專利名稱：制備氨和氨合成氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過將氨合成氣體與一種用釕作為催化劑活性催化材料承載于金屬氮化物載體上的氨催化劑進(jìn)行接觸而合成氨的方法。
釕基催化劑用于從氨合成氣合成氨是現(xiàn)有技術(shù)(美國專利US4 600 571，日本專利公開NO．9168739和英國專利GB2 033 766)。
為了使昂貴的釕所需的用量最小化，這類催化劑通常承載在一種載體材料上以使活性釕顆粒的可利用的表面積最大化。
已經(jīng)提出幾種載體適合用于催化合成氨，它們是MgO、Al2O3、MgAL2O4。目前，大多數(shù)活性釕催化劑是承載于石墨化碳上作為載體材料。
然而，在使用碳基載體中的一個嚴(yán)重缺陷是在工業(yè)條件下易于氫化。碳載體慢慢轉(zhuǎn)變成甲烷，結(jié)果載體逐漸損耗、最終操作產(chǎn)生困難。
本發(fā)明的一般目的是提供一種用改進(jìn)的氮化硼和／或氮化硅載體作為承載材料的釕基氨合成催化劑。氮化物與碳是等電子的。氮化硼和氮化硅象碳一樣作為同素異形體而存在。這些同素異形體是一種石墨形式，通常稱之為白石墨。與碳相反，氮化硼和氮化硅在工業(yè)氨合成條件下是熱力學(xué)穩(wěn)定的。
BN和Si3N4都能夠以高表面積材料形式獲得，而且使用本領(lǐng)域常規(guī)的方法壓制成適宜的載體。
所提出的承載于BN或Si3N4上的釕催化劑，在催化合成氨期間完全穩(wěn)定。
因此，本發(fā)明在氨合成中采用氮化硼和／或氮化硅作為催化劑載體、作為氨催化劑用釕作為活性催化材料。
BN或Si3N4既可以商購或根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)方法制備。氮化物載體的表面積優(yōu)選高于25m2／g。另外，氮化物載體從Si和B的前體獲得，接著在用氨處理期間轉(zhuǎn)變?yōu)榈铩?br>
釕采用常規(guī)方法引入到載體上，如用合適的含釕化合物比如氯化釕或醋酸釘浸泡載體。
在助催化之前，該催化劑用還原氣體如氫或合成氣體進(jìn)行處理來還原。
通過用助催化劑的鹽類浸泡可以提高效果。這些助催化劑選自已知的氨合成催化劑促進(jìn)劑如堿金屬或堿土金屬，或者是稀土金屬。
這些促進(jìn)劑可以依次引入或者一起引入。
實施例實施例1制備催化劑一種氮化硼載體(六角形，表面積85m2／g，由X-射線粉末衍射確定的晶體尺寸為7．5nm)用亞硝基硝酸釕(ruthenium nitroso nitrate)浸泡，得到5wt％的釕濃度。將浸泡試樣在80℃干燥，接著在氫氣流于450℃下還原。此試樣標(biāo)記為5RuBN。
另一個試樣用類似的方法制備，不同的是含7wt％的釕。此試樣標(biāo)記為7RuBN。此催化劑的密度約1．5g／ml。
實施例2銫促進(jìn)的催化劑5RuBN和7RuBN用硝酸銫水溶液浸泡以獲得3wt％的銫濃度。此試樣分別標(biāo)記為3Cs5RuBN和3Cs7RuBN。
實施例3鋇促進(jìn)的催化劑5RuBN和7RuBN用硝酸鋇水溶液浸泡以獲得3wt％的鋇濃度。此試樣分別標(biāo)記為3Ba5RuBN和3Ba7RuBN。
實施例4測試催化劑這些催化劑在等溫栓式流動反應(yīng)器中，于100和400℃操作條件下進(jìn)行測試。入口氣體在氫氣／氮氣的3∶1混合物中含有4．5％氨。流速調(diào)節(jié)到在出口處含有12％的氨。在這些條件下這些催化劑在不同速率下生產(chǎn)的氨，以每小時每克催化劑生產(chǎn)氨的ml量表示催化劑ml NH3／(g．h)5RuBN 1407RuBN 1903Cs5RuBN 11503Cs7RuRN 1320
3Ba5RuBN46003Ba7RuBN4930實施例5催化劑的熱力學(xué)穩(wěn)定性為確定這些催化劑的穩(wěn)定性，將3Ba5RuBN和3Ba7RuBN在反應(yīng)器中于550℃下加熱1000小時。在這些條件下氨出口處的濃度是7．0％左右。經(jīng)過這種處理后，再次測試此催化劑催化劑ml NH3／(g．h)3Ba5RuBN 45803Ba7RuBN 4960實施例5催化劑的鈍化和再生為確定此催化劑在鈍化后是否能夠再生。將實施例5的催化劑(3Ba5RuBN)在室溫下用N2中有1000ppm的O2的氣體處理10小時，接著暴露在環(huán)境氣氛下。然后再將其裝入此反應(yīng)器中，于等同條件下測試催化劑ml NH3／(g．h)3Ba5RuBN 4610。
權(quán)利要求
1.一種從氨合成氣體中制備氨的方法，該方法包括在氨合成條件下將氨合成氣體與一種含有釕作為活性催化材料載于氮化硼和／或氮化硅載體上的氨催化劑進(jìn)行接觸。
2.催化劑，該催化劑在從氨合成氣體合成氨中是活性的，該催化劑含有承載于氮化硼和／或氮化硅載體上的釕。
全文摘要
一種從氨合成氣體中制備氨的方法,該方法包括在氨合成條件下將氨合成氣體與一種含有釕作為活性催化材料載于氮化硼和/或氮化硅載體上的氨催化劑進(jìn)行接觸。
文檔編號B01J23/63GK1294089SQ00134418
公開日2001年5月9日 申請日期2000年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月29日
發(fā)明者C·J·H·杰科森 申請人:赫多特普索化工設(shè)備公司