專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氨氧化催化劑及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種氨氧化催化劑的制備及其在制硝酸工業(yè)上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
據(jù)無(wú)機(jī)化工工藝學(xué)(二)，硫酸與硝酸241-259(化學(xué)工業(yè)出版社)報(bào)道，氨在空氣中氧化，可發(fā)生下列反應(yīng)(1)(2)(3)(4)(5)(6)制硝酸的主要反應(yīng)是反應(yīng)(1)。能使反應(yīng)(1)順利進(jìn)行的催化劑必須具備高NH3轉(zhuǎn)化率和NO選擇性等特性。
氨氧化制硝酸從二十世紀(jì)初工業(yè)化以來(lái)，一直使用鉑網(wǎng)作為催化劑，其性能已相當(dāng)優(yōu)異，但是鉑對(duì)氨的催化氧化反應(yīng)必須在高于800℃的溫度條件下進(jìn)行，如此高溫容易導(dǎo)致上述(2)-(6)等副反應(yīng)的發(fā)生，降低反應(yīng)活性及選擇性，因此以鉑為催化劑的氨氧化反應(yīng)對(duì)空速、氧濃度等反應(yīng)條件的要求相當(dāng)苛刻。另外，鉑的資源短缺，價(jià)格昂貴。因此，價(jià)廉易得且反應(yīng)條件溫和的非鉑氨氧化催化劑一直是研究的熱點(diǎn)。
在用以取代鉑網(wǎng)的催化劑研究中，氧化鐵、銅、鈷、錳、鉻、鈰等非鉑催化劑在700℃左右溫度條件下呈現(xiàn)出較高的氨催化氧化活性，但由于在高溫條件下催化劑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，催化活性容易下降，未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。目前，對(duì)過(guò)渡金屬氧化物的改性研究，如中國(guó)專(zhuān)利86108985報(bào)道的La0.8Ce0.2CoO3和Kinetics and Catalysis，2002(1)，95-98報(bào)道的Fe2O3-Bi2O3催化劑，雖然增加了催化活性的穩(wěn)定性，但還是沒(méi)有解決高溫問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種價(jià)廉易得且反應(yīng)條件溫和的非鉑氨氧化催化劑的制備與應(yīng)用。
本發(fā)明的氨氧化催化劑以Al2O3為載體，負(fù)載過(guò)渡金屬氧化物，以堿金屬鹽為助劑，表示為AxBy/Al2O3，其中A代表過(guò)渡金屬，擔(dān)載量(x)為3～8wt％，B代表堿金屬，擔(dān)載量(y)為1～5wt％。過(guò)渡金屬和堿金屬在催化劑中以金屬氣化物形式存在。
上述過(guò)渡金屬包括Cu、Fe、Mn等。
上述堿金屬包括Na、K等。
本發(fā)明催化劑的制備采用孔體積共浸漬法。將催化劑前驅(qū)體水溶液與載體Al2O3按催化劑組成比例等體積浸漬。浸漬后樣品經(jīng)干燥和煅燒得成品催化劑。
本發(fā)明所制備的催化劑在以下條件下進(jìn)行氨氧化反應(yīng)采用固定床反應(yīng)器，常壓操作；操作溫度為450～600℃；操作空速為3500～56000h-1。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明催化劑的活性溫度低，反應(yīng)條件溫和，選擇性高，活性穩(wěn)定；2.本發(fā)明催化劑以高比表面積的Al2O3為載體，活性相于載體表面高度分散；3.該催化劑不含貴金屬，價(jià)廉易得；4.催化劑制備簡(jiǎn)便，無(wú)需特殊設(shè)備，易于操作。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1稱(chēng)取3.025gCu(NO3)2.3H2O和0.370gNaNO3溶于蒸餾水中配制成水溶液。稱(chēng)取10gAl2O3(30-60目)等體積浸漬于上述溶液，經(jīng)干燥和煅燒得銅含量為8wt％，鈉含量為1wt％的Cu8Nal/Al2O3催化劑。取1g該催化劑于石英管固定床反應(yīng)器(Ф10mm)中進(jìn)行氨氧化。反應(yīng)條件為0.5vol％NH3，5.0vol％O2，Ar為平衡氣，溫度為450℃，空速為28000h-1。NH3的轉(zhuǎn)化率為98.2％，NO選擇性為92％。
實(shí)施例2稱(chēng)取3.025gCu(NO3)2.3H2O和1.850gNaNO3按實(shí)施例1所述方法制得銅含量為8wt％，鈉含量為5wt％的Cu8Na5/Al2O3催化劑，取1g該催化劑于石英管固定床反應(yīng)器中進(jìn)行氨氧化。反應(yīng)條件為0.5vol％NH3，5.0vol％O2，Ar為平衡氣，溫度為450℃，空速為28000h-1。NH3的轉(zhuǎn)化率為98.7％，NO的選擇性為96.4％。
實(shí)施例3稱(chēng)取0.756g Cu(NO3)2.3H2O和1.109gNaNO3按實(shí)施例1所述方法制得銅含量為2wt％，鈉含量為3wt％的Cu2Na3/Al2O3催化劑，取1g該催化劑于石英管固定床反應(yīng)器中進(jìn)行氨氧化。反應(yīng)條件為0.5vol％NH3，5.0vol％O2，Ar為平衡氣，溫度為450℃，空速為28000h-1。NH3的轉(zhuǎn)化率為94.6％，NO的選擇性為94.4％。
實(shí)施例4稱(chēng)取1g含銅量為8wt％，含鈉量為3wt％的Cu8Na3/Al2O3催化劑于石英管固定床反應(yīng)器中進(jìn)行氨氧化。反應(yīng)條件為0.5vol％NH3，5.0vol％O2，Ar為平衡氣，溫度為600℃，空速為28000h-1。NH3的轉(zhuǎn)化率為99.8％，NO的選擇性為95.3.％。
實(shí)施例5稱(chēng)取8g含銅量為8wt％，含鈉量為3wt％的Cu8Na3/Al2O3催化劑，于石英管固定床反應(yīng)器中進(jìn)行氨氧化。反應(yīng)條件為0.5vol％NH3，5.0vol％O2，Ar為平衡氣，溫度為500℃，空速為3500h-1。NH3的轉(zhuǎn)化率為99.6％，NO的選擇性為92.9％。
實(shí)施例6稱(chēng)取0.5g含銅量為8wt％，含鈉量為3wt％的Cu8Na3/Al2O3催化劑，于石英管固定床反應(yīng)器中進(jìn)行氨氧化。反應(yīng)條件為0.5vol％NH3，5.0vol％O2，Ar為平衡氣，溫度為500℃，空速為56000h-1。NH3的轉(zhuǎn)化率為96.5％，NO的選擇性為95.8％。
實(shí)施例7稱(chēng)取2.0g含銅量為8wt％，含鈉量為3wt％的Cu8Na5/Al2O3催化劑，于石英管固定床反應(yīng)器中進(jìn)行氨氧化。反應(yīng)條件為5.0vol％NH3，20vol％O2，Ar為平衡氣，溫度為600℃，空速為28000h-1。NH3的轉(zhuǎn)化率為99.8％，NO的選擇性為95％。
實(shí)施例8稱(chēng)取3.610g Fe(NO3)3.9H2O和0.776gKNO3按實(shí)施例1所述方法制得鐵含量為5wt％，鉀含量為3wt％的Fe5K3/Al2O3催化劑，取1g該催化劑于石英管固定床反應(yīng)器中進(jìn)行氨氧化。反應(yīng)條件為10.0vol％NH3，20vol％O2，Ar為平衡氣，溫度為500℃，空速為28000h-1。NH3的轉(zhuǎn)化率為99.8％，NO的選擇性為95.4％。
權(quán)利要求
1.一種氨氧化催化劑，其特征在于氨氧化催化劑以Al2O3為載體，負(fù)載過(guò)渡金屬氧化物，以堿金屬氧化物為助劑，其中過(guò)渡金屬的擔(dān)載量為3～8wt％，堿金屬的擔(dān)載量為1～5wt％，過(guò)渡金屬和堿金屬在催化劑中以金屬氣化物形式存在。
2.如權(quán)利要求1所述的一種氨氧化催化劑，其特征在于所述的過(guò)渡金屬為Cu、Fe、Mn。
3.如權(quán)利要求1所述的一種氨氧化催化劑，其特征在于所述的堿金屬為Na、K。
4.如權(quán)利要求1所述的一種氨氧化催化劑的應(yīng)用方法，其特征在于采用固定床反應(yīng)器，常壓操作；操作溫度為450～600℃；操作空速為3500～56000h-1。
全文摘要
一種氨氧化催化劑是以Al
文檔編號(hào)C01B21/38GK1485134SQ0314881
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者劉振宇, 謝國(guó)勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所