用于从烃和氮氧化物来制备氨的催化剂制造技术

提供了在存在烃(在某些实施方案中，存在氧化处理的烃)时通过将氮氧化物催化还原来制备氨的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从烃和氮氧化物来制备氨的催化剂政府合同权利美国政府具有本专利技术的已付许可及有限的情况下要求专利所有人许可他人合理条款的权利，由美国能源部颁发的DE-FC26-02NT41218提供。
技术介绍
氨在农业中是极其重要的化合物，其用作肥料。LED的制造中大量的氨用于提供氮化镓层的氮源。超纯氨在半导体应用中是重要的。制造氨有几种化学方法。普遍的方法是Haber-Bosch法。Haber-Bosch法在高温 (例如，475°C )和高压下(例如，20MPa)使氢气(H2)和氮气(N2)在金属催化剂下反应。典型的催化剂是铁催化剂，并包括氧化铝和氧化钾作为助催化剂。制备氨的另一种方法是电化学分解。电化学分解法也使氢气和氮气反应。然而，这是通过熔融的碱金属卤化物电解质的间接合成，在阴极引入氮及阳极引入氢。电化学分解方法也在高温(例如，400°C)、但环境压力下作用。这两种方法都需要大量的氢，其需要谨慎处理以最大限度地降低风险。在许多化学过程的废气流中存在氮氧化物，所述化学过程如肥料制备、有机化合物的硝化作用、一氧化氮制备等。从生态和经济的角度来看，将废弃的污染物转化为有价值的产物是有益的。因此，将不需要的氮氧化物转化为有价值的氨是可取的。减少柴油和汽油发动机的废气中氮氧化物(NOx)的排放是满足环境条例的首要关注。选择性催化还原(SCR)提供了去除发动机、工厂和发电厂的化石燃料动力系统的氮氧化物(NOx)的方法。简言之，NOj^P还原剂在催化剂作用下反应，将氮氧化物转化为氮气。SCR 的一个实施方案使用氨(NH3)作为还原剂。NH3或氨的前体，如尿素，可用于处理含有氮氧化物的废气流中。烃也可用作SCR还原剂。在用于将NOx选择性还原为氮气和二氧化碳的催化剂的持续发展中，测试使用烃还原剂的SCR中的银催化剂的使用(Miyadera等，1993, Trans Mat Res Soc Jpn. 18A :405-408 ；Kass ^,2003, “ Selective Catalytic Reduction of Diesel Engine NOx Emissions Using Ethanol as a Reductant" , US Dept of Energy, 9th Diesel Engine Emissions Reduction Conference, Newport, RI, Aug. 23-28,2003 ； Shimizu 等，2006，Phys Chem Chem Phys. 8 :2677-2695 ；US Pat No. 6，284，211 ；美国专利公开No. 2007/0031310)。对该反应的不需要的副产物进行检测，所述副产物包括氨、乙醛和氰化物(Miyadera 等，1993，ibid ;Kass et al.，2003，ibid ;Shimizu 等，2006，ibid)。已报道后面是Ba Y沸石催化床层的Y-氧化铝上的银催化床层产生约23%氨(美国专利公开号2007/0031310)。已报道包含载银铝酸盐的Y _氧化铝的催化剂产生高达约20%氨(US 6，045，765)。本领域需要制备氨的可选的方法。公开的方法满足该需要。专利技术概述提供了从包括氮氧化物(NOx)的原料流中制备氨的方法。该方法包括在存在烃的条件下使包含氮氧化物(NOx)的原料流与催化剂相接触，从而将氮氧化物还原成氨，其中催化剂包含分散在氧化铝颗粒上的银，且其中烃选自一种或多种氧化处理的烃，一种或多种非氧化处理的烃及其混合物。在一些实施方案中，烃包含一种或多种氧化处理的烃。在其他实施方案中，烃基本上由一种或多种氧化处理的烃组成。烃基本上可由乙醇组成。在其他实施方案中，烃是一种或多种氧化处理的烃与一种或多种非氧化处理的烃的混合物。非氧化处理的烃可选自正十二烷、异辛烷、1-辛烯、正辛烷、间二甲苯及其混合物。典型的非氧化处理的烃包括汽油和柴油。典型的氧化处理的烃是乙醇。在一些实施方案中，一种或多种氧化处理的烃选自C1-C4醇和C2 二元醇。在一个实施方案中，氧化处理的烃是乙醇。可用催化剂实现该方法，其中银的直径小于约20nm。在一些实施方案中，使用羟基化的氧化铝制备催化剂。在一些实施方案中，催化剂包含分散在氧化铝颗粒上的银，其中该氧化铝包括Y-氧化铝。在一些实施方案中，分散在羟基化的氧化铝上的银的煅烧产生分散在Y-氧化铝上的银。羟基化的氧化铝可选自勃姆石、拟薄水铝石、凝胶状勃姆石、水铝石、新三水氧化铝、三羟铝石、三水铝矿、表面添加羟基的氧化铝及其混合物。在一实施方案中，羟基化的氧化铝是拟薄水铝石。任选地，拟薄水铝石是板型颗粒的形式。在一些实施方案中，催化剂基本上不含银金属和/或基本上不含铝酸银。在一些实施方案中，催化剂包含基于Ag20的约2重量％至约4重量％的银。在本方法的某些实施方案中，至少约25%的氮氧化物还原成氨。在某些实施方案中，接触步骤在温度为约200摄氏度至500摄氏度(°C )下发生。在一些实施方案中，氧化处理的烃与氮氧化物的比例(HC1 NOx)为至少约2. 2。在其他实施方案中，氧化处理的烃与氮氧化物的比例(HC1 NOx)为至少约4. 3。在一些实施方案中，接触催化剂在空速为约12，750^1至51，OOOtT1下发生。在一些实施方案中，原料流还包括氧气、二氧化碳和水、及任选的一氧化碳和氢气。附图说明附图描述了某些实施方案。然而，方法不限于附图中描述的实施方案的具体配置和工具。图1描述了示出不同温度和不同银催化剂负荷下，使用100%乙醇作为烃还原剂的NOx转化的图表。“重量％ ”是指基于Ag2O的检测的催化剂的重量％。图2描述了示出不同温度和不同银催化剂负荷下，使用100%乙醇作为烃还原剂的氨(NH3)产量的图表。图3描述了示出不同温度和不同银催化剂负荷下，使用100%乙醇作为烃还原剂的氰化物(HCN)产量的图表。图4描述了示出不同温度和不同银催化剂负荷下，使用100%乙醇作为烃还原剂的乙醛(CH3CHO)产量的图表。图5描述了示出两个不同银催化剂负荷、不同气流和不同空速下的乙醇转化程度的图表。实心符号是低NO、高O2气流、低空速。空心符号是高NO、低O2气流、高空速。图6描述了示出不同烃与NO比例(HC1 NOx)的NH3和NOx的存在的图表。图7描述了示出气流中存在(固定并开放的圆形)或不存在(固定并开放的菱形)一氧化碳(CO)和氢气(H2)时，作为催化剂温度函数的NOx转化和NH3产量的图表。固定的标志是NOx转化数据(左边y轴)。空心符号是NH3产量数据(右边y轴)。图8描述了示出气流中含有NH3(NH3 NOx 1. 0)且存在(正方形)或不存在 (菱形)一氧化碳(CO)和氢气(H2)时，作为催化剂温度函数的NOx转化的图表。图9描述了示出三个不同空速下NOx转化和NH3产量的图表。三角形为12，7501Γ1、 圆形为 25，5001Γ1、菱形为 51，OOOr10图10描述了示出不同温度下和使用不同乙醇与模拟汽油混合物作为烃还原剂的 NOx转化的图表。催化剂为3重量％ Ag2O0图11描述了示出不同温度下和使用不同乙醇与模拟汽油混合物的氨(NH3)产量的图表。图12描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种由包含氮氧化物（ＮＯｘ）的原料流制备氨的方法，所述方法包括：在存在烃时使包含氮氧化物的原料流与催化剂相接触，从而将所述氮氧化物还原为氨，其中所述催化剂包含分散于氧化铝颗粒上的银，且其中所述烃选自一种或多种氧化处理的烃、一种或多种非氧化处理的烃及其混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·弗尔贝克，G·克默，A·莫伊尼，J·S·施米格，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：US