制备氨和氨合成气的方法

文档序号:4890098阅读:1179来源:国知局
专利名称:制备氨和氨合成气的方法
技术领域
本发明涉及一种通过将氨合成气体与一种用钌作为催化剂活性催化材料承载于金属氮化物载体上的氨催化剂进行接触而合成氨的方法。
钌基催化剂用于从氨合成气合成氨是现有技术(美国专利US4 600 571,日本专利公开NO.9168739和英国专利GB2 033 766)。
为了使昂贵的钌所需的用量最小化,这类催化剂通常承载在一种载体材料上以使活性钌颗粒的可利用的表面积最大化。
已经提出几种载体适合用于催化合成氨,它们是MgO、Al2O3、MgAL2O4。目前,大多数活性钌催化剂是承载于石墨化碳上作为载体材料。
然而,在使用碳基载体中的一个严重缺陷是在工业条件下易于氢化。碳载体慢慢转变成甲烷,结果载体逐渐损耗、最终操作产生困难。
本发明的一般目的是提供一种用改进的氮化硼和/或氮化硅载体作为承载材料的钌基氨合成催化剂。氮化物与碳是等电子的。氮化硼和氮化硅象碳一样作为同素异形体而存在。这些同素异形体是一种石墨形式,通常称之为白石墨。与碳相反,氮化硼和氮化硅在工业氨合成条件下是热力学稳定的。
BN和Si3N4都能够以高表面积材料形式获得,而且使用本领域常规的方法压制成适宜的载体。
所提出的承载于BN或Si3N4上的钌催化剂,在催化合成氨期间完全稳定。
因此,本发明在氨合成中采用氮化硼和/或氮化硅作为催化剂载体、作为氨催化剂用钌作为活性催化材料。
BN或Si3N4既可以商购或根据本领域常规方法制备。氮化物载体的表面积优选高于25m2/g。另外,氮化物载体从Si和B的前体获得,接着在用氨处理期间转变为氮化物。
钌采用常规方法引入到载体上,如用合适的含钌化合物比如氯化钌或醋酸钉浸泡载体。
在助催化之前,该催化剂用还原气体如氢或合成气体进行处理来还原。
通过用助催化剂的盐类浸泡可以提高效果。这些助催化剂选自已知的氨合成催化剂促进剂如碱金属或碱土金属,或者是稀土金属。
这些促进剂可以依次引入或者一起引入。
实施例实施例1制备催化剂一种氮化硼载体(六角形,表面积85m2/g,由X-射线粉末衍射确定的晶体尺寸为7.5nm)用亚硝基硝酸钌(ruthenium nitroso nitrate)浸泡,得到5wt%的钌浓度。将浸泡试样在80℃干燥,接着在氢气流于450℃下还原。此试样标记为5RuBN。
另一个试样用类似的方法制备,不同的是含7wt%的钌。此试样标记为7RuBN。此催化剂的密度约1.5g/ml。
实施例2铯促进的催化剂5RuBN和7RuBN用硝酸铯水溶液浸泡以获得3wt%的铯浓度。此试样分别标记为3Cs5RuBN和3Cs7RuBN。
实施例3钡促进的催化剂5RuBN和7RuBN用硝酸钡水溶液浸泡以获得3wt%的钡浓度。此试样分别标记为3Ba5RuBN和3Ba7RuBN。
实施例4测试催化剂这些催化剂在等温栓式流动反应器中,于100和400℃操作条件下进行测试。入口气体在氢气/氮气的3∶1混合物中含有4.5%氨。流速调节到在出口处含有12%的氨。在这些条件下这些催化剂在不同速率下生产的氨,以每小时每克催化剂生产氨的ml量表示催化剂ml NH3/(g.h)5RuBN 1407RuBN 1903Cs5RuBN 11503Cs7RuRN 1320
3Ba5RuBN46003Ba7RuBN4930实施例5催化剂的热力学稳定性为确定这些催化剂的稳定性,将3Ba5RuBN和3Ba7RuBN在反应器中于550℃下加热1000小时。在这些条件下氨出口处的浓度是7.0%左右。经过这种处理后,再次测试此催化剂催化剂ml NH3/(g.h)3Ba5RuBN 45803Ba7RuBN 4960实施例5催化剂的钝化和再生为确定此催化剂在钝化后是否能够再生。将实施例5的催化剂(3Ba5RuBN)在室温下用N2中有1000ppm的O2的气体处理10小时,接着暴露在环境气氛下。然后再将其装入此反应器中,于等同条件下测试催化剂ml NH3/(g.h)3Ba5RuBN 4610。
权利要求
1.一种从氨合成气体中制备氨的方法,该方法包括在氨合成条件下将氨合成气体与一种含有钌作为活性催化材料载于氮化硼和/或氮化硅载体上的氨催化剂进行接触。
2.催化剂,该催化剂在从氨合成气体合成氨中是活性的,该催化剂含有承载于氮化硼和/或氮化硅载体上的钌。
全文摘要
一种从氨合成气体中制备氨的方法,该方法包括在氨合成条件下将氨合成气体与一种含有钌作为活性催化材料载于氮化硼和/或氮化硅载体上的氨催化剂进行接触。
文档编号B01J23/63GK1294089SQ00134418
公开日2001年5月9日 申请日期2000年10月28日 优先权日1999年10月29日
发明者C·J·H·杰科森 申请人:赫多特普索化工设备公司
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