. Катализаторная мелочь, образующаяся при 
дроблении и рассеве, подвергается электроплавке, которая проводится в 
электропечи сопротивления (6). На каждую плавку расходуется 300 кг 
катализаторной мелочи, 3–4 кг железа в виде обрезков
.
После заверше-
ния электроплавки катализаторный плав охлаждается и вновь направля-
ется на дробление в валковую дробилку (4). 
Готовый катализатор упаковывается в небольшие железные бара-
баны, крышки которых завариваются, так как действие водяных паров и 
других примесей из воздуха ухудшает его свойства. 
Основным недостатком этого метода является то, что при одной 
плавке получается не более 50 кг катализаторной массы и пример-
но 35 кг готового (восстановленного) катализатора. Следовательно, в 
колонну синтеза аммиака крупнотоннажных агрегатов загружается ка-
тализатор разных плавок. Каждая партия катализатора различается по 
активности, так как невозможно получить одинаковый химический со-
став и структуру контакта при проведении процессов приготовления в 
периодическом режиме.