Катализатор и способ получения аммиака

Настоящее изобретение относится к технологии синтеза аммиака, в частности к катализатору и способу получения аммиака. Описан катализатор для получения аммиака, содержащий рутений в качестве активного каталитического материала, нанесенный на носитель из нитрида бора и/или нитрида кремния. Этот катализатор может быть промотирован одним или более металлами, выбранными из щелочных или щелочно-земельных металлов или редкоземельных металлов. Описан также способ получения аммиака из синтез-газа для производства аммиака посредством контактирования синтез-газа с вышеупомянутым катализатором в условиях образования аммиака. Технический эффект - повышение термостабильности катализатора в промышленных условиях синтеза амиака. 2 н. и 2 з.п.ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к технологии синтеза аммиака, в частности к катализатору и способу получения аммиака.

Известен катализатор для получения аммиака, содержащий рутений в качестве активного каталитического материала, нанесенный на углерод, например углерод, содержащий графит. Дополнительно вышеупомянутый углеродный носитель может содержать промотор, например щелочной металл (смотри патент США №4 600 571, C 01 C 1/04, 15.07.1986).

Получение аммиака осуществляют контактированием синтез-газа с вышеупомянутым катализатором в условиях образования аммиака. Обычно синтез аммиака проводят под давлением в пределах 100-400 бар и при температуре между 300°С и 600°С.

Серьезный недостаток этого известного технического решения заключается в том, что используемый носитель на основе углерода является чувствительным к гидрогенизации в промышленных условиях. Углеродный носитель медленно превращается в метан, что приводит к постепенной потере носителя и, в конечном счете, к затруднениям в работе.

Объектом настоящего изобретения является предоставление рутениевого катализатора, имеющего носитель, который стабилен в промышленных условиях синтеза аммиака.

Решение этой задачи достигается предложенным катализатором для получения аммиака, содержащим рутений в качестве активного каталитического материала, нанесенный на нитрид бора и/или нитрид кремния.

BN или Si₃N₄ могут быть получены либо из коммерческих источников, либо приготовлены согласно способам, известным в данной области техники. Площадь поверхности нитридного носителя предпочтительно составляет свыше 25 м²/г. Альтернативно нитридный носитель может быть получен из Si и В предшественника, который будет трансформироваться в нитрид во время обработки аммиаком.

И BN, и Si₃N₄ могут быть сформированы в требуемые носители способами, известными на данном уровне техники.

Рутений наносят на носитель обычными способами, например пропиткой подходящим соединением, содержащим рутений, таким как хлорид или ацетат.

Рутениевый катализатор, нанесенный на BN или Si₃N₄, может быть также промотирован.

Перед промотированием катализатор может быть восстановлен обработкой восстанавливающим газом, таким как водород или синтез-газ.

Промотирование может проводиться пропиткой солями промоторов. Промоторы выбирают из известных промоторов катализатора синтеза аммиака, например щелочных или щелочно-земельных металлов или редкоземельных металлов.

Промоторы могут вводиться последовательно или вместе.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ получения аммиака из синтез-газа для производства аммиака посредством контактирования синтез-газа с вышеупомянутым описанным катализатором в условиях образования аммиака.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Получение катализаторов

Носитель из нитрида бора (гексагональный, площадь поверхности 85 м²/г, размер кристалла, определенный порошковой дифракцией рентгеновских лучей, составляет 7,5 нм), пропитан нитрозонитратом рутения с получением концентрации рутения 5 мас.%. Пропитанный образец высушивают при 80°С и восстанавливают в потоке водорода при 450°С. Этот образец обозначают 5RuBN.

Другой образец получают также, но с содержанием рутения 7 мас.%. Этот образец обозначают 7RuBN. Плотность катализатора равняется приблизительно 1,5 г/мл.

Пример 2

Промотирование катализаторов цезием

5RuBN и 7RuBN пропитывают водными растворами нитрата цезия с получением концентрации цезия 3 мас.%. Эти образцы обозначают 3Cs5RuBN и 3Cs7RuBN соответственно.

Пример 3

Промотирование катализаторов барием

5RuBN и 7RuBN пропитывают водными растворами нитрата бария с получением концентрации бария 3 мас.%. Эти образцы обозначают 3Ba5RuBN и 3Ba7RuBN соответственно.

Пример 4

Испытание катализаторов

Катализаторы проверяют в изотермическом реакторе с поршневым потоком при рабочем режиме 100 бар и 400°С. Входящий газ содержит 4,5% аммиака в смеси 3:1 водорода/азота. Поток регулируют для получения 12% аммиака на выходе. При этих условиях катализаторы производят аммиак при различных скоростях, выраженных в мл аммиака, полученных на грамм катализатора в час:

Катализатор мл НН₃/(г·ч)

5RuBN 140

7RuBN 190

3Cs5RuBN 1150

3Cs7RuBN 1320

3Ba5RuBN 4600

3Ba7RuBN 4930

Пример 5

Термостабильность катализаторов

Для определения стабильности катализаторов 3Ba5RuBN и 3Ba7RuBN нагревают в реакторе при 550°С в течение 1000 ч. При этих условиях концентрация аммиака на выходе составляет приблизительно 7,0%. После этой обработки катализатор вновь тестируют:

Катализатор мл NН₃/(г·ч)

3Ba5RuBN 4580

3Ba7RuBN 4960

Пример 6

Пассивация и регенерация

Определяют, может ли катализатор регенерироваться после пассивации. Катализатор из примера 5 (3Ba5RuBN) обрабатывают 1000 частями на миллион кислорода в азоте в течение 10 часов и затем подвергают воздействию окружающей среды. Затем его снова загружают в реактор и проверяют в идентичных условиях:

Катализатор мл NН₃/(г·ч)

3Ba5RuBN 4610

1. Катализатор для получения аммиака, содержащий рутений в качестве активного каталитического материала, нанесенный на носитель, отличающийся тем, что в качестве носителя содержит нитрид бора и/или нитрид кремния.

2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что он промотирован одним или более металлами, выбранными из щелочных или щелочно-земельных металлов или редкоземельных металлов.

3. Способ получения аммиака из синтез-газа для производства аммиака посредством контактирования синтез-газа с катализатором, содержащим рутений в качестве активного каталитического материала, нанесенный на носитель, в условиях образования аммиака, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют катализатор, содержащий рутений в качестве активного каталитического материала, нанесенный на носитель из нитрида бора и/или нитрида кремния.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют катализатор, промотированный одним или более металлами, выбранными из щелочных или щелочно-земельных металлов или редкоземельных металлов.