用于分解N*O的催化剂,其用途及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种在硝酸生产过程中用于分解Ｎ＃－［２］Ｏ的方法，其中将离开吸收塔的含Ｎ＃－［２］Ｏ的废气接触一种包含至少一种氧化的钴化合物和至少一种氧化的镁化合物的催化剂。该废气在允许将Ｎ＃－［２］Ｏ转化成气态氮和氧的条件下接触该催化剂。氧化的钴化合物的含量为０．１－５０％重量且氧化的镁化合物的含量为５０－９９．９％重量，分别基于催化剂的总量。至少３０％的该催化剂中的Ｃｏ原子以三价态存在。该催化剂的生产包括，将氧化的钴化合物和氧化的镁化合物或可通过热处理而转变为氧化化合物的相应前体进行干混，以及在排除水的条件下将该混合物压实，直至所得催化剂具有所需的体密度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在硝酸生产过程中用于分解N2O的工艺，并涉及一种用于分解N2O的催化剂及其制备。在硝酸生产的氨氧化过程中，非所需的一氧化二氮N2O与所需的一氧化氮NO一起产出。N2O明显造成平流层的臭氧分解和温室效应。在减少己二酸工业的一氧化二氮释放之后，硝酸生产是工业一氧化二氮释放的最大来源。考虑到环境保护，因此迫切需要用于在硝酸生产过程中减少一氧化二氮释放的技术解决方案。Ullmann工业化学百科全书；Vol.A 17，VCHWeinheim(1991)概述了硝酸生产程序和该工艺的各种变型。一种从工业废气中去除N2O的有希望的方法是利用合适的催化剂将N2O分解成元素氮和氧。有许多方案可用于在HNO3生产过程中消除N2O，大多数基于N2O在Pt网和第一热交换器之间的催化剂分解。例如，US-A-4,973,457描述一种用于消除在NH3燃烧过程中形成的二氮氧化物的工艺，方法是将气体在其冷却之前停留0.1-3秒。按照所述工艺，最高90％的N2O分解成N2和O2。所给的替代方案是，为了选择性分解并减少停留时间，气体也可接触金属或金属氧化物催化剂。DE-A-19805202公开一种用于硝酸生产的工艺，其中为了避免释放一氧化二氮，将铂网的下游反应气体在冷却之前经过一种用于转换存在于反应气体中的N2O的耐热性催化剂。该催化剂在800-1000℃下经受极端热应力，这是就在反应气体从催化剂网中排出之后的温度。优选使用的催化剂是贵金属或陶瓷。DE-A-19819882同样描述一种用于催化分解N2O的工艺，其中将来自氨燃烧的反应气体在冷却之前，即，在接触热交换器之前经过一种优选由8％重量CuO，30％重量ZnO，和62％重量Al2O3组成的催化剂。用于N2O分解的停留时间优选＜0.1秒。US-A-5,478,549要求一种通过在铂族金属的催化剂上，利用氧化氨来制备NO的工艺，其中首先将所产生的非所需N2O与反应气体一起经过一个清除剂体系以回收挥发性铂族金属，并随后在由氧化锆组成的催化剂床上分解N2O。该床的温度≥600℃。因此，直接在Pt网下游的设置似乎特别有利，因为它只是需要将Pt网下游的拉希环床交换为合适的催化剂床，或在该网下方安装一个简单的装置以接受催化剂。但缺点是极端条件。约900℃的温度、17％的水含量、和10％的NO含量不仅对催化剂的活性和选择性，而且对其机械和热稳定性提出高要求。另外，Pt网的Pt燃烧物也会沉淀在催化剂床上，并通过另外使所需氧化产物NO分解而降低N2O分解的选择性。(Boudart等人，催化杂志39，(1975)，383-394)如果将合适的催化剂设置在离开温度20-30℃的吸收塔的残余气体中，水含量限制为约0.2-2％，这取决于该工艺的类型，且NOX含量是约200-1000ppm。该催化剂的最大操作温度由残余气体涡轮机的相应入口温度所规定，因此这限制了合适的催化剂的选择。在许多已证实原则上适用于分解和还原一氧化二氮的催化剂(Kapteijn等人；Appl.Cat.B；Environmental 9(1996)，25-64)，尤其应该提及载有过渡金属的沸石催化剂(US-A-5,171,553)，Kapteijn也提及它们在硝酸生产过程中用于降低N2O的量的潜在有用性。含铁沸石，如Fe-ZSM-5用于分解N2O的活性在合适量的NO的存在下增加，这归因于通过Fe-ZSM-5催化，由路径形成NO2的反应(Kapteijn等人，催化杂志167(1997)，256-265)。该理论指出，这些催化剂可用于从包含约相等份数的NO和N2O的硝酸生产残余气体中消除N2O。但这些含铁和含铜沸石的实际应用往往存在问题，因为该参考文献明确指出，它们在水热条件下失活。WO 99/34901也涉及基于镁碱沸石的用于还原包含N2O气体的含铁沸石。在此使用的催化剂包含80-90％镁碱沸石，以及粘结剂。所要还原的气体的水含量为0.5-5％体积。与各种沸石相比，FER(镁碱沸石)型沸石获得最佳的N2O分解结果(77％N2O在400℃下在1000ppm NO和3％H2O的存在下分解)。在这种情况下，NOX的存在加速N2O分解，因此为了获得高N2O分解速率，该催化剂有利地设置在任何能够降低废气NOX含量的去NOX阶段的上游的硝酸生产的残余气体中。但在硝酸工厂中的去NOX阶段优选使用SCR工艺(选择催化还原)，利用合适的催化剂和作为还原剂的NH3，在温度250-350℃下操作。因此，上游插入一种在温度约400℃下操作的用于N2O分解的催化剂在经济角度上是不合理的，因为在离开吸收剂时起始具有温度约30℃的废气必须加热至约400℃并随后冷却至约300℃。因此，用于硝酸生产废气以分解N2O的催化剂似乎优选无需通过NO进行任何活化。这种材料例如是二元氧化物，如Co3O4或NiO，它们用于N2O分解的高活性已由Saito等人在Actes du 2ième Congrès International sur laCatalyse，Technip，Paris 1961，1937-1953中提出。根据该参考文献，即使在约360℃下也在Co3O4获得完全的N2O分解。但缺点是其中材料的高价格。Actes du 2ième Congrès International sur la Catalyse，Technip，Paris 1961，1937-1953描述了其它的二元氧化物，如Al2O3或MgO，以及它们用于分解N2O的适用性。这些氧化物不如Co3O4昂贵，但仅具有较差的N2O分解活性。例如，只有在达到约730℃时才在MgO上获得完全的N2O分解。该文献还描述，向合适的低成本基质中引入特定的Co化合物或在各种载体材料上的载化。但，所获得的活性明显低于纯的Co组分。例如，如果将描述于Adv.Sci.Technol.(Faenza，Italy)(1999)16，585-592的LaCoO3引入陶瓷基质(30％LaCoO3重量)，完全分解N2O所需的温度从420升至约650℃。DE-A-19700490要求一种一氧化二氮分解催化剂，它由Co3O4和La1-xCuxCoO3-δ的混合物组成且在纯净态时在低至约300℃的温度下获得完全N2O分解(起始于合成空气中的2000ppm N2O)。但通过向未进一步详细规定的陶瓷基质中引入25％重量的这种活性组分，用于完全N2O分解的反应温度移向约600℃。US-A-5,705,136描述了一种用于分解氮氧化物的工艺，它基于包含MgO和CoO的混合氧化物，即CoO在MgO中的固体溶液(如化学计量比率为CoO/5MgO)，或包含施用到MgO载体上的CoO(如MgO+10％CoO)的催化剂。利用该制备工艺，在此将钴原子固定到MgO载体上或将它们引入其中的方式使得，此时的钴几乎仅以二价态存在，这在US-A-5,705,136和在Appl.Catal.BEnvironmental 13(1997)69-79中特意提及并确认。这些催化剂的优选使用范围是500-700℃。考虑到已知的已有技术，因此一个目的是为HNO3生产提供一种降低N2O的量的方法，它使得可在低温下进行高水平的N2O分解，且可整合到HNO3工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硝酸生产过程中用于分解Ｎ↓［２］Ｏ的工艺，其中在允许将Ｎ↓［２］Ｏ转化成气态氮和氧的条件下，将离开吸收塔的含Ｎ↓［２］Ｏ的废气接触一种包含至少一种氧化的钴化合物和至少一种氧化的镁化合物的催化剂，其中氧化的钴化合物的含量为０．１－５０％重量且氧化的镁化合物的含量为５０－９９．９％重量，分别基于催化剂的总重，且至少３０％的存在于该催化剂中的Ｃｏ原子以三价态存在。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M施维弗，
申请(专利权)人：犹德有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]