[发明专利]氨合成催化剂结构体及其制造方法、氨合成装置以及氨的合成方法

说明书

本发明提供一种能抑制催化活性降低而实现寿命延长的氨合成催化剂结构体及其制造方法、氨合成装置以及氨的合成方法。氨合成催化剂结构体(1)具备：多孔质结构的载体(10)，由沸石型化合物构成；以及至少一种包含金属的平均粒径为0.7nm～5nm的氨合成催化剂物质，存在于所述载体(10)内，所述载体(10)具有相互连通的、平均内径为0.50nm～0.64nm的通道(11)，所述氨合成催化剂物质存在于所述载体(10)的至少所述通道(11)。

技术领域

本发明涉及一种具备多孔质结构的载体和金属微粒等氨合成催化剂物质的氨合成催化剂结构体及其制造方法、氨合成装置以及氨的合成方法。

背景技术

氨是作为硫酸铵、尿素肥料等人工肥料的原料对于谷物生产不可或缺的化合物。作为氨合成方法，已知有哈伯-博施(Haber-Bosch)法。哈伯-博施法在400～600℃、20～100MPa的条件下使氮与氢的混合气体直接反应。此外，在哈伯-博施法中，使用以Fe₃O₄为主要成分的铁系催化剂。为了满足哈伯-博施法所要求的上述高温高压条件，对氨合成装置要求耐热性、耐压性，因此氨合成装置复杂化。为了避免氨合成装置的复杂化，需要能在低温低压条件下进行的氨合成方法。

因此，作为能在低温低压条件下进行的氨合成方法，提出了：将选自由Mo、W、Re、Fe、Co、Ru以及Os构成的组中的一种金属或者选自由Fe和Ru、Ru和Re以及Fe和Mo构成的组中的金属组合用作氨合成催化剂(专利文献1)。

此外，在专利文献1中，公开了：在能在低温低压条件下进行的氨合成方法中，也进行了对氨合成催化剂并用载体来提高活性。作为上述载体，例如可使用：氧化镁、氧化铝、石墨、铈、镁氧(magnesia)等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-217384号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在如上所述的催化剂结构体中，催化剂粒子担载于载体的表面或表面附近，因此，在氨合成中，由于从包含原料的流体受到的力、热等的影响，催化剂粒子在载体内移动，容易发生催化剂粒子彼此的凝聚(烧结)。若发生催化剂粒子彼此的凝聚，则因作为催化剂的有效表面积减少而催化活性降低，由此寿命比通常短，因此，必须在短期内对催化剂结构体自身进行更换/再生，存在更换作业繁杂，并且无法谋求资源节约的问题。

本发明的目的在于，提供一种能抑制催化活性降低而实现寿命延长的氨合成催化剂结构体及其制造方法、氨合成装置以及氨的合成方法。

技术方案

本发明人等为了达成上述目的而反复进行了深入研究，结果发现了如下事实，并基于该发现而完成了本发明，即，可得到一种氨合成催化剂结构体，其具备：多孔质结构的载体，由沸石型化合物构成；以及至少一种包含金属的氨合成催化剂物质，存在于所述载体内，所述载体具有相互连通的通道，所述氨合成催化剂物质存在于所述载体的至少所述通道，由此，能抑制氨合成催化剂物质的催化活性降低，实现寿命延长。

即，本发明的主旨构成如下。

[1]一种氨合成催化剂结构体，其特征在于，具备：多孔质结构的载体，其由沸石型化合物构成；以及至少一种包含金属的平均粒径为0.7nm～5nm的氨合成催化剂物质，其存在于所述载体内，所述载体具有相互连通的、平均内径为0.50nm～0.64nm的通道，所述氨合成催化剂物质存在于所述载体的至少所述通道。

[2]根据[1]所述的氨合成催化剂结构体，其特征在于，所述通道具有：由所述沸石型化合物的骨架结构划定的一维孔、二维孔以及三维孔中的任一种；以及扩径部，与所述一维孔、所述二维孔以及所述三维孔中的任一种均不同，并且所述氨合成催化剂物质至少存在于所述扩径部。