CN113302150A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
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催化剂网层组成,该催化剂网层是由铂基贵金属丝编织、纺织或针织的,其从新鲜气体流动方向上看一个接一个地排列时形成催化剂包。为了提供用于中压装置的催化剂系统,根据本发明尽管减少了贵金属的使用,但可以实现与工业标准相当的主要产物NO的收率,催化剂包由具有三个催化剂网的前组件和排列在前组件之后的催化剂网层的下游组件形成,前组件具有第一平均重量/单位面积,下游组件具有第二平均重量/单位面积,其中前组件的平均重量/单位面积相对于第二平均重量/单位面积减少1.5%‑29%,第一平均重量/单位面积为410‑530g/m2,第二平均重量/单位面积为540‑790g/m2。
Description
技术领域
本发明涉及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纬编、纺织(woven)或经编的催化剂网层,所述催化剂网层当在新鲜气体流动方向上一个接一个地排列时,形成催化剂包。
此外,本发明涉及在中压装置中催化燃烧氨以形成氮氧化物的方法,使含有氨和氧气的新鲜气体通过催化剂系统,从而使氨燃烧。
根据奥斯特瓦尔德法,通过多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、经编或纺织织物组成。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(13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每个压力范围的二元PtRh合金,数字表示以重量百分数表示的铑含量。
当氨与氧气燃烧时,会产生一氧化二氮(N2O)作为不需要的副产物,它会破坏臭氧层并构成温室气体。因此重要的是尽可能避免在燃烧反应中形成N2O,而不会对所需的氮氧化物的收率产生负面影响。
在硝酸工厂中,根据其设计,使用2-30个直径至多6m的催化剂网。贵金属的使用代表着高额的固定投资,并尽可能保持在低水平。另一方面,“催化效率”是一个重要的参数,也是持续高原料转化率和良好收率的衡量,取决于贵金属含量。
在氨氧化过程中,催化剂网由于氧化和升华而不断失去贵金属,因此需要不时(使用寿命、运行寿命)更换它们,要付出一定的代价。PtRh5合金已被证明是在运行寿命、催化效率和贵金属使用方面的合适折衷方案,并已被广泛接受为用于中压装置的贵金属催化剂的工业标准。
为了在保持催化效率的同时减少贵金属的使用,DE 101 05 624 A1提出了一种用于在中压工艺中催化氧化氨的流动反应器,其中使用了三维编织催化剂网,其中各个网眼层是用绒线相互连接。网眼线和绒线由相同的材料组成,例如PtRh5或PtRh8。
在示例性实施方案中,采用具有由PtRh5丝制成的催化剂包的测试反应器,其由两个前单层编织催化剂网(重量/单位面积为600g/m2)的组件、三个两层编织催化剂网(每个催化剂网层的重量/单位面积相对较高900g/m2)的中间组件、散布有纬纱的最后两层编织催化剂网(重量/单位面积为800g/m2每个催化剂网层)组成。贵金属的总安装重量为16.5kg,因此比具有可比催化效率的参比反应器低4kg。
DE 602 01 502 T2描述了用于进行非均相催化气体反应的三维催化剂网,用于氨与大气氧的氧化生成硝酸和在氧存在下氨与甲烷反应生成氢氰酸。催化剂网由多个编织的贵金属丝网眼层组成,其中贵金属丝的纬纱插在网眼层之间。
由WO 2018/065271 A1已知一种用于纺织或编织催化剂网的丝,其由2-8根相互缠绕的单丝组成并且包含至少90重量%Pt和至少5重量%Rh。
EP 2 689 841 A2描述了一种催化剂,它由多个依次排列的由第一含贵金属的丝制成的催化剂网构成,每个催化剂网中嵌入第二含贵金属的丝,从而得到催化剂网优先方向。催化剂网以相邻催化剂网的优先方向形成45°~135°角的方式依次排列,其中相邻催化剂网之间插入由第三含贵金属的丝制成的中间网。
技术问题
DE 101 05 624 A1中描述的发明仍然需要大量使用贵金属。
本发明的目的是提供一种用于氨氧化的中压装置中的催化剂系统,其中尽管减少了贵金属的使用,但可以实现与工业标准相当的主要产物NO的收率。
此外,本发明的目的是提出一种在中压装置中进行氨氧化的方法,通过该方法可以在少量使用贵金属的情况下实现相对高的产物收率。
发明内容
关于催化剂系统,该目的根据本发明,从上述类型的催化剂系统开始,通过以下事实来实现:催化剂包由具有三个催化剂网的前组件和排列在前组件后面的催化剂网层的下游组件形成,前组件具有第一平均重量/单位面积,下游组件具有第二平均重量/单位面积,其中前组件的平均重量/单位面积相对于第二平均重量/单位面积减少1.5%-29%,第一平均重量/单位面积为410-530g/m2,第二平均重量/单位面积为540-790g/m2。
催化剂系统包括催化剂包,催化剂包由前和下游催化剂网层组件的催化剂网层以及任何吸气网(getter gauze)组成,此处不再赘述。催化剂包的催化剂网层由铂基贵金属丝制成的单层或多层催化剂网形成。除非另有说明,术语“催化剂网”在下文中从单层催化剂网意义上说也等同于“催化剂网层”。
在前组件中,新鲜气体流动方向上的前三个催化剂网层组合在一起。前组件与下游组件接界,下游组件同样包括多个催化剂网层。在用于其预期目的之前,催化剂网层具有规定的初始标称重量/单位面积,例如在规范或其他规定中。组件的催化剂网层可以具有相同的标称重量/单位面积,或者在这方面可以彼此不同。此处考虑的是组件的平均重量/单位面积,定义为特定组件的标称(初始)重量/单位面积之和与催化剂网的数量的商。单层或多层催化剂网由直径为d的铂基贵金属丝组成。催化剂网层的重量/单位面积尤其取决于相关贵金属丝的直径。对于给定的网眼尺寸,丝的直径越大,重量/单位面积越高。典型的贵金属丝直径范围为40-120μm;用于中压装置的催化剂网的标准丝径为76μm。前组件的平均重量/单位面积为410-530g/m2,催化剂网下游组件的平均重量/单位面积为540-790g/m2。
由于前组件的平均重量/单位面积较低,与下游组件相比,催化剂包的前纵向部分获得了较低的填充密度,这与显著降低在前组件的催化剂网层中的贵金属使用有关。就其本身而言,预计贵金属的节省也会伴随催化剂系统催化效率的显著降低。然而,令人惊讶地发现如果同时第一平均重量/单位面积和第二平均重量/单位面积之间的差异保持是低的,特别是相对于第二平均重量/单位面积为1.5%-29%,优选不超过25%,则催化效率可以在很大程度上保持——在约0.3%(绝对)的测量精度的限度内。
为了在很大程度上保持催化效率,如所希望的,需要第一和第二组件的催化剂网层的平均重量/单位面积的相对窄的范围,如上所述。已证明其中第一平均重量/单位面积为415-510g/m2且第二平均重量/单位面积为575-710g/m2的催化剂系统的实施方案特别有利。重量/单位面积的差异可以基于贵金属丝的丝规。然而,证明特别有利的是前组件和下游组件的催化剂网层由具有相同或近似相同丝规的贵金属丝制成,并且重量/单位面积的差异主要是由于催化剂网的不同的经编、纬编或纺织。因此,前组件的催化剂网层由具有第一经编图案和第一网眼尺寸的经编织物组成,或者由具有第一纺织图案和第一网眼尺寸的纺织织物组成,或者由具有第一纬编图案和第一网眼尺寸的纬编织物组成,下游组件的催化剂网层由具有第二经编图案和第二网眼尺寸的经编织物组成,或者由具有第二纺织图案和第二网眼尺寸的纺织织物组成,或者由具有第二纬编图案和第二网眼尺寸的纬编织物组成,其中第一网眼尺寸大于第二网眼尺寸。
因此,重量/单位面积差异不是基于或不完全基于丝规的差异,而是基本上基于催化剂网的不同经编、纬编或纺织图案,特别是基于网眼尺寸。因此,前组件的催化剂网层的网眼尺寸导致平均重量/单位面积比下游组件的催化剂网层基本上低不超过29%,优选低不超过25%。下游组件的催化剂网层为例如用于中压操作的标准催化剂网的形式,丝径为76μm,重量/单位面积为600g/m2。
前组件的催化剂网层中的网眼的相对更开放的构造也可贡献于催化剂包中发生的流动的改进利用,从而贡献于更高的催化剂系统的选择性。这是因为反应通常在前(顶部)网层的网包中发生,因此它们会承受特别严重的热负荷和机械负荷。该区域中网眼的更开放的构造允许负荷从上部网层分布到更下方的网层,因此尽管使用较少的贵金属,催化剂系统的效率并未显著降低。
单层催化剂网的重量/单位面积越低,贵金属的节约量越大。另一方面,催化剂系统的催化效率会随着平均重量/单位面积低而下降。因此,在催化剂系统的一个优选实施方案中规定,前组件的催化剂网层的单个重量/单位面积是恒定的或按新鲜气体流动方向的顺序增加。
催化剂系统可以包含由基于其他贵金属如钯或铱的贵金属丝构成的催化剂网,或者由包含除铂和铑之外的另一种贵金属或多种其他贵金属的合金构成的贵金属丝构成的催化剂网。在最简单和优选的情况下,前组件和下游组件的催化剂网层仅由铂和铑组成。
在催化剂系统的另一有利实施方案中,催化剂网层包括具有由第一富铑贵金属丝制成的一个网层或多个网层的前组网层和排列在前组网层后面的由第二贫铑贵金属丝制成的下游组网层,其中由富铑贵金属丝制成的网层或网层之一形成面向新鲜气体的前网层,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1个百分点。
在该实施方案中,铂基单层或多层催化剂网的多个催化剂网层被分成至少两组。前组包含至少一个催化剂网层。下游组通常占催化剂系统的体积和重量的最大比例并且包括多个催化剂网层。
具有第一、较低、平均重量/单位面积的前组件的减重催化剂网层可以同时形成由富铑合金构成的前组网层;但是,通常——并且优选——催化剂包的这些模块是不同的。换句话说:“催化剂网层前组”和“催化剂网层前组件”不必重合,同样“催化剂网层下游组”也不必与“催化剂网层下游组件”重合。
下游组通常占催化剂系统的体积和重量的最大比例并且包括多个催化剂网层。前组和下游组可以通过具有不同组成的催化剂网相互隔开。然而,在优选的情况下,它们彼此紧邻。在最简单的情况下,前组包含新鲜气体流动方向上的前催化剂网层。两组催化剂网由经编、纬编或纺织贵金属丝组成,它们的化学组成不同。前组催化剂网层的贵金属丝中的铑含量为至少7重量%且不超过9重量%,且比下游组催化剂网层的贵金属丝中的铑重量比例高至少1个百分点;因此,它们的铑重量比例不超过6%。
前组富铑贵金属丝中的铑含量为至少7重量%,高于中压操作工业硝酸装置的标准,该标准已针对效率、运行寿命和N2O避免进行了优化,该标准是5重量%。因此令人惊讶的是,通过使用富铑贵金属丝可以获得更高的催化效率,而这对运行寿命和N2O的形成没有任何负面影响。然而,如果在新鲜气体流动方向上的所有随后的催化剂网层同样由富铑贵金属丝组成,则不能实现该结果,而仅当在新鲜气体流动方向上铑含量降低时能实现该结果,下游组催化剂网层由贫铑贵金属丝组成,此处铑的重量比例不超过6重量%,优选在5重量%的工业标准值范围内。
通过在富铑贵金属丝中使用铑含量低于7重量%的合金,实现了催化效率的小幅增加。当铑含量高于9重量%时,如果压力条件和温度不利,则会形成铑氧化物,这会导致在催化剂系统的整个运行寿命期间催化效率逐渐下降。
通常,催化剂系统的催化剂网的总重量的大部分,例如至少70%是由贫铑贵金属丝构成的催化剂网层,仅小重量比例的,例如小于30%,优选小于25%,特别优选小于20%是由富铑贵金属丝构成的前组网层就足够了。例如,证明有利的是前组包括不超过三个网层。
关于高催化效率以及对运行寿命和N2O形成的负面影响很小或没有负面影响,证明有利的是贫铑贵金属丝中的铑含量为4-6重量%,特别是富铑贵金属丝中的铑含量为7.8-8.2重量%,而贫铑贵金属丝中的铑含量为4.8-5.2重量%。
前组网层有一个面向新鲜气体的前网层,由富铑贵金属丝构成。例如,该前网层可以是多层催化剂网的一部分,或者前网层形成为单层催化剂网的单层。令人惊讶地显示,为了提高催化效率,前网层单独形成前组网层就足够了。这代表了催化剂系统的特别简单且因此优选的实施方案。
在这方面,还证明了有利的是前网层-例如作为单层或作为多层催化剂网的多层-位于下游组网层上。在这种情况下,含有催化剂包的流动反应器处于竖直位置,流动方向从上到下竖直定向。
摩擦力和重力足以将前网层固定在催化剂包上。这简化了催化剂系统的生产和现有催化剂系统的改造以形成根据本发明的催化剂系统。
关于该方法,从上述类型的方法开始,上述技术目标通过使氨含量为9.5-12体积%的新鲜气体在3.5-7巴的压力,870-920℃的催化剂网温度,和6-16tN/m2d的通量(throughput)下通过根据本发明的催化剂系统来实现。
此处的缩写“tN/m2 d”代表“氮吨数(来自氨)/天和催化剂包的有效横截面积(以平方米为单位)”。该工艺设计用于在3.5-7巴的中压范围内运行。当新鲜气体中氨含量低于9.5体积%且通量低于6tN/m2 d时,燃烧过程可能会意外停止。新鲜气体中NH3含量超过12体积%接近爆炸性混合物的安全阈值。在低于870℃的催化网温度下,可能会增加铑氧化物的形成;在高于920℃的催化网温度下,会较大程度地发生铂氧化物挥发。催化剂网温度受新鲜气体预热温度影响,预热温度优选为150-220℃。
定义
贵金属丝
含贵金属的丝理解为由贵金属构成的丝或包含显著比例(>50重量%)的贵金属的丝。铂基合金含有超过50重量%的铂。应该提及的其他合金化元素特别是钯、铑和钌。典型的贵金属丝直径为40-120μm。
中压装置
在中压装置中,氨氧化在3.5-7巴的压力下进行。在该压力范围内,由直径为76μm且重量/单位面积为约600g/m2的二元PtRh5合金构成的贵金属丝制成的贵金属催化剂已成为标准。
催化剂网
由一根贵金属丝或多根贵金属丝纺织、经编或纬编而成的单层或多层织物。织物生产是通过以网状方式交织一个或多个线系统或丝系统来实现的。
催化剂系统
催化剂系统包括催化剂包和通常一个吸气网或多个吸气网,它们同样通过纬编、纺织或经编贵金属丝制成。
催化剂包
多个催化剂网在新鲜气体的流动方向上一个接一个地排列。
示例性实施方案
下面借助示例性实施方案和附图解释本发明。附图显示如下:
图1用于氨多相催化燃烧的流动反应器示意图,
图2条形图,测试反应器与参比反应器的催化效率的对比结果,以及
图3条形图,测试反应器与参比反应器的N2O形成的对比结果。
图1是用于氨的多相催化燃烧的竖直定位的流动反应器1的示意图。催化剂系统2形成流动反应器1的实际反应区。它包括催化剂包3和下游吸气网4。催化剂包3包括多个单层催化剂网6,在新鲜气体的流动方向5上一个接一个地排列,其上可以放置另外的催化剂网7(或多个催化剂网层),其任选是催化剂包的一部分。实施方案更详细地列于表1-5中。有效催化剂网直径为100mm。
新鲜气体是氨-空气混合物,标称氨含量为10.7体积%。将其加热至175℃的预热温度并在5巴的升高压力下从顶部进料到反应器1中。当它进入催化剂包3时,点燃气体混合物,随后发生放热燃烧反应,该反应覆盖整个催化剂包3。此处发生以下主要反应:
在此反应中,氨(NH3)转化为一氧化氮(NO)和水(H2O)。形成的一氧化氮(NO)与向下流动的反应气体混合物(由显示反应气体混合物流动方向的方向箭头8表示)中的过量氧气反应形成二氧化氮(NO2),二氧化氮(NO2)与水在下游吸收装置中形成硝酸(HNO3)。
催化剂网6、7分别是由铂铑二元合金构成的直径76μm的贵金属丝经机械经编而成的织物。在流动反应器1中,测试表1-5中指定的催化剂系统。
在大多数测试反应器中,催化剂包包括五个单层催化剂网6;在一个测试反应器中,催化剂包包括位于顶部的附加催化剂网7。催化剂网是通过经编由二元PtRh合金组成的贵金属丝制成的。表1-表5中各项目的命名顺序反映了在新鲜气体流动方向上的排列。此外,所有反应器中均设有吸气网4,由六个由Pd82.5Pt15Rh2.5构成的活性集水网层(“吸气网”)组成。测试反应器在前(顶部)催化剂网层7的组成和/或催化剂网层的重量/单位面积方面彼此不同。
根据表1的参比反应器代表根据当前中压装置工业标准的反应器。单层催化剂网由丝径为76μm的贵金属丝制成。如“每层的重量/单位面积”列中所示,所用的每个PtRh5催化剂网的重量/单位面积为600g/m2。催化剂包的所有层L1-L5的重量/单位面积之和因此为3000g/m2。
表1:参比反应器
网层 | 贵金属 | 每层的重量/单位面积[g/m<sup>2</sup>] |
L1 | PtRh5 | 600 |
L2 | PtRh5 | 600 |
L3 | PtRh5 | 600 |
L4 | PtRh5 | 600 |
L5 | PtRh5 | 600 |
∑:3000 |
在下表2-5中,给出了与测试反应器R1-R4有关的数据。在“组件配置”列中,数字“1”表示该催化剂网层分配至前组件(以下也称为“组件1”),数字“2”表示该催化剂网层分配至下游组件(以下也称为“组件2”)。在所有测试反应器R1-R4中,催化剂网层L1-L3分配至“前组件”在本发明的含义内;这另外用灰色阴影标记。
在“每个组件的平均重量/单位面积”(单位为g/m2)列中,给出了各组件中各个催化剂网的重量/单位面积之和与催化剂网的数量的商,这里简称为“平均重量/单位面积”。重量/单位面积是标称的、初始的重量/单位面积,可以通过丝径为76μm的贵金属丝作为标准获得。
表的最后一列给出了组件1的平均重量/单位面积和组件2的平均重量/单位面积之间的差异(百分数数字基于第二平均重量/单位面积)。因此,百分数数字表示与其中催化剂包完全由具有第二重量/单位面积的催化剂网层组成的反应器相比,该测试反应器的贵金属节省。
表2:测试反应器R1
在测试反应器R1中,前组件的平均重量/单位面积为481g/m2,比L4和L5层的平均重量/单位面积600g/m2低约20%,这代表了催化剂包的“下游组件”。
表3:测试反应器R2
在测试反应器R2中,组件1同样由顶部催化剂网层L1-L3形成。它们的标称初始平均重量/单位面积为500g/m2;这比组件2的平均重量/单位面积540g/m2低约7%。
表4:测试反应器R3
在测试反应器R3中,前组件(1)再次由催化剂网层L1-L3形成。它们的重量/单位面积分别为421g/m2,比标准重量/单位面积600g/m2(对于直径76μm的贵金属丝)低约30%。
表5:测试反应器R4
在测试反应器R4中,顶部催化剂网层L1由PtRh8合金构成,重量/单位面积为600g/m2。紧随其后的两个催化剂网由PtRh5合金构成,具有经编图案,导致421g/m2的相对较低的重量/单位面积。这三层形成组件1。催化剂包的最后三个催化剂网层L4-L6形成组件2并且同样由PtRh5合金构成,重量/单位面积为600g/m2。
前组件在此再次由催化剂网层L1-L3形成。它们的平均重量/单位面积(481g/m2)比组件2(即L4-L6层)的平均重量/单位面积低约20%。
前层L1放置在催化剂包的其余部分上(图1中的附图标记2)。它在流动方向5上形成前催化剂网(图1中的附图标记7),由富铑贵金属丝构成,因此是在本发明优选实施方案的含义内的“前组催化剂网层”。此处剩余的催化剂网层L2-L6由相对贫铑的贵金属丝构成,形成本发明实施方案含义内的“下游组催化剂网层”。
测试反应器在以下测试条件下运行,这些条件在每种情况下都是相同的。
压力:5巴(绝对)
通量:12吨氮(来自氨)/天和以平方米为单位的催化剂包有效横截面积(缩写为12tN/m2 d)
NH3含量:新鲜气体中10.7体积%
预热温度:175℃(NH3/空气混合物的温度),使测试反应器中的网温度为890℃。
每隔约24小时,测量NO收率和作为副产物形成的N2O比例,以确定催化效率的变化。对于每个测试反应器R1-R4获得五个测试结果。
测量催化效率(即NO产物收率)的程序如下:
1.首先确保催化剂系统适合所用氨的完全转化,产物气体中不再存在大量NH3。这通过产物气体的质谱测量来证实。
2.NH3/空气样品在催化剂包上游采集,同时产物气体样品在下游单独抽真空的烧瓶中采集。通过称重确定气体的质量。
3.NH3/空气混合物用蒸馏水吸收,并用0.1N硫酸和甲基红滴定至变色。
4.亚硝产物气体用3%的过氧化钠溶液吸收,并用0.1N氢氧化钠溶液和甲基红滴定至变色。
5.催化效率eta由以下公式获得:eta=100xCn/Ca,其中Ca是7次单独测量的新鲜气体中的平均NH3浓度,按重量百分数表示,Cn是7次单独测量的平均NOx浓度,表示为已被氧化形成NOx的NH3的重量百分数。
6.另外,通过气相色谱法测定产物气体中N2O的体积比例。
测试结果汇总在表6中。在表6中标记为“NO-NORef”的列中,与参比反应器相比,一氧化氮的收率差异以绝对百分点给出(例如,反应器R1中的测量序号1给出95.2%的NO收率,因此与参比反应器中95.4%的测量值相比,NO-NORef差异为-0.2个百分点)。在标有“N2O-N2ORef”的列中,在每种情况下,一氧化二氮与参比反应器的差异以体积的百万分率(体积ppm)表示。
测试结果
表6的测试结果在图2和图3的图表中以图形方式说明,下面将参考这些图进行更详细的解释。
图2的图表显示了对于反应器R1-R4中每一个的对于12tN/m2d的氮通量的催化效率的测量。在y轴上,以绝对百分点(%_abs.)输入与参比反应器相比的一氧化氮收率差异“NO-NORef”。在x轴上,数字1-5表示每次测量的序号。
根据该图,在反应器R1和R2中都获得了转化为NO的效率,这与根据参比反应器的工业标准的收率在测量误差限度内相当。测量误差为约+/-0.3个百分点,如虚线所示。
然而,在反应器R3中,主要产物NO的收率与工业标准不可比。这归因于具有催化剂网层L1-L3的催化剂网层前组件与具有催化剂网层L4和L5的下游组件之间的30%的大差异。因此反应器R3代表本发明的对比例。
在反应器R4中,尽管使用较少的贵金属,但获得的催化效率与参比反应器中的收率在测量误差限度内相当。测量误差为约+/-0.3个百分点,如虚线所示。然而,由于第一组件的第一层的重量/单位面积比下层高,所以在反应器1中没有见到明显的效率提高。
图3的图表显示了测试反应器R1-R4中N2O形成的测试结果。在y轴上,以体积-ppm输入与参比反应器相比,产物气体中一氧化二氮的量的差异(N2O-N2ORef)。在x轴上,数字1-5再次代表每次测量的序号。
因此,在测试反应器R1、R2和R4中,获得了参比反应器范围内的N2O量。标准测量误差为约+/-50体积-ppm并再次用虚线表示。
然而,在反应器R3中,N2O形成的增加超过了测量不精确度。因此,在减少N2O形成方面,反应器R3也是不合适的。
Claims (14)
1.用于在中压装置中将氨催化燃烧以形成氮氧化物的催化剂系统,具有由铂基贵金属丝纬编、纺织或经编的多个催化剂网层(6;7),其当在新鲜气体流动方向(5)上一个接一个地排列时,形成催化剂包(4),其特征在于催化剂包由具有三个催化剂网的前组件和排列在前组件之后的催化剂网层的下游组件形成,前组件具有第一平均重量/单位面积,下游组件具有第二平均重量/单位面积,其中前组件的平均重量/单位面积具有相对于第二平均重量/单位面积为1.5%-29%的重量减少,第一平均重量/单位面积为410-530g/m2,第二平均重量/单位面积为540-790g/m2。
2.根据权利要求1所述的催化剂系统,其特征在于所述重量减少不超过25%。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂系统,其特征在于第一平均重量/单位面积为415-510g/m2,并且第二平均重量/单位面积为575-710g/m2。
4.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂系统,其特征在于前组件和下游组件的催化剂网层由具有相同丝规的贵金属丝制成,前组件的催化剂网层由具有第一经编图案和第一网眼尺寸的经编织物组成,或者由具有第一纺织图案和第一网眼尺寸的纺织织物组成,或者由具有第一纬编图案和第一网眼尺寸的纬编织物组成,下游组件的催化剂网层由具有第二经编图案和第二网眼尺寸的经编织物组成,或者由具有第二纺织图案和第二网眼尺寸的纺织织物组成,或者由具有第二纬编图案和第二网眼尺寸的纬编织物组成,其中第一网眼尺寸大于第二网眼尺寸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂系统,其特征在于前组件的催化剂网层的各个重量/单位面积在新鲜气体流动方向上是恒定的或按顺序增加。
6.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂系统,其特征在于前组件和下游组件的催化剂网层由铂和铑组成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的催化剂系统,其特征在于催化剂网层(6;7)包括具有由第一富铑贵金属丝构成的一个网层或多个网层的前组网层(7),以及排列在前组之后的由第二贫铑贵金属丝构成的下游组网层(6),其中由富铑贵金属丝构成的网层(7)或其中之一形成面向新鲜气体的前网层(7),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%,比贫铑贵金属丝中的铑含量高出至少1个百分点。
8.根据权利要求7所述的催化剂系统,其特征在于贫铑贵金属丝中的铑含量为4-6重量%。
9.根据权利要求7或8所述的催化剂系统,其特征在于富铑贵金属丝中的铑含量为7.8-8.2重量%,贫铑贵金属丝中的铑含量为4.8-5.2重量%。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的催化剂系统,其特征在于前组网层(7)占催化剂包(4)的总重量的重量比例小于30%、优选小于25%、特别优选小于20%。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的催化剂系统,其特征在于前组包括不超过三个网层(7)。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的催化剂系统,其特征在于前组网层(7)由前网层(7)形成。
13.根据权利要求12所述的催化剂系统,其特征在于前网层(7)位于下游组网层(6)上。
14.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(2)来燃烧氨,从而催化燃烧氨以形成氮氧化物的方法,其中使具有9.5-12体积%氨含量的新鲜气体在3.5-7巴的压力在870-920℃的催化剂网温度和6-16tN/m2d的通量下通过根据权利要求1-13中任一项所述的催化剂系统(2)。
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