[發明專利]一種釕基氨合成催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710357116.4
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107096560B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 江莉龍;林建新;倪軍;林炳裕;林科
• 申請（專利權）人: 福州大學化肥催化劑國家工程研究中心;北京三聚環保新材料股份有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C01C1/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 閆聰彥

本發明提供了一種氨合成催化劑及其制備方法，所述催化劑以釕為活性組分、釤和鉭為助劑、氮摻雜的鎂鋁水滑石的焙燒產物為載體，載體中尖晶石相的存在能夠提高載體的抗水合性能，而剩余的復合金屬氧化物固熔體部分則可確保載體依然具有足夠大的比表面積、均勻的孔結構且孔半徑分布于介孔范圍內，再加之載體中摻雜的氮元素，不僅能增大載體表面的電子密度和堿性活性位點，而且還能使活性組分釕更牢固、更多量地負載于載體上；并且鉭能活化氮氣解離，釤可起到抑制氫氣毒害的作用，上述各組分的配合有利于氨的合成，從而提高催化劑的低溫低壓活性。

技術領域

本發明屬于合成氨技術領域，尤其涉及一種釕基氨合成催化劑及其制備方法。

背景技術

氨是重要的無機化工產品之一，自1902年德國化學家哈伯發現氮氣和氫氣在高溫高壓及催化劑存在下能夠直接化合成氨以來，氨合成催化劑便成為合成氨領域的關鍵技術和研究熱點。

與傳統的熔鐵氨合成催化劑相比，釕基氨合成催化劑因具有低溫低壓高活性等特點，被譽為是繼熔鐵催化劑之后的第二代氨合成催化劑。釕基氨合成催化劑主要由活性金屬釕、載體及助劑(堿金屬、堿土金屬和/或稀土金屬)組成，其中以石墨化活性炭材料為載體的釕基氨合成催化劑在20世紀90年代就已經實現了工業化應用，但炭材料在合成氨工況下易發生甲烷化反應，降低了催化劑的穩定性和壽命，從而對釕基催化劑的工業化應用產生了不利影響。為此，開發以高穩定性的金屬氧化物材料為載體的釕基氨合成催化劑已成為本領域的熱門課題，例如中國專利文獻CN104888774A公開了一種稀土元素摻雜的類水滑石前驅體負載釕氨合成催化劑，其是以稀土元素摻雜的類水滑石焙燒后的復合氧化物為載體，以釕為活性組分，K為助劑。

雖然上述技術中的催化劑通過摻雜稀土元素可改變載體表面的電子密度和結構，從而使其與氧化鎂、氧化鋁、氧化鈰等氧化物負載的釕基催化劑相比在低溫低壓下的催化活性有所提高，但由于該技術在焙燒類水滑石前驅體的過程中沒有合理控制焙燒方式，以致于類水滑石結構發生坍塌，導致由此得到的復合氧化物載體的比表面積降低，并且復合氧化物載體在氨合成工況下易與水蒸汽發生化合反應而使原有的載體結構遭受破壞，進一步降低了載體的比表面積，從而影響催化劑的催化活性，使得上述催化劑在系統壓力3MPa、空速10000h^-1、450℃時的出口氨濃度只有7.22％。

發明內容

本發明解決的技術問題在于克服現有的以復合氧化物為載體的釕基氨合成催化劑所存在的比表面積小、抗水合性差、催化活性低的缺陷，進而提供一種具有較大比表面積、良好的抗水合性及高催化活性的釕基氨合成催化劑及其制備方法。

為此，本發明實現上述目的的技術方案為：

一種釕基氨合成催化劑，包括載體及負載于所述載體上的活性組分和助劑，所述活性組分為釕；

所述助劑為釤和鉭；

所述載體為氮摻雜的鎂鋁水滑石的焙燒產物，所述焙燒產物中含有30～60v％的尖晶石相。

氮元素的摻雜量以質量計為鎂鋁水滑石質量的1～10％。

所述鎂鋁水滑石中鎂與鋁的摩爾比為(0.6～2.9):1。

所述氮摻雜的鎂鋁水滑石由如下方法制得：

將含氮前驅體溶于水配成含氮溶液，采用浸漬法將所述含氮溶液負載于所述鎂鋁水滑石上，而后加熱使之干燥，并于190～200℃下焙燒0.5～2h，即得所述氮摻雜的鎂鋁水滑石。

所述含氮前驅體為尿素、氨水或水合肼。

所述焙燒是在氮氣和/或氨氣氣氛中進行的。

所述載體是由如下方法制得：