一種鎳基氨分解制氫氮混合氣催化劑的製備方法和應用的製作方法
2023-07-21 11:58:41
專利名稱：一種鎳基氨分解制氫氮混合氣催化劑的製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於氨分解制氫氮混合氣催化劑。
本發明還涉及一種上述催化劑的製備方法。
背景技術：
氨分解催化劑主要應用於環境保護領域和還原氣、保護氣領域。在環境保護領域，通常將煉廠氣及焦爐氣通過氨分解催化劑使其中所含的氨氣分解為無毒的氫和氮的混合氣加以回收利用或排放以達到減輕環境汙染的目的；在還原氣、保護氣領域，由氨經催化分解產生的氫氮混合氣可以進一步分離製取純氫，也可以直接作為還原氣或保護氣廣泛用於浮法玻璃、粉末冶金、電子等行業。
如中國專利CN 1031636C中所述，早期氨分解領域使用的鐵基催化劑雖然分解溫度較低，但催化劑穩定性不好，壽命只有一個月左右。目前國內外氨催化分解制氫氮混合氣領域普遍使用的是傳統的鎳基催化劑。該催化劑的使用溫度約為800℃至900℃，原料氨的進料空速一般為600h-至1000h-。根據中國專利CN 1031636C中所述，該系列催化劑一般在800℃的反應溫度下反應尾氣中殘氨含量約為800ppm。現有的鎳基氨分解催化劑雖然與鐵基催化劑相比具有穩定性好的優點，但仍存在氨分解溫度高、能耗大、單位體積催化劑處理量小引起設備龐大、操作成本和設備製造成本高，分解溫度高引起設備能耗大，易腐蝕等缺點。
中國專利CN 1245737A介紹了一種Al2O3或MgO為載體的鉬鎳氨分解催化劑，在反應溫度為650℃，氨空速為900h-時尾氣中殘氨濃度可以達到700ppm；在反應溫度為700℃，氨空速為1800h-時尾氣中殘氨濃度可以達到600ppm；在反應溫度為650℃，氨空速為1800h-時尾氣中殘氨濃度可以達到3300ppm。該催化劑與上面提到的傳統鎳基催化劑相比，氨分解溫度有所降低，氨空速也有所增加。
發明內容
本發明的目的在於提供一種鎳基氨分解制氫氮混合氣催化劑。本發明所提供的催化劑由主活性組份鎳、一種或幾種助劑和載體組成。催化劑的製備可以採用先擔載鎳後擔載助劑的方法，也可以採用先擔載助劑後擔載鎳的方法，也可以將鎳組份和助劑同時擔載在載體上，其中以鎳組份和助劑同時擔載的方法效果最佳。
上述催化劑中的鎳重量百分含量為1-40％，最佳的鎳重量百分含量為10-30％。
上述催化劑中的載體可以是SiO2或Al2O3中的一種，其中以Al2O3為最佳。
上述催化劑中的助劑為IA、IIA、IIIB、VIII或稀土元素，如Li、K、Mg、Y、Fe、Co、La及其化合物中的一種或幾種，其中以La為最佳。較佳的助劑組分重量百分含量為0.1-20％，最佳的助劑重量百分含量為2-10％。
本發明所提供的催化劑，按下述過程製備(a)以含Ni和助劑的溶液浸漬載體；(b)將步驟a得到的浸有Ni和助劑的溶液的載體乾燥並焙燒。
上述作為催化劑主活性組份的鎳可以來源於任何一種鎳的化合物，其中以Ni(NO3)2最佳。
上述催化劑製備過程中催化劑的乾燥溫度為20-200℃，較佳的乾燥溫度為60-120℃，較佳的乾燥時間為1-24小時；催化劑的焙燒溫度為200-1200℃，較佳的焙燒溫度為300-800℃，較佳的焙燒時間為1-24小時。
為獲得更佳的使用效果，催化劑在使用之前需進行活化。活化時所使用的活化氣體為氫或氫與氮或與惰性氣體的混合氣。其中以含氫混合氣的活化效果最佳。含氫混合氣中較佳的氫含量為1-30％，最佳的氫含量為4-12％。
按本發明提供的方法製備的催化劑，其特點是具有比目前工業上使用的以及上述背景技術中描述的專利提供的催化劑具有更低的氨分解溫度、更高的氨進料空速及更低的尾氣殘氨含量。使用按本發明製備的催化劑，在反應溫度為650℃，氨進料空速為12000h-的反應條件下，尾氣中殘氨含量可以控制在400ppm以下。
具體實施例方式
下面通過實例對本發明的技術給予進一步說明。
實施例1催化劑「A」組成為Ni/Li/Al2O3，Ni∶Li∶Al2O3＝20∶6∶74(重量比)。催化劑「A」的製備過程如下(a)以含2g Ni和0.6gLi的硝酸鎳和硝酸鋰的混合水溶液8ml浸漬7.4g載體Al2O3。
(b)將步驟a得到的浸有Ni和Li的催化劑於110℃乾燥4小時，接著於600℃空氣氣氛中焙燒6小時，得到催化劑「A」。
實施例2催化劑「B」組成為Ni/Mg/Al2O3，Ni∶Mg∶Al2O3＝20∶6∶74(重量比)。Mg的來源為硝酸鎂。催化劑「B」的製備過程與催化劑「A」相同。
實施例3催化劑「C」組成為Ni/Fe/Al2O3，Ni∶Fe∶Al2O3＝20∶6∶74(重量比)。Fe的來源為硝酸鐵。催化劑「C」的製備過程與催化劑「A」相同。
實施例4催化劑「D」組成為Ni/La/Al2O3，Ni∶La∶Al2O3＝20∶6∶74(重量比)。La的來源為硝酸鑭。催化劑「D」的製備過程與催化劑「A」相同。
實施例5催化劑「E」組成為Ni/La/Al2O3，Ni∶La∶SiO2＝20∶6∶74(重量比)。催化劑「E」的製備過程如下(a)以含2g Ni和0.6gLa的硝酸鎳和硝酸鑭的混合水溶液12ml浸漬7.4g載體SiO2。
(b)將步驟a得到的浸有Ni和La的催化劑於110℃乾燥4小時，接著於600℃空氣氣氛中焙燒6小時，得到催化劑「E」。
上述催化劑對氨分解制氫氮混合氣的催化性能如表1。
表1不同催化劑對氨分解制氫氮混合氣的催化性能催化劑 A B C D E尾氣殘氨含量 1620 1190860 360 740/ppm(V)注反應溫度650℃；反應壓力常壓；氨進料空速12000h-；反應時間90h實施例6表2給出了催化劑「D」在1006小時的反應時間內氨分解尾氣中的殘氨含量。
表2催化劑「D」在1006小時的反應時間內氨分解尾氣中的殘氨含量
注反應溫度650℃；反應壓力常壓；氨進料空速12000h-由上述對本發明所提供的催化劑及其製備過程的描述和實例說明，本發明提供的催化劑，具有氨分解溫度低、允許的氨進料空速高、尾氣殘氨含量低等特點，與目前工業使用的鎳基催化劑相比，氨分解溫度可降低大約150℃，催化劑裝量只有原來的約1/20，設備體積大大減小，尾氣殘氨量顯著降低，氨分解耗電量降低約1/2-1/3，設備生產成本和操作成本都顯著降低。
權利要求
1.一種鎳基氨分解制氫氮混合氣催化劑，其主活性組份為Ni；載體為SiO2或Al2O3；助劑為IA、IIA、IIIB、VIII或稀土元素中的一種或幾種；其中鎳重量百分含量為1-40％；其中助劑組分重量百分含量為0.1-20％。
2.如權利要求1所述的催化劑，其特徵在於，所述載體為Al2O3。
3.按權利要求1所述的催化劑，其特徵在於，所述鎳重量百分含量為10-30％
4.按權利要求1所述的催化劑，其特徵在於，所述助劑為Li、K、Mg、Y、Fe、Co、La及其化合物中的一種或幾種。
5.按權利要求1或3所述的催化劑，其特徵在於，所述助劑重量百分含量為2-10％。
6.一種製備權利要求1所述催化劑的方法，其主要步驟為以含Ni和助劑的溶液浸漬載體，20-200℃乾燥1-24小時，200-1200℃焙燒1-24小時；其中鎳來源於任何一種鎳的化合物；
7.按權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述浸漬載體為先擔載鎳，然後擔載助劑。
8.按權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述浸漬載體為先擔載助劑，然後擔載鎳。
9.按權利要求6、7或8所述的製備方法，其特徵在於，所述鎳為Ni(NO3)2。
10.按權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述催化劑乾燥溫度為60-120℃，焙燒溫度為300-800℃。
11.按權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述催化劑使用前進行活化，活化氣體為氫或氫與氮或與惰性氣體的混合氣，混合氣中氫含量為1-30％。
12.如權利要求11所述的製備方法，其特徵在於，所述活化氣體為含氫混合氣，混合氣中氫含量為4-12％。
13.如上述任一項權利要求所述的催化劑在氨分解制氫氮混合氣中的應用。
全文摘要
一種鎳基氨分解制氫氮混合氣催化劑，其主活性組份為Ni；載體為SiO
文檔編號B01D53/58GK1506299SQ0215594
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月12日 優先權日2002年12月12日
發明者呂元, 丁雲傑, 金明, 元 呂 申請人:中國科學院大連化學物理研究所