[发明专利]用于在中压系统中催化燃烧氨以形成氮氧化物的催化剂系统和方法

说明书

用于氨催化燃烧以形成氮氧化物的已知催化剂系统由多个由铂基贵金属丝经编、纬编或纺织的单层或多层催化剂网组成，当它们在新鲜气体流动方向上一个接一个地排列时，形成网层前组和至少一个排列在前组后面的网层下游组。为了提供一种用于氨氧化的中压装置的催化剂系统，利用该催化剂系统可以实现主要产物NO的长使用寿命和高收率，根据本发明：前组包括由第一富铑贵金属丝制成的一个网层或多个网层，其中由富铑贵金属丝制成的一个网层或多个网层中的一个为面向新鲜气体的最前网层，下游组包括由第二条贫铑贵金属丝制成的网层，其中富铑贵金属丝中的铑含量为至少7重量％且不超过9重量％并且比贫铑贵金属丝中的铑含量高至少一个百分点。

技术领域

本发明涉及一种用于在中压装置中催化燃烧氨以形成氮氧化物的催化剂系统，该系统具有多个由铂基贵金属丝经编、纬编或纺织的单层或多层催化剂网，其在新鲜气体流动方向上一个接一个地排列时，形成网层前组和至少一个排列在前组后面的网层下游组。

此外，本发明涉及一种在中压装置中通过使含有氨和氧气的新鲜气体通过催化剂系统来燃烧氨从而催化燃烧氨以形成氮氧化物的方法。

根据奥斯特瓦尔德法，通过非均相贵金属催化氧化氨与氧气以形成氮氧化物，以工业规模生产硝酸，用于化学工业和肥料生产。

背景技术

用于此目的的催化剂系统安装在流动反应器的反应区中与新鲜气体流动方向垂直的平面内，多个催化剂网通常一个接一个地排列并组合形成所述催化剂包。

催化剂网由单层或多层由细贵金属丝制成的纬编、纺织或经编织物组成。贵金属丝主要由铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或这些金属的合金组成。

氨氧化可在低压(1-3巴；PtRh10)、中压(3.5-7巴；PtRh5)或高压(8-14巴，PtRh3)下进行。括号中给出了通常用于各个压力范围的二元PtRh合金，数字表示以重量百分数表示的铑含量。

由DE 101 05 624 A1已知一种用于氨催化氧化的流动反应器，其中催化剂系统为多个平行催化剂网的包的形式。该包布置在反应区中，使得由催化剂网跨越的平面垂直于含有待转化试剂的流体的流动方向延伸。为了改进催化反应的选择性和催化活性以及催化剂包的机械强度和使用寿命，提出了使用三维经编催化剂网，其中各个网眼层通过绒线相互连接。网眼线和绒线由相同的材料组成；例如PtRh5或PtRh8。

EP 3 056 267 A1提出了一种用于减少中压氨氧化过程中N₂O形成的改性贵金属催化剂网，其中由Pd或富Pd合金构成的纬编贵金属丝制成的网眼层具有组成不同的第二贵金属丝，例如由含有1-10％Rh的PtRh合金制成，引入其中以进行增强。为了测定改性催化剂网的催化性能，按照工业标准将其与其他催化剂网一起安装在测试反应器中，并测定了在5巴压力和890℃温度下随着时间产生的N₂O量。作为此处的标准，使用经编或(纬)编催化剂网，其由贵金属丝制成，贵金属丝由直径为76μm的PtRh5合金构成，克重(克/平方米)为600g/m²。

由WO 01/87771A1已知的用于减少一氧化二氮(其在氨和氧的催化燃烧以形成氮氧化物中形成)的催化剂系统包括在新鲜气体流动方向上的至少第一催化剂网和至少第二催化剂网。催化剂网均通过纤维的纬编、经编、纺织或随机铺设生产。第一催化剂网由具有5-10重量％铑的PtRh合金组成，第二催化剂网由具有至少92重量％钯和2-4重量％铑、余量为铂的PdRh合金组成。或者，第二催化剂网由82-83重量％钯和2.5-3.5重量％铑、余量为铂组成。在进一步的实施方案中，前催化剂网由具有8重量％铑的PtRh合金组成，后催化剂网由具有3重量％铑、15重量％铂和余量钯的PdRhPt合金组成。将装有催化剂系统的反应器中生成的N₂O量与工业反应器进行比较，该工业反应器在4.8巴的反应器压力和880℃的温度下运行，并装有两种标准催化剂系统，其中一种是由PtRh5和PdNi5网构成的催化剂包，另一种是由PtRh5和PdNi5网构成的催化剂包。