[发明专利]用于NH3合成和裂化的金属修饰的钡钙铝氧化物催化剂及其形成方法

说明书

用于NH₃裂化和/或合成的催化剂通常包括用钌、钴或二者修饰的钡钙铝氧化物化合物。这些催化剂可以结合至金属结构上，这改善了导热性和气体传导性。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求如下美国临时专利申请序列号的优先权和权益：2019年1月31日提交的62/799,595(“Metal-Decorated Barium Calcium AluminumOxide Catalyst for Cracking NH₃”)；2019年2月5日提交的62/801,578(“MetalMonolith Supported Catalysts for NH₃ Synthesis and Cracking”)；和2019年11月6日提交的62/931,537(“Cobalt-Decorated Barium Calcium Aluminum Oxide for NH₃Synthesis and Cracking”，其各自通过引用以其整体并入本文。

本申请涉及2018年5月15日提交的名称为“Metal-Decorated Barium CalciumAluminum Oxide and Related Materials for NH₃Catalysis”的国际公开号WO 2018/213305。它通过引用以其整体并入本文。

技术领域

公开文本涉及用于如下二者的催化剂：(1)将氨裂化(crack)为氮气、氢气和氨的混合物和(2)由氮气和氢气的混合物合成氨。本文还描述了制造催化剂和使用催化剂裂化和/或合成NH₃的方法。

背景技术

人类导致的二氧化碳(CO₂)排放导致全球变暖、气候变化和海洋酸化，其每一个均威胁人类的持续经济发展和安全。为了应对这种威胁，工业化国家和发展中国家都积极寻求基本无CO₂排放的能源。虽然已经广泛开发了几种无CO₂能源产生选项，但目前没有一种包括可行的无CO₂燃料。

氨(NH₃)可以根据如下反应式(1)作为燃料燃烧：

4NH₃(g)+3O₂→2N₂+6H₂O(g)+热量 (1)

如果将NH₃热重整为氢气和氮气，则NH₃可直接用作无碳燃料或用作氢源。它还可以用于NH₃、H₂和N₂的混合物中以使其燃烧特性适合特定的工艺或设备。与气态氢、液态氢或电池组相比，它具有更高的能量密度，更容易的储存条件和更便宜的长期储存和配送。

生产氨的主要工业程序是Haber-Bosch工艺，如下列反应式(2)所示：

N₂ (g) + 3 H₂(g) → 2 NH₃ (g) (ΔH ＝ -92.2 kJ/mol) (2)

在2005年，Haber-Bosch氨合成每生产1吨NH₃平均产生约2.1吨CO₂；大约三分之二的CO₂产量来自烃的蒸汽重整以生产氢气，而剩余的三分之一来自烃燃料燃烧，为合成工厂提供能量。到2005年，大约75％的Haber-Bosch NH₃工厂使用天然气作为进料和燃料，而其余使用煤或石油。Haber-Bosch NH₃合成消耗约3％至5％的全球天然气产量和约1％至2％的全球能量产量。