Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Effect of barium promoter content on the properties and activity of cobalt catalyst for ammonia synthesis

Martyna Żatkiewicz

Abstract

At the turn of the 19th and the 20th century the demand for the nitrogen compounds, which were at that time obtained from natural sources, began to raise rapidly. It was the reason for initiation of research on bonding atmospheric nitrogen into compounds easily assimilated by plants. However, it was very difficult to accomplished high binding energy in nitrogen molecule. Haber's and Bosch's research was a great success, since resulted in development of the technology of bonding nitrogen through hydrogenation leading to ammonia, used among others, for the production of mineral fertilizers. The German scientist's research resulted in launching the first ammonia synthesis plant in Oppau in 1913. The ammonia synthesis was then carried out in the temperature 600°C, under high pressure (20 MPa) and with the use of fused iron catalyst, and circulation of unreacted reagents. The daily production of this manufacture was 30 tons of NH3. Currently, the process of ammonia synthesis is still conducted in the presence of iron catalyst, but under milder conditions, i.e. at temperature in the range of 350°C–500°C, under the pressure between 10 MPa and 30 MPa. [1]. The iron catalyst containing low amounts of aluminum, calcium and potassium oxides was developed by Alwin Mittasch and was frequently modified [2]. An alternative for this catalytic system may be cobalt catalyst, which has higher activity at temperatures below 400°C and under the pressure 9 MPa in comparison to iron catalyst. The research on cobalt catalyst's improvement is still underway [3]. The aim of this work was to determine the effect of barium promoter on the activity and properties of cobalt catalyst. The cobalt(II, III) oxide was obtained by precipitation and subsequent calcination. It was then impregnated by barium promoter using incipient wetness impregnation. The materials containing various amounts of barium were prepared. The physicochemical characterization of the materials was conducted using several techniques such as nitrogen physisorption, temperature – programmed reduction (TPR) and hydrogen temperature – programmed desorption (TPD–H2). The research enabled to determine, basic textural parameters of the materials (specific surface area, total pore volume and distribution of pore volume), reduction course and active phase surface, i.e. metallic cobalt. Moreover, the activity of the catalysts in ammonia synthesis was measured at temperatures 400°C, °C, 430°,470°C and under the pressure of 6,3 MPa. The research indicated that there is optimal content of barium promoter (1,4 mmol Ba/g Co). It leads to obtain the catalyst with the most favorable properties, i.e. the highest active phase surface and the highest activity in ammonia synthesis
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Martyna Żatkiewicz (FC) Martyna Żatkiewicz,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Badanie wpływu zawartości promotora barowego na właściwości i aktywność katalizatora kobaltowego do syntezy amoniaku
Supervisor
Wioletta Raróg-Pilecka (FC/CChT) Wioletta Raróg-Pilecka,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair of Chemical Technology (FC/CChT)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
01-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Wioletta Raróg-Pilecka (FC/CChT) Wioletta Raróg-Pilecka,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC) Izabela Madura (FC/CofIC) Izabela Madura,, Chair Of Inorganic Chemistry (FC/CofIC)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
synteza amoniaku, katalizator kobaltowy, promotor barowy
Keywords in English
ammonia synthesis, cobalt catalyst, barium promoter
Abstract in Polish
Na przełomie XIX i XX wieku zapotrzebowanie na związki azotowe, które w tamtym czasie pozyskiwano z surowców naturalnych, zaczęło gwałtownie wzrastać. Spowodowało to zainicjowanie badań nad związaniem azotu atmosferycznego w związki łatwo przyswajalne dla roślin. Było to jednak bardzo trudne ze względu na wysoką energię wiązania w cząsteczce azotu. Ogromnym sukcesem były prace Fritza Habera i Carla Boscha, którzy opracowali technologię wiązania azotu w reakcji z wodorem prowadzącej do otrzymania amoniaku wykorzystywanego następnie do produkcji nawozów mineralnych. Efektem pracy niemieckich chemików było uruchomienie w 1913 roku w Oppau pierwszej fabryki produkującej amoniak syntetyczny. Zastosowano wtedy wysoką temperaturę (600°C), podwyższone ciśnienie (20 MPa), katalizator stopowy żelazowy oraz zawrót nieprzereagowanych substratów. Wielkość produkcji wynosiła wówczas 30 ton NH3 na dobę. Obecnie proces syntezy amoniaku nadal prowadzi się według powyższej technologii – w obecności katalizatora żelazowego, ale w łagodniejszych warunkach, tj. w temperaturze 350–500°C pod ciśnieniem 10–30 MPa [1]. Kontakt żelazowy zawierający niewielkie ilości tlenków glinu, wapnia i potasu został opracowany przez Alwina Mittascha i był wielokrotnie modyfikowany [2]. Alternatywą dla tego układu może stać się katalizator kobaltowy, który w porównaniu z katalizatorem żelazowym charakteryzuje się wysoką aktywnością w temperaturze poniżej 400°C oraz pod ciśnieniem niższym niż 9 MPa. Prace nad jego udoskonaleniem nadal trwają [3]. Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu baru na właściwości i aktywność katalizatora kobaltowego. Za pomocą strącania i następczej kalcynacji otrzymano tlenek kobaltu(II,III), do którego metodą impregnacji półsuchej wprowadzono promotor barowy. Spreparowano katalizatory o różnej zawartości baru. Dokonano charakterystyki fizykochemicznej otrzymanych materiałów metodami fizysorpcji azotu, temperaturowo – programowanej redukcji (TPR) i temperaturowo – programowanej desorpcji wodoru (TPD–H2). Badania te umożliwiły, odpowiednio, wyznaczenie podstawowych parametrów teksturalnych materiałów (powierzchni właściwej, całkowitej objętości porów, rozkładu objętości porów), przebiegu ich redukcji oraz wyznaczenie powierzchni fazy aktywnej, czyli metalicznego kobaltu. Zbadano także aktywność otrzymanych katalizatorów w reakcji syntezy amoniaku w temperaturach 400°C, 430°C i 470°C oraz pod ciśnieniem 6,3 MPa. Przeprowadzone badania wykazały, że istnieje optymalna zawartość promotora barowego (1,4 mmol Ba/g Co), która prowadzi do otrzymania katalizatora kobaltowego o najkorzystniejszych właściwościach, tj. największej powierzchni fazy aktywnej i najwyższej aktywności w reakcji syntezy amoniaku.
File
  • File: 1
    praca_inż_Żatkiewicz_Martyna_278477.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30002

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT9156b5ce743744a48a4bcfae092dde91/
URN
urn:pw-repo:WUT9156b5ce743744a48a4bcfae092dde91

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page