[發明專利]一種負載型釕鎳合金氨合成催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210502831.3
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114797894A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 張慶偉;牛鵬宇;李富菊;王明斌;張科德
• 申請（專利權）人: 山西潞寶集團焦化有限公司
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J37/16;C01C1/04
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種負載型釕鎳合金氨合成催化劑及其制備方法和應用。為實現催化劑中金屬釕和鎳的緊密接觸，使氨合成反應在相對較低的反應溫度和壓力下進行，并獲得高氨氣生成速率，本發明以釕鎳合金為催化劑活性組分，以鈰鈦復合氧化物為載體。催化劑中，釕鎳原子摩爾比為1:(0.1?0.6)，釕鎳合金在載體上的負載量為1?8％。鈰鈦復合氧化物中鈰鈦原子比為1:(1?10)。催化劑活性組分中釕鎳金屬原子有助于提高催化劑低溫低壓氨合成活性，釕鎳合金與鈰鈦復合氧化物載體之間的強相互作用提高了催化劑的穩定性。本發明提供的制備方法簡潔，催化氨合成效果好，具備工業應用前景。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種負載型釕鎳合金氨合成催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氨(NH₃)是關系國計民生的基礎化工原料，廣泛用于化肥、環保、制冷等領域。同時，NH₃作為氫經濟的理想能源載體和未來無碳燃料引起廣泛的關注。工業固氮中的Haber-Bosch工藝需要高溫(400～500℃)和高壓(20～40MPa)。從國內煤制合成氨工藝來看，原料、蒸汽、設備消耗分別占了合成氨總成本的59％、15％、11％。由于反應消耗大量氫氣，且需要在高溫高壓下操作，所以傳統的工藝能耗較大。在現代綠色化學環境下，將可再生的N₂轉化為氨氣作為一種生產“綠色能源”的工藝，以及逆過程氨分解制氫成為當下的研究熱點。

為了減少氨合成反應所需的高能耗，關鍵在于研發溫和條件下仍具有高活性和高穩定性的合成氨催化劑。由于釕基催化劑在低溫低壓下具有優越的氨合成催化性能，引起氨合成領域的廣泛關注。但是，釕是一種稀有金屬，高昂的價格不利于工業化試驗應用推廣。如何精確構建活性位點，提升催化性能，提高金屬釕原子經濟，是釕基催化劑走向工業應用需要解決的技術問題。

當前，在釕基催化劑中加入第二金屬，通過雙金屬與金屬釕的協同催化效應來達到減少釕的使用量并提高催化性能。在2006年，Yang等報道了含第二金屬鐵、鈷、鎳、鉬的釕基氨合成催化劑具有優異的活性(Yang,Z.；Guo,W.；Lin,J.；Liao,D.Supported Catalystswith Ru-M(M＝Fe,Co,Ni,Mo)Bimetallic Active Centers for AmmoniaSynthesis.Chinese.J.Catal.2006,27,378-380)。中國專利CN112058277A公開了一種用于氨合成的高活性催化劑及其制備方法，以釕、鈷雙金屬為活性組分制備氨合成催化劑，在低溫低壓下氨合成具有較高活性。

釕鎳催化劑已經在氨合成反應中表現出較高活性。但常規共浸漬法制備的釕鎳基氨合成催化劑不能保證催化劑上金屬釕和金屬鎳完全緊密接觸，常存在孤立的金屬釕和金屬鎳位點，使得催化劑不能充分形成釕鎳雙金屬活性組分。本發明采用直接定向制備釕鎳合金的方法，精準構建金屬釕鎳使其具有特定的活性位點，提高釕基氨合成催化劑的性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題之一在于構建以釕鎳雙金屬為催化劑活性組分的氨合成催化劑。本發明要解決的技術問題之二在于提供上述催化劑制備方法，制備釕鎳合金，實現金屬釕和鎳的緊密接觸。本發明要解決的技術問題之三在于提供上述催化劑在氨合成反應中的應用，使氨合成反應在相對較低的反應溫度和壓力下進行，并獲得高氨氣生成速率。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種負載型釕鎳合金氨合成催化劑，所述催化劑以釕鎳合金為活性組分、以鈰鈦復合氧化物為載體，所述釕鎳合金中的釕鎳原子摩爾比為1：0.1～0.6，所述鈰鈦復合氧化物中鈰鈦原子摩爾比為1：1～10，釕鎳合金在載體上的負載量為1～8％。

一種負載型釕鎳合金氨合成催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，鈰鈦復合氧化物載體的制備：