[發明專利]用于在中壓系統中催化燃燒氨以形成氮氧化物的催化劑系統和方法

在審

• 申請號: 202080008404.9
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN113286655A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: W·波爾;D·邁爾
• 申請（專利權）人: 賀利氏德國有限兩合公司
• 主分類號: B01J35/00
• 分類號: B01J35/00;B01J23/46;B01D53/86;B01J35/06;F01N3/00;C01B21/26;B01J19/24
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 唐秀玲;林柏楠

用于氨催化燃燒以形成氮氧化物的已知催化劑系統由多個由鉑基貴金屬絲經編、緯編或紡織的單層或多層催化劑網組成，當它們在新鮮氣體流動方向上一個接一個地排列時，形成網層前組和至少一個排列在前組后面的網層下游組。為了提供一種用于氨氧化的中壓裝置的催化劑系統，利用該催化劑系統可以實現主要產物NO的長使用壽命和高收率，根據本發明：前組包括由第一富銠貴金屬絲制成的一個網層或多個網層，其中由富銠貴金屬絲制成的一個網層或多個網層中的一個為面向新鮮氣體的最前網層，下游組包括由第二條貧銠貴金屬絲制成的網層，其中富銠貴金屬絲中的銠含量為至少7重量％且不超過9重量％并且比貧銠貴金屬絲中的銠含量高至少一個百分點。

技術領域

本發明涉及一種用于在中壓裝置中催化燃燒氨以形成氮氧化物的催化劑系統，該系統具有多個由鉑基貴金屬絲經編、緯編或紡織的單層或多層催化劑網，其在新鮮氣體流動方向上一個接一個地排列時，形成網層前組和至少一個排列在前組后面的網層下游組。

此外，本發明涉及一種在中壓裝置中通過使含有氨和氧氣的新鮮氣體通過催化劑系統來燃燒氨從而催化燃燒氨以形成氮氧化物的方法。

根據奧斯特瓦爾德法，通過非均相貴金屬催化氧化氨與氧氣以形成氮氧化物，以工業規模生產硝酸，用于化學工業和肥料生產。

背景技術

用于此目的的催化劑系統安裝在流動反應器的反應區中與新鮮氣體流動方向垂直的平面內，多個催化劑網通常一個接一個地排列并組合形成所述催化劑包。

催化劑網由單層或多層由細貴金屬絲制成的緯編、紡織或經編織物組成。貴金屬絲主要由鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)或這些金屬的合金組成。

氨氧化可在低壓(1-3巴；PtRh10)、中壓(3.5-7巴；PtRh5)或高壓(8-14巴，PtRh3)下進行。括號中給出了通常用于各個壓力范圍的二元PtRh合金，數字表示以重量百分數表示的銠含量。

由DE 101 05 624 A1已知一種用于氨催化氧化的流動反應器，其中催化劑系統為多個平行催化劑網的包的形式。該包布置在反應區中，使得由催化劑網跨越的平面垂直于含有待轉化試劑的流體的流動方向延伸。為了改進催化反應的選擇性和催化活性以及催化劑包的機械強度和使用壽命，提出了使用三維經編催化劑網，其中各個網眼層通過絨線相互連接。網眼線和絨線由相同的材料組成；例如PtRh5或PtRh8。

EP 3 056 267 A1提出了一種用于減少中壓氨氧化過程中N₂O形成的改性貴金屬催化劑網，其中由Pd或富Pd合金構成的緯編貴金屬絲制成的網眼層具有組成不同的第二貴金屬絲，例如由含有1-10％Rh的PtRh合金制成，引入其中以進行增強。為了測定改性催化劑網的催化性能，按照工業標準將其與其他催化劑網一起安裝在測試反應器中，并測定了在5巴壓力和890℃溫度下隨著時間產生的N₂O量。作為此處的標準，使用經編或(緯)編催化劑網，其由貴金屬絲制成，貴金屬絲由直徑為76μm的PtRh5合金構成，克重(克/平方米)為600g/m²。

由WO 01/87771A1已知的用于減少一氧化二氮(其在氨和氧的催化燃燒以形成氮氧化物中形成)的催化劑系統包括在新鮮氣體流動方向上的至少第一催化劑網和至少第二催化劑網。催化劑網均通過纖維的緯編、經編、紡織或隨機鋪設生產。第一催化劑網由具有5-10重量％銠的PtRh合金組成，第二催化劑網由具有至少92重量％鈀和2-4重量％銠、余量為鉑的PdRh合金組成。或者，第二催化劑網由82-83重量％鈀和2.5-3.5重量％銠、余量為鉑組成。在進一步的實施方案中，前催化劑網由具有8重量％銠的PtRh合金組成，后催化劑網由具有3重量％銠、15重量％鉑和余量鈀的PdRhPt合金組成。將裝有催化劑系統的反應器中生成的N₂O量與工業反應器進行比較，該工業反應器在4.8巴的反應器壓力和880℃的溫度下運行，并裝有兩種標準催化劑系統，其中一種是由PtRh5和PdNi5網構成的催化劑包，另一種是由PtRh5和PdNi5網構成的催化劑包。