[發(fā)明專利]適用于煤化學(xué)鏈制氨中的催化載氮體及其制備方法

在審

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• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN110711593A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳燁;張權(quán);劉巖;高原;劉冬
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: B01J27/12
• 分類號: B01J27/12;B01J23/10;C01C1/02
• 代理公司: 32203 南京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 劉海霞

本發(fā)明公開一種適用于煤化學(xué)鏈制氨過程中的催化載氮體及其制備方法。所述的催化載氮體按質(zhì)量百分比計包括20％～30％鋁基載氮體γ?氧化鋁，3％吸氮反應(yīng)催化劑和67％～77％釋氮反應(yīng)催化載體氧化鈦。催化載氮體可以通過機械混合法或過量浸漬法制備。本發(fā)明的催化載氮體吸氮溫度為800～1000℃，釋氮溫度為1200～1500℃，氮遷移能力高，循環(huán)穩(wěn)定性好，氨氣產(chǎn)量高，在60～70min內(nèi)轉(zhuǎn)化率可達到60％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化載氮體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于煤化學(xué)鏈制氨過程中的催化載氮體及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，氨作為一種清潔高效的可燃氣體已經(jīng)成為眾多學(xué)者的重點研究對象之一。相對于氫氣來說，氨的燃燒熱值更高且產(chǎn)物為清潔的水蒸氣和氮氣。此外，氨更容易液化，其儲存及運輸成本也大大降低。因此，氨作為第二代清潔能源，其合成技術(shù)得到了大力的發(fā)展。

目前約90％的工業(yè)用氨是通過哈博法制得，即將氮氣和氫氣在高溫高壓與催化劑的作用下合成獲得。但是該反應(yīng)轉(zhuǎn)化效率低下，能耗很大,并且該反應(yīng)受到熱力學(xué)平衡的限制，在高溫下的單程轉(zhuǎn)化率較低，僅僅只有15％～20％(J.R.Bartels,Dissertations&Theses-Gradworks,2008；Y.Wu,etal,ChemCommun,53(2017)10664-106 67)。因此，為了進一步提高合成氨技術(shù)的經(jīng)濟性，Gálvez等人提出了一個兩步反應(yīng)制氨的方法，其機理可以表示為：

吸氮反應(yīng)：3C+N₂+Al₂O₃＝2AlN+3CO，

釋氮反應(yīng)：2AlN+3H₂O＝Al₂O₃+2NH₃。

反應(yīng)中，碳源、氮氣及氧化鋁價格低廉，極易獲得。同時，該反應(yīng)所需溫度較低，氨氣轉(zhuǎn)化率高，對新能源的開發(fā)與運用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種適用于煤化學(xué)鏈制氨過程中的催化載氮體及其制備方法。所述的催化載氮體將載氮體以鋁基載氮體、吸氮反應(yīng)催化劑、釋氮反應(yīng)催化載體為一體，將吸氮過程和釋氮過程有機結(jié)合，實現(xiàn)載氮體高效的交替循環(huán)吸氮-釋氮反應(yīng)，具有氮遷移能力高、反應(yīng)活性好、能進行多次循環(huán)不易失活的特點。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

適用于煤化學(xué)鏈制氨過程中的催化載氮體，所述的催化載氮體按質(zhì)量百分比計，包括20％～30％鋁基載氮體γ-氧化鋁，3％吸氮反應(yīng)催化劑和67％～77％釋氮反應(yīng)催化載體氧化鈦。

優(yōu)選地，所述的催化載氮體的平均粒度為3～4μm。

優(yōu)選地，所述的吸氮反應(yīng)催化劑選自氟化鈣或氧化釔或。

上述煤化學(xué)鏈制氨過程中的催化載氮體的制備方法，采用機械混合法，具體步驟如下：

將20wt％～30wt％γ-氧化鋁、3wt％吸氮反應(yīng)催化劑、67wt％～77wt％釋氮反應(yīng)催化載體混合，研磨和篩分，制得煤化學(xué)鏈制氨過程中的催化載氮體。

另一種上述煤化學(xué)鏈制氨過程中的催化載氮體的制備方法，采用過量浸漬法，包括以下步驟：

將20wt％～30wt％γ-氧化鋁、3wt％吸氮反應(yīng)催化劑、67wt％～77wt％釋氮反應(yīng)催化載體進行混合，加水，在70～80℃下攪拌至混合均勻，再在氬氣氣氛下，置于500～700℃下煅燒，研磨和篩分得到塊狀的催化載氮體。

優(yōu)選地，所述的攪拌時間為2～3h。

優(yōu)選地，所述的混合粉末的質(zhì)量與水的質(zhì)量體積比為1:10。

優(yōu)選地，所述的煅燒時間為12～24h。