[发明专利]硝酸生产中氨的低温氧化

说明书

技术领域

本发明涉及在硝酸生产中采用所选的钙钛矿组合物作为催化剂用于将氨低温氧化成氮氧化物。更具体地，本发明涉及采用某些含镧和含锶的钙钛矿作为催化剂选择性氧化氨并高产在硝酸生产中有用的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)的混合物。

背景技术

硝酸是一种强的一元无机酸，在许多工业方法以及许多有用物品的制造中使用该氧化性酸的水溶液。

通过将氨氧化成一氧化氮(NO)、将一氧化氮进一步氧化成二氧化氮(NO₂)并将二氧化氮吸收到水中来工业规模地制造硝酸。已使用铂网将氨催化氧化成NO，但该反应在大气压下需要810至850℃的温度、或者在0.8MPa下需要920至940℃的温度用于合适的氨转化并获得期望的氮氧化物。并且昂贵的贵金属(优质铂-合金网)由于氧化铂的挥发而从网上逐渐损失。需要更低成本和更低温度的方法来将氨氧化成合适的氮氧化物以制得硝酸。

发明内容

已经发现可制备一些钙钛矿型组合物并将其用于在例如约400℃至约450℃的温度范围内(远低于500℃的温度)将氨氧化成一氧化氮和二氧化氮的混合物。这些组合物为La_1-xSr_xCoO₃、La_1-xSr_xMnO₃和La_1-xSr_xFeO₃，其中代表锶和镧的原子比(合计为1)的x的值适于在约0.1至0.3的范围内。将一种或多种这些组合物的钙钛矿型催化剂制成细粒支撑于保持在氧化温度下的流通式反应器的表面上。包含合适比例的氨、氧和氮的气流在适于催化剂的体积或表面积的体积流速下流过催化剂。例如，气流可由氨、氧和氮的混合物组成。在一些实施方式中，空气可用来提供氧。这样的氨和氧的混合物可包含至多约百分之十体积的氨和用于氧化反应的至少化学计量比量的氧。氨基本上选择性地氧化成一氧化氮(NO，又称氧化氮)和二氧化氮(NO₂)的混合物。水作为副产物生成。

可通过已知方法将流经载有催化剂的氧化反应器表面的含有NO和NO₂的气流冷却并加工成硝酸。例如，可将气流经过第二氧化步骤，其中将混合气流中的NO氧化成NO₂。含NO₂的气流随后循环通过吸收塔，其中将NO₂吸收到水中形成HNO₃溶液。酸的水溶液在吸收塔中再循环直到在水中获得合适浓度的硝酸以用于进一步的下游工艺。

根据本发明的实施方式，在硝酸合成的第一步中以能进行规定的、较低温度氧化氨的方式使用含镧和含锶的钙钛矿组合物。在一个优选的实施方式中，在多通道、高催化剂表面积、流通式氧化反应器器壁上以钙钛矿组合物的细粒刷涂(wash coat)涂层的形式制备并使用La_1-xSr_xCoO₃和/或La_1-xSr_xMnO₃和/或La_1-xSr_xFeO₃材料。例如，反应器主体可以是挤出的、圆柱形、堇青石蜂窝状体，其具有从蜂窝状体的入口面延伸至出口面的许多平行的开口通道。在一个合适的实施方式中，挤出体在入口和出口面的每平方英寸的表面积上具有400个通道开口。如下面说明书中所描述的，将一种或多种La_1-xSr_xCoO₃和/或La_1-xSr_xMnO₃和/或La_1-xSr_xFeO₃材料的细颗粒的水分散液应用并烘焙到挤出体的通道壁上。

可将制备的催化剂体支撑并限制在被加热到约400至450℃的氧化温度的、合适的末端开口的、圆柱形金属体内。在氮气等中适度稀释的氨和氧的气流，以用于将氨基本上完全地并选择性地氧化成NO和NO₂的混合物的流速通过多通道催化剂体。如上所述，这种混合氮氧化物气流是硝酸制备的一种重要(和现在相对低成本)的中间产物。

本发明的其它目的和优势在本说明书随后优选实施方式的描述和阐述中将会是显而易见的。在这些描述中，参考了在本说明书下一部分中描述的附图。

附图说明