本发明涉及催化剂母体，尤其是铁催化剂的氧化母体及其生产方法。 铁催化剂母体，例如可用于氨合成或腈加氢工艺，通常由熔融氧化铁（通常为磁铁矿，它可能含有少量其它氧化物）固化熔化物并将固化物破碎成需要的粒度等步骤制得。这类熔化过的、碎粒状的催化剂母体，其形状必然是不规则的，这就导致严重的缺点。尤其是，不规则的形状在使用中易破碎，导致床体变得密实，并因此而导致在气体通过催化剂床时所引起的压力降的增加。
而且在生产制造中涉及的熔融过程是相当昂贵的。
为了克服熔融催化剂的这些缺点，在GB-A-1484864中已提出，用湿法造粒工艺把氧化铁组合物造粒，干燥，然后把颗粒烧结来生产一种一定形状的元件形式的，尤其是近似球形颗粒的催化剂母体。为了得到足够的催化活性，该方法的成型元件具有较大的孔隙，这种元件由颗粒状的氧化铁组合物来制备，氧化铁组合物最好是磁铁矿，其中基本上没有小于37微米的颗粒。然而，得到的大孔隙颗粒的强度相当差。
我们已经发现用粒度小得多的氧化物原料，可以使成型元件的强度增加，虽然大大地降低了成型元件的孔隙度，但是，在还原过程中催化剂显示出良好的活性。
因此本发明提供了一种制造氧化催化剂母体的方法，包括将研细的颗粒状氧化铁组合物加工为成型元件，并把所说的成型元件在至少1100℃温度下烧结，本方法的特征在于，基本上所有的上述颗粒状氧化铁组合物的粒度都小于20微米。
颗粒粒度最好是至少50%（重量）的颗粒粒径小于10微米。最好有至少90%（重量）的颗粒粒径小于10微米，和至少50%（重量）的颗粒粒径小于5微米。
烧结后，根据在大气压下，元件在汞中的体积来测定其密度，元件具有的密度最好为至少4克/厘米3，至少为4.3克/厘米3更好，BET表面积小于1米2/克。
颗粒状组合物中的氧化铁可以是磁铁矿（Fe3O4），但是最好是赤铁矿（Fe2O3），通过如沉淀，或喷雾干燥，如果需要还可加上研磨工序来获得所需要的细粉状态。换句话说熔融氧化铁或天然存在的磁铁矿或赤铁矿可磨碎到需要的粒度。
元件最好含有至少50%（重量）的铁是以氧化铁的形式存在。然而，一部分铁原子，例如多至20%的原子数目，可以被钴原子取代。
为了用作催化剂母体，元件除含有氧化铁外，通常还含有一种或多种氧化促进剂物质。一般的促进剂物质是石灰，氧化镁，氧化铝和/或氧化钾。其它的促进剂，如铷、铯、铍、镧系元素、锕素元素、钼、钒或钨的氧化物，金属如铂族金属及少量组分硅都可以取代或加入到上述促进剂中。促进剂的性质和比例取决于催化剂预期的用途。因此，对于氨合成，元件在通常含有氧化铝和碱金属氧化物以及任选地含有氧化镁和/或石灰。在元件中，通常这类促进剂的成分比例如下：
氧化铝 1-5%（重量/重量）
碱金属氧化物 0.3-2%（重量/重量）
石灰 0-5%（重量/重量）
氧化镁 0-2%（重量/重量）
对于用作腈加氢的催化剂母体，元件将含有多至5%，例如0.5-5%（重量/重量）的氧化铝或氧化镁，但是通常不含碱金属氧化物。
为了帮助使所用的组合物致密化以形成烧结氧化铁元件而掺入用作助熔剂的石灰的一个缺点是在氧化铁还原成金属时，元件容易破裂和粉碎。我们已经发现，把少量的铝酸镁尖晶石掺入到制备烧结元件的组合物中，氧化铁还原时元件的破裂倾向明显降低。使用的铝酸镁尖晶石的量最好为0.1至1摩尔/1摩尔石灰。为了抑制破裂的发生，这样加入铝酸镁尖晶石是必需的，以单独组分加入氧化镁和氧化铝没有所希望的效果。
可以把几种或所有的想要的促进剂掺入到颗粒氧化铁组合物中，这取决于制备元件的方法。因此，如果采用干成型法，可以把添加物如氧化钴、氧化铝、氧化镁和氧化钙或加热时能分解成上述物质的化合物如水合氧化铝、氢氧化钙或氢氧化镁、碳酸钙或碳酸镁与氧化铁混合，然后把这些组合物粉碎成所需的粒度。另一方面，如添加物具有所需要的粒度，可以在成型前将它们加入到颗粒氧化铁中。水溶性化合物，如碱金属或碱金属碳酸盐可以在成型前或成型后用合适的溶液如水溶液浸渍氧化铁组合物的方法掺入。当应用湿成型法时，可溶性的促进剂添加物可以掺入使用的液体中，以形成待成型处理的物质。这类可溶性的促进剂在某些情况下有助于成型过程。
可在成型前或在成型期间把碱金属化合物，如碳酸钾掺入组合物中，或许需要把某些研细的二氧化硅和/或高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）掺进颗粒状的组合物中，其用量是满足在烧结前和烧结期间与碱金属化合物反应的要求，使之形成如M2O·nAl2O3·mSio2一类化合物，其中M为碱金属，n一般是0或1，m是一个整数，一般至少是2。
可用湿法或干法来进行成型过程。这样，颗粒状氧化铁组合物（与所需要的促进剂添加物混合，不包括可能的水溶性添加物）在逆转轧辊之间通过可以压成片状或带状，然后把压片或压带破碎成合适的元件，每个元件的特征是，具有由面接触的方式压制所形成的二个相互对置的面，并且具有由于断裂方式所形成的其它的面。不用压制形成片状物或带状物，利用合适的成形轧机以轧辊挤压的方式，也可以形成单独的成型元件，例如颗粒，这种颗粒也可以被拉伸，例如拉成雪茄形的形状。
为了进行轧辊压制，可以加入粘合剂，如淀粉或者硬脂酸铝或硬脂酸镁，其一般用量为颗粒组合物的0.5到3%（重量），以帮助形成粘结紧密的压块。尤其当粘合剂是淀粉时，可以加入一些水。
另一种方法，并且是更可取的方法，是用湿挤压法使颗粒组合物成形，在此方法中，一种或多种有机聚合物粘合剂和一种液体如水或乙醇在挤压前加入到颗粒组合物中。当液体是水时，粘合剂最好是一种亲水的聚合物，它是一种强的自粘合剂，如溶解了的淀粉，最好是与切变稀化的亲水聚合物混合，后一种聚合物不需要是强的自粘合剂，如玉米淀粉或聚乙烯醇。在EP-A-134138中叙述了湿挤压氧化物质中这类粘合剂的使用。加压使组合物通过合适的压模，在室温下可以方便地进行挤压。在烧结后或最好在烧结前，切割挤压产物成需要的长度以形成成型元件。使用挤压法的一个优点是，使用具有合适芯线的挤压模具可能制造具有纵向通道在其内部穿过的成型元件。应用切割技术当然应该使得在切割过程中不使任何通道受堵塞。在我们的英国专利申请8527661中介绍了合适的切割技术。另一种方法是用粒化或压片技术来制造元件。在这个情况下，粒化模具的壁和/或芯线应略具锥度，例如一直可到3°，以帮助元件从模具中脱出。可以理解，在此情况下，元件和/或其中的通道不会具有完全均匀的截面。当大量制造元件时和/或元件具有许多通道时，粒化和压片技术就不如挤压法适用了。为了避免邻近一些元件的堆积导致一个元件堵塞了通过邻近元件通道的末端，元件的末端最好是非平面的，例如粗糙的、凸形的或者至少具有一个突出的端部。
催化剂粒子杂乱填充的床的有效性很大程度上取决于每单位催化剂床体积（CBV）的催化剂颗粒的几何表面积（GSA）。然而，粒径减小（可以增加GSA/CBV）的缺点在于，为了得到气体反应物流过催化剂床需要的流速，必需增高压力降（PD）。
通过制造一种这样的元件，使在其中有很多沿纵向通过的孔道，孔道在其整个长度上都具有基本上均匀的截面，这就可能获得一种这样的催化剂及其母体，它们既具有显著增高的GSA/CBV值，而又不会导致压力降有任何明显的增加。
元件的总体最好是圆柱形的，但是这并不是必需的，当使用具有非圆截面的元件时，在下面讨论中涉及的外径D表示面积等于元件截面积的圆的直径。在确定这个截面积时，略去了穿透通道的截面积。在非圆形截面元件的情况下，希望做到最大截面面积不大于最小截面面积的两倍。
元件的纵横比，即长度L被外径D除，最好的范围为0.5至2。元件的纵横比落在这个范围以外时，较易引起元件破裂。
为了避免太大的压力降，外径D最好至少为5毫米，然而D最好不大于25毫米，不大于15毫米则更好，否则D太大，需要的穿透通道太多，使得在维持足够强度的同时难以获得GSA/CBV值有用的增高。
在元件杂乱充填的床中，被元件实际占据的床体积的部分Y取决于元件的形状及其纵横比。对于纵横比为1的圆柱形元件，Y约为0.7。
我们已经发现参数S可以有效地指示催化剂元件的效率，S定义为：
S=(GSA/CBV)×(D2L)13]]>
当GSA/CBV表示为米2/米3，D和L用米表示时，穿透通道的数目和截面积最好能使S至少为6.3，至少为7.5则更好。
由于实心的圆柱形的元件不存在任何通道，因此GSA/CBV就成2Y（ 1/(L) + 2/(D) ），对于纵横比为1的圆柱体，Y约为0.7，这类圆柱体的GSA/CBV约为 4.2/(D) ，所以S＝4.2。可以看出对于这种元件为了使S至少达到6.3，必须使元件具有许多这样截面积的穿透通道，以使得每个元件的GSA增加50%以上。
穿透通道最好具有圆截面，但这并不是必需的，当通道不是圆截面时，下面讨论中涉及的直径d表示面积等于通道截面积的一个圆的直径。
在每一个圆柱形元件具有同样的直径d，而在其圆截面上具有穿透通道数目为n的情况下，把圆柱形元件的GSA与无通道的相似元件的GSA相比，得
1+ (nd（2L-d）)/(D（2D+L）)
虽然也能用单通道来使GAS有足够的提高，这种单通道象空心的圆柱体，通常称为“环”，但这种空心的圆柱体常缺少足够的强度。我们建议通道的数目和截面积最好能使得元件的实际体积至少为无任何通道的相应的元件体积的60%，至少为70%则更好。
在具有均一的圆柱形通道的圆柱形元件的情况下，将其体积与无任何通道的相应的元件体积相比，得1- (nd2)/(D2) ，即对于这种圆柱形元件，最好是nd2/D2≤0.4，≤0.3则更好。
单通道的另一个缺点是，如果通道具有足够大的截面以使GSA得到充分的增加，假如元件本身的纵横比不达到使元件破碎的程度，那么通道的纵横比将相当低。期望通道的纵横比，即L/d，至少为6，最好至少是8，但是最好不超过40。
对于具有外径D为8毫米，纵横比为1而具有不同数目n的圆柱形通道的圆柱形元件，其相对的GSA、相对的体积和参数S值示于下表中：
n d（毫米） L/d 相对体积 相对GSA S
0 - - 1.00 1.00 4.2
1 5 1.6 0.61 1.29 5.4
1 6 1.3 0.44 1.31 5.5
7 1.0 8 0.89 1.54 6.47
13 0.5 16 0.95 1.52 6.38
13 0.64 12.5 0.92 1.67 7.01
13 0.8 10 0.87 1.82 7.64
n d（毫米） L/d 相对体积 相对GSA S
13 1.0 8 0.80 2.01 8.44
20 0.5 16 0.92 1.81 7.60
20 0.64 12.5 0.87 2.02 8.48
20 0.8 10 0.80 2.27 9.53
30 0.4 20 0.92 1.98 8.32
30 0.5 16 0.88 2.13 8.95
50 0.4 20 0.88 2.62 11.00
另一个有用的参数是GSA/（A·GV）项，此处A是长度为L，直径为D的实心圆柱体的表面积，GV为元件的几何空隙率，即1-（真正体积）/V，其中V是长度为L、直径为D的圆柱体的体积。GSA/（A·GV）值以至少为15较好，最好至少20。
通道最好具有小于1.5毫米的直径d（或者当其为非圆截面时，用有效直径）小于1毫米则更好。最好每平方厘米元件截面积至少有20个通道。
元件最好是圆柱形，其直径为5-15毫米，纵横比为0.8-1.2，具有至少10个通道沿纵向从其内部穿过它，每个通道具有直径小于0.7毫米的圆截面。一般，每个元件可以有13至50个或更多个直径为0.4至0.6毫米的通道。
通道最好按序排列，其相邻通道中心间的平均间距至少为1.5d，通道中心和元件的外表面之间的平均间距至少为d。
在催化剂床中，元件可以杂乱取向地或有规则地充填。在杂乱取向的情况，有小部分元件的纵轴与气体反应剂流动方向接近垂直状态，这些元件的两个末端间仅仅存在小的压差，所以只有少量的气体反应剂流过这些元件的通道。然而，平均通过所有元件的通道的流量将约为在流过通道的流动方向与最大压力梯度方向相同的那些元件中所得出的最大流量的一半。
为了最有效地利用多孔元件，通道的数目和截面积最好能使平均通过元件通道的流量，（而不是指围绕元件的外表面，即在相邻元件之间）至少为总气体反应剂流量的1%，最好至少为3%。通常在外表面上，反应剂的流动一般为湍流，而在正常情况下通过元件通道的流动为层流。
多孔元件的另一个优点是，在象氨合成一类的放热反应中，气体流过的每个通道作用有点类似于急冷反应器中的催化剂床。这样，进入通道的气体在当其沿通道通过时就发生了反应，然后从通道排出，从通道排出的气体立即被流过元件的，即流过相邻元件之间的气体急冷。在每个通道内，基本上存在着绝热条件，以致由于放热反应，从通道入口到出口处易发生温度逐步升高的温度梯度，用这个方式可以达到较快速的反应。
还有，反应剂混合物流经元件通道所接触的几何表面积，在比例上要比它流经元件外表面所接触的表面积要大得多，因此流经通道的反应剂混合物就比流经元件外表面的混合物更容易接近平衡产物的浓度。尽管流过通道的流体和流过元件外表面的流体相比，在更大程度上接近了平衡产物浓度，但是反应推动力之间的差别，即在流出通道的流体和流过外表面的流体之间，产品平衡浓度与实际产物浓度之间的差别，对大部分实际体系来说（如这些体系中选择了适当孔径和适当数目的通道）是很小的。在整个床上，这导致更快和/或更完全地接近平衡，所以在某些情况下，可以减小床体积和/或能够达到较高的产物浓度。另一方面，或者另外是能够降低反应剂通过床的流动速率，从而能够减少穿过床的压力降。按照惯例，如氨合成，在从反应混合物中分离产物后，未反应的反应混合物可以重复循环使用，这就能够减少实现这种循环所需要的能量。
净的结果是，由杂乱充填的、具有多轴向穿透通道的元件组成的催化剂床与相似大小的、但没有穿透通道的元件的催化剂床相比较，活性显著地增加，而穿过催化剂床的压力降无任何显著增加。
多通道通过每个元件的结构也有效地减少了杂乱充填的元件床对流体穿过其中的阻力，所以减少了床入口和床出口之间的压力差。如果能够允许的压力差与没有穿透通道的元件床大致相同，这就意味着，与相应的无穿透通道元件所需要的外形尺寸比较，还可稍微减小元件的外形尺寸即L和/或D。由于元件外形尺寸的减小会提高GSA/V的值，甚至还可在穿过床的压力差无明显改变的情况下能够达到较大的GSA/V值。
在采用挤压法成型工艺的场合，在成型后，最好在把挤出物切割成需要的长度后，如果需要的话，干燥成型产物，然后，如在成型工序中应用含有有机组份的粘合剂的场合，用一个煅烧工序，在含氧的气体中（如空气）把有机组份烧掉，所用温度，最好为250-500℃。即使在不使用有机粘合剂的场合，煅烧这一步可能也是有益的。成型产物然后最好在干燥的惰性气氛如氮气中烧结，烧结温度宜为1100℃，最好在1200℃以上，超过1300℃则更好。烧结温度最好低于1450℃。
虽然用于制造元件的铁氧化物组合物可以是磁铁矿，但是这不够理想。然而当使用赤铁矿时（它的组合物更易成型），需要在烧结步骤之前或烧结期间把赤铁矿还原成磁铁矿。实现这个还原较好的方法是在成型前把石墨掺入赤铁矿组合物中，以使到在烧结前的加热期间或烧结期间石墨作为还原剂起作用。使用的石墨的量应为使用的赤铁矿重量的1至1.5%，最好是1.2%以上。
如不用石墨还原赤铁矿，也可以往粒状氧化铁组合物中加入细铁粉，用铁来还原，铁的用量一般为颗粒状氧化铁组合物中赤铁矿重量的8-9%。
这样的还原步骤应在450℃以上，在惰性气氛中进行。因此，如赤铁矿还原前已用燃烧步骤烧尽任何有机物质，则煅烧应在低于450℃的温度下进行。象熔融产物那样，烧结产物具有小的表面积和高的密度。然而，烧结产物用光学和/或扫描电子显微镜很容易与熔融产物分辨开来，因为烧结产物具有完全不同于熔融产物的形态。尤其是烧结元件显示出有相当大比例的残余的、用于制造元件的细粉碎颗粒，尽管许多细小的颗粒已经聚结。
通过测定孔体积分布的方法也能区分烧结产物和熔融产物。这样，烧结产物通常在孔半径小于10微米的每克烧结产物中孔隙率至少为0.01厘米3，最好为至少0.02厘米3。相反，碎片状的、熔融产物的孔隙体积小到可忽略，一般在小于10微米半径的孔隙形式中，总数小于0.005厘米3/克。
可用汞孔率计在各种压力下来测定孔隙体积的分布。
当把氧化铁还原到铁后测定空隙体积的分布时，烧结产物也显示出与熔融催化剂明显不同的孔隙体积分布。在这种情况下，烧结的和熔融的催化剂在还原后，由于氧化铁还原到铁形成孔隙的结果，在半径为100至1000埃（0.01至0.1微米）的孔隙形式中都具有相当大的孔隙率。然而，还原后的熔融催化剂在半径为0.1至10微米间的孔隙形式中仅显示出小量的孔隙率（约小于0.015毫升/克），而烧结产物在还原后，在半径为0.1至10微米的孔隙形式中，一般显出至少0.02厘米3/克的孔隙率。
所以按照本发明的另一个方面，我们提供了氧化铁组合物烧结成型元件，（氧化铁最好是磁铁矿），它具有低于1米2/克的BET表面积，密度至少为4克/厘米3，具有一些半径小于10微米的孔隙，这种半径低于10微米的孔隙的孔隙体积总计至少为0.01厘米3/克。
同时按照本发明的另一个方面，我们提供了氧化铁、最好是磁铁矿组合物的烧结成型元件，该组合物具有小于1米2/克的BET表面积，密度至少为4克/厘米3，把氧化铁还原成铁后，元件具有一些半径为0.1至10微米的孔隙，以及一些低于0.1微米的孔隙，半径0.1至10微米的孔隙的孔隙体积总计至少为0.02厘米3/克。
虽然上述的GB-A-1484864公开时，在表2中，还原的烧结催化剂中半径为0.1至10微米的孔隙的孔隙率超过0.02厘米3/克，但是未还原的母体的密度远低于4克/厘米3。
按本发明的方法，应用极细的氧化铁，它的一个优点在于，如上所述，能够达到高的密度。这样，如下面实例所表明，利用相当低的烧结温度（1300℃），便能达到密度4克/厘米3或更大，而上述GB-A-1484864的例子中所述的，甚至在高的烧结温度（1430℃），密度仅为3.57克/厘米3。密度的增加使产物更有力，显然，在给定体积的催化剂床中得到了更多的催化物质，而且也不需要加到那么高的温度。
由标准的、碎片状的、熔融的氨合成用的催化剂母体所构成的床的密度一般约为2.5至2.8克/厘米3。
用本发明的多孔元件组成的床的密度是元件密度与前面定义的参数Y的乘积，多孔元件的体积相当于与其大小相同，但没有空隙的元件的体积。
由于对纵横比为1的圆柱形元件说来，Y约为0.7，元件密度一般在4克/厘米3以上，最好在4.3克/厘米3以上，相对的体积最好大于0.6，大于0.7更好，所以床密度正常情况约为1.7克/厘米3以上，常常在2.0克/厘米3以上。在许多情况下，床密度超过2.2克/厘米3，甚至能达到2.4克/厘米3以上。在某些情况下，床密度能够高于标准碎片状的、熔融的催化剂母体的密度，这点可以这样解释：例如具有密度为4.6克/厘米3的，其L＝D＝8毫米的圆柱形元件，参数S和床密度的典型值如下：
孔隙数目 孔径（毫米） 床密度（克/厘米3） S
0 - 3.2 4.2
13 0.64 2.9 7.01
20 0.5 2.9 7.60
20 0.64 2.8 8.48
30 0.4 2.9 8.32
因此本发明的又一个方面，提供了一个氧化铁组合物的烧结元件杂乱充填的床，所说的元件的密度每一个都至少为4.0克/厘米3，BET表面积小于1米2/克，该床具有至少为2.2克/厘米3，最好至少为2.4克/厘米3的堆积密度。
在某些情况下，为了增加床的密度或许需要使用两种或多种不同大小和/或不同形状的成型元件的混合物作为催化剂床。
在300-500℃温度下，可方便地用氢将母体还原成活性催化剂。如果催化剂用于氨的合成，使用的还原气体通常是氨的合成气体，并且从进行合成的反应器中的母体上经过。必须小心以避免水蒸汽反扩散与还原生成的铁接触，同时一旦氨合成开始就要防止过热。另外，母体能用无氮的氢气还原。在任何情况下，合适的气体压力皆为1-300巴（绝对压力），例如20-120巴（绝对压力）。在另一个程序中，母体在合成反应器外还原并用以惰性气体例如氮气稀释的冷氧气钝化，以得到“预还原”催化剂，然后它被加入到合成反应器中并在那儿完全还原。
如果催化剂是用于腈的加氢，那么母体通常用氢气还原，并最好在其中含有百分之几的氨。
得到的催化剂的铁表面积明显大于熔融催化剂的铁表面积。
本发明提供了一种在催化剂存在和选用的条件下氨合成的方法：
温度，℃：300-500，最好350-430
压力，巴（绝对压力）：20-250，最好40-120
气体混合物：H2/N2可达到3.1，
最好2.5至3.0或（如在我们的USP4383982
中）1.5至2.3。
本发明也提供了一种在催化剂存在和这些推荐的条件下使己二腈加氢生成1，6己二胺的方法：
温度℃：80-200
压力，巴（绝对压力）：200-400
物质的状态：最好是超临界的
气体混合物：氢气+对每份己二腈为2-10份
重量的氨。
用下面的实施例来说明本发明。
实施例1：
960克天然磁铁矿矿石和16.0克煅烧氧化铝（α-Al2O3），8.24克无水碳酸钾（K2CO3），10.8克碳酸钙（CaCO3），和用作粘合剂的10克硬脂酸镁混合。然后把混合物混合均匀并用振动球磨机碾磨到细粉状。所有的颗粒粒径小于20微米，并且按颗粒的重量计，有50%以上的颗粒粒径小于10微米。
然后磨细的粉末在两个反转的成型轧辊之间压实得到细长的、粗糙的圆柱形的元件，其直径约4.0毫米，长度近似50毫米。把细长的元件弄断使成较短的，长约4毫米的元件。所有的短元件通过了4.75毫米的筛，占99%（重量）以上的短元件留在3.35毫米筛子上。
然后把元件在空气气氛中焙烧至1300℃，以实现烧结，并因此而致密化。按在大气压力下用汞的置换所测得的，烧结元件的密度为4.3克/厘米3孔隙体积为0.037厘米3/克。对元件的化学分析得到的催化剂的组成如下：以重量百分数表示，
CaO 0.6%
K2O 0.40%
Al2O31.7%
MgO 0.27%
SiO 0.3%
Fe2O3余量
通过将烧结产物压碎成0.6至1毫米之间的颗粒大小来评价烧结产物的固有的催化活性。生成物粗粉末装入具有长32毫米，直径3.2毫米催化剂床的实验室反应器中。
在50巴（绝对压力），12小时内温度上升至475℃并把该温度保持3小时的条件下，用氢气∶氮气＝3∶1的混合物还原以使压碎的物质活化。生成物催化剂用于反应器中的氨合成，反应条件为50巴（绝对压力），450℃温度，气体的空间速率为对每克未还原的压碎物质（即催化剂母体）是40000厘米3/小时，并测定离开反应器的气体中氨的浓度。从这个和其它的空间速率下所测得的氨的浓度，利用标准动力学可以计算出每单位催化剂母体重量的“初始”速度常数。
为了估算活性衰减的速率，采用将温度升高到550℃，并维持此温度6小时的加速老化进程。然后把温度下降到450℃并测定不同流速下的转化率。然后计算出每单位催化剂母体重量的“最终”速度常数。
也用上述步骤测定了标准熔融催化剂的固有催化活性。在每种情况下，皆用三个物质的样品进行试验，并从得到的氨的浓度的平均值来确定速度常数。
下表中，初始和最终相对活性分别是初始和最终速度常数对标准熔融催化剂的初始速度常数的比值。
可以看出，不仅烧结物质比标准熔融物质显出较高的初始活性，而且老化引起的活性减弱也明显变小。
实施例2：
赤铁矿磨成细粉状，平均颗粒度为3微米，所有的颗粒大小均小于10微米。
958克磨细的赤铁矿粉末与31克三水合氧化铝（Al2O3、3H2O）和11克碳酸钙混合，三水合氧化铝和碳酸钙事先均磨碎到类似的细度。
然后往这个混合物中加入10克高分子量的聚糖（“Zusiplast PS1”，从Zschimmer und Schwarz，Lahnstein am Rhein，西德，得到），40g玉米淀粉（“Kardek”，G08010级，从英国CPC UK Ltd，Industrial Division，Trafford Park，Manchester得到）和130毫升含有96克碳酸钾（K2CO3）的水溶液，并混合成均匀的糊状。
然后在室温下挤压混合物，使之通过一个模具，该模具有13根悬挂的直径为0.7毫米的金属丝作为芯线。具有13个孔的、沿轴向延伸的圆柱形挤出物被切割成所需长度，并在可控湿度的空气中，于30℃下干燥12小时，然后以每小时200℃的升温速率加热到400℃，并维持400℃温度直至淀粉完全烧尽。成型的小片在空气中于1300℃下烧结4小时，然后经6小时冷却到环境温度。
烧结的 成型元件，它是这样一种圆柱体，长为6.5毫米，直径为6.5毫米，并有13个直径为0.6毫米轴向延伸的孔，其颗粒密度（参照大气压力下它们在汞中的体积来测定）为4.2克/厘米3，孔隙率为0.043厘米3/克。
化学分析表明烧结元件具有如下的组成，用重量百分数表示之，
Fe2O396.9%
CaO 0.6%
Al2O32.0%
K2O 0.5%
12个元件（约10克）与65克平均粒度为2.4至3.35毫米的熔融氧化铝碎片混合，然后装入一个反应器以形成一个长90毫米，直径28毫米的稀释床。在8小时的时间内逐渐升温至475℃并在此温度下维持6小时，3∶1的氢气与氮气混合物的绝对压力为150巴，在这样的条件下，使烧结元件活化。还原期间的空间速率为25000厘米3/克·小时。
通过在各种空间速率下测定离开反应器的气体中氨的浓度来评价氨合成反应的催化剂的活性。反应条件为，450℃，绝对压力150巴，氢气与氮气比为3∶1。
用按完全相同的方法制得的成型元件来重复上述步骤。所不同的是制备元件所用的挤压模具没有悬挂金属丝，因此成型元件没有穿透通道。
结果见下表。
这表明穿透通道在提高催化剂活性中的效能。
实施例3：
除了把12克磨碎的石墨掺入到赤铁矿、三水合氧化铝、碳酸钙粉末混合物中外，实施例2的步骤被重复，同时在基本上无氧气的气氛中进行烧结和随后 冷却。
除了氧化铁是磁铁矿，（Fe3O4）形式外，得到的烧结成型元件的组成类似于实施例2的组成。
这些烧结元件会有类似于实施例2的元件的活性，但是在还原后，前者的活性将大大增强。
实施例1至3的每个实例中的烧结产物的BET表面积小于1米2/克，并且在显微镜下观察到粒径小于20微米的颗粒的痕迹。它们每个呈现出半径小于10微米的孔，孔体积至少为0.02厘米3/克。在还原后，它们呈现出孔体积有很大的增加，在这增加的孔体积中，至少有0.02厘米3/克可归因于半径范围0.1至10微米的孔隙。
实施例4：
按照实施例2的步骤制造烧结元件，但是把已被磨碎到与赤铁矿同样细度的各种比例的铝酸镁尖晶石掺入到赤铁矿/氧化铝/碳酸钙混合物中。为了评价烧结元件的还原特性，把一定数量的元件装入直径为27.5毫米，长为70毫米的圆柱形反应器中以形成体积约为40厘米3的杂乱填充床。
在实验的第一组（A）中，在用含有75%（体积）氢气的氢氮混合物以250升/小时速率通过床的情况下，把床的温度在3小时期间内升至350℃，然后在8小时内进一步升高至475℃。
在第二组（B）的实验中，在氮气以250升/小时速率通过床的情况下，把床加热至475℃，然后用氢气和含75%（体积）氢气的氢氮混合物取代氮气流，并维持此温度直至氧化铁完全还原到铁为止。
在这两组实验中，在氢气/氮气混合物冷却至室温后，用流速为200升/小时的氮气流置换氢气/氮气混合物，然后在30分钟内用空气逐渐置换掉氮气。接着检验元件。结果见下表。
为了比较起见，也制备了用氧化镁替换铝酸镁尖晶石的组合物。
组成 还原
添加物% （重量）＊步骤 注释
无 - A 成碎片，部分成为粉末
尖晶石 0.25 A 完好，稍有粉尘
尖晶石 0.5 A 完好，稍有粉尘
尖晶石 0.75 A 完好，稍有粉尘
尖晶石 1.0 A 完好，稍有粉尘
尖晶石 1.0 B 轻微粉碎和少量粉尘
氧化镁 1.0 B 成碎片，极少量的粉尘
＊按赤铁矿/氧化铝/石灰混合物的重量百分数。
当以由无石灰的组合物来制备的元件进行还原步骤（A）时，元件是完好的。
实施例5：
用实施例2的步骤制造挤出物，但是利用也含有1%（重量）铝酸镁尖晶石的组合物。在这个情况下，带有金属丝芯线的模具有50根芯线，它们环绕一根中央芯线，以29，14，和6的数目排列在三个同心环中。模具和芯线的尺寸使得烧结后挤压元件具有8.5毫米的长度和直径，在有穿透通道的元件的情况下，通道的直径约为0.48毫米。颗粒密度4.0克/厘米3，具有穿透通道的元件的空隙率为0.16，GSA约20/厘米，GSA/（A·GV）值为17.7。每平方厘米的元件截面有88个孔。
按重量计元件的化学组成如下：
Fe2O396.4%
Al2O32.3%
CaO 0.6%
MgO 0.3%
K2O 0.4%
使用绝热反应器来评价每种类型催化剂的活性。床体积为23.7升，充填成一个环状，外径为203毫米，内径为8毫米，长为1015毫米。用含有氢气和氮气，其摩尔比值为2.35的混合气体，在流速300米3/小时（标准压力下）、80巴压力下还原母体。气体的入口温度最初是350℃，并增高以维持水分含量按体积计算在2000PPm以下。当还原完全时，入口温度降低到350℃，同时，在建立稳定态条件后，测量离开床体的气体中的氨浓度，并同时测量整个床的温升。结果如下表。
氨浓度 温度
（%体积） 升高（℃）
无通道 6.6 71
50个通道 8.3 95
用下面的计算实例来说明通过使用50个孔道的催化剂，催化剂活性增高对氨工厂效率的影响。
使用6-9毫米颗粒大小的标准熔融催化剂产量约为1000吨/天氨的典型的设计流程，采用的合成回路在约131巴绝对压力下操作，循环速率为约26000公斤摩尔/小时。在这样的流程中，用于合成气体的压缩和循环，及制冷以回收氨产物的能量消耗一般约为18.6兆瓦，从合成中可回收的热量约为30.4兆瓦。回收的热一般用于供给给能量需求，并至少为生产合成气体提供部分所需的能量和/或热，并且有可能提供能量输出。
当采用多孔催化剂来代替标准熔融催化剂时，由于增加了活性，生产同样数量的产物氨的循环速率可以减少到约为22000公斤·摩尔/小时，这样回路压力就下降到约116巴（绝对压力）。这样，合成气体压缩、循环和制冷的能量需要可以下降到约16.9兆瓦，而回收的热增加到约30.9兆瓦。通过改进循环压缩机，使循环速率减少到约21000公斤·摩尔/小时，同时，回路压力为121.5巴（绝对压力），甚至能够得到更为有效的流程，因为这时合成气的压缩、循环及制冷的能量需求仅为16.1兆瓦，而同时回收热量增加到约31.1兆瓦。