EA040895B1

EA040895B1 - CATALYTIC SYSTEM FOR OXIDATION OF AMMONIA

Info

Publication number: EA040895B1
Application number: EA202191030
Authority: EA
Inventors: Игорь Михайлович Тушканов; Виктор Викторович Кедров; Павел Иванович Хальзов; Владимир Николаевич Звягин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Экострим"
Filing date: 2021-05-13
Publication date: 2022-08-12

Description

Изобретение относится к катализаторам и может быть применено для окисления аммиака при производстве азотной кислоты, а также для осуществления других окислительных процессов в отрасли химической промышленности.The invention relates to catalysts and can be used for the oxidation of ammonia in the production of nitric acid, as well as for other oxidation processes in the chemical industry.

Известна каталитическая система для окисления аммиака для очистки выхлопных газов дизельного двигателя, содержащая блок окисления NOX, который состоит из платинопалладиевых сеток [US 2014050627, дата публикации 20.02.2014 г., МПК: F01N 3/20].Known catalytic system for the oxidation of ammonia for purification of exhaust gases of a diesel engine, containing a NOX oxidation unit, which consists of platinum-palladium meshes [US 2014050627, publication date 20.02.2014, IPC: F01N 3/20].

Недостатком известного технического решения является малый рабочий ресурс каталитической системы для окисления аммиака из-за постепенного улетучивания платины из сеток блока окисления и быстрого выхода блока окисления из строя.The disadvantage of the known technical solution is a small operating resource of the catalytic system for the oxidation of ammonia due to the gradual volatilization of platinum from the grids of the oxidation unit and the rapid failure of the oxidation unit.

В качестве прототипа выбрана каталитическая система для окисления аммиака, содержащая блок конверсии аммиака, блок улавливания платиноидов и блок разложения закиси азота, последовательно расположенные по ходу реакционного газа, при этом блок конверсии аммиака состоит из цельнометаллических платиновых сеток, блок улавливания платиноидов состоит из металлических нанесенных сеток со слоем металла платиновой группы, а блок разложения закиси азота состоит из кобальтового катализатора [RU2358901, дата публикации 27.04.2004 г., МПК: С01В 21/26].As a prototype, a catalytic system for the oxidation of ammonia was chosen, containing an ammonia conversion unit, a platinum group capture unit and a nitrous oxide decomposition unit arranged in series along the reaction gas, while the ammonia conversion unit consists of all-metal platinum gauzes, the platinum group trapping unit consists of deposited metal grids with a layer of a platinum group metal, and the nitrous oxide decomposition unit consists of a cobalt catalyst [RU2358901, publication date 27.04.2004, IPC: C01B 21/26].

Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является его более высокий рабочий ресурс каталитической системы для окисления аммиака за счет улавливания платины, перемещающейся из блока конверсии с реакционным газом, сетками блока улавливания платиноидов. Однако недостатком этой каталитической системы для окисления аммиака является низкая эффективность конверсии аммиака и разложения закиси азота каталитической системой, обусловленные высокой скоростью улетучивания из сеток блока конверсии аммиака активной платины. Безусловно, блок улавливания платиноида с покрытием из платиноида хотя и задерживает некоторый объем улетучившейся из блока конверсии платины, однако в документе не раскрыто, какой конкретно платиноид используется для покрытия сеток блока улавливания и, следовательно, не учитываются возможные особенности изменения процесса преобразования воздушно-аммиачной смеси в блоках этой системы в связи с особенностями применяемого в блоке улавливания платиноида. Таким образом, при использовании платины в качестве покрытия сеток блока улавливания, количество улавливаемой активной платины, поступающей из блока конверсии аммиака, может быть недостаточным для создания каталитического слоя, необходимого для прироста показателя конверсии. А в случае использования палладия в качестве покрытия сеток блока улавливания хотя и обеспечивается достаточный объем улавливаемой активной платины, но одновременно повышается риск попадания палладия из блока улавливания в блок разложения закиси азота, последующего улавливания им платины и, как следствие, образования в этом блоке закиси азота, что совокупно приводит к снижению эффективности каталитической системы для окисления аммиака.The advantage of the prototype over the known technical solution is its higher operating life of the catalytic system for the oxidation of ammonia due to the capture of platinum moving from the conversion unit with the reaction gas, grids of the platinoid trapping unit. However, the disadvantage of this catalytic system for the oxidation of ammonia is the low efficiency of ammonia conversion and decomposition of nitrous oxide by the catalytic system, due to the high rate of volatilization of active platinum from the grids of the ammonia conversion unit. Of course, although the platinum-coated platinoid trapping unit retains a certain amount of platinum volatilized from the conversion unit, the document does not disclose what specific platinoid is used to coat the gauzes of the catching unit and, therefore, does not take into account the possible features of changing the process of converting the air-ammonia mixture in the blocks of this system due to the peculiarities of the platinoid used in the block. Thus, when using platinum as a coating on the grids of the capture unit, the amount of captured active platinum coming from the ammonia conversion unit may be insufficient to create the catalytic layer necessary to increase the conversion rate. And in the case of using palladium as a coating for the grids of the capture unit, although a sufficient amount of captured active platinum is provided, at the same time the risk of palladium getting from the capture unit into the nitrous oxide decomposition unit increases, subsequent trapping of platinum by it and, as a result, the formation of nitrous oxide in this unit , which together leads to a decrease in the efficiency of the catalytic system for the oxidation of ammonia.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости повышения эффективности каталитической системы для окисления аммиака.The technical problem to be solved by the invention is the need to improve the efficiency of the catalytic system for the oxidation of ammonia.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении показателей конверсии аммиака и разложения закиси азота каталитической системой.The technical result to which the invention is directed is to increase the conversion of ammonia and the decomposition of nitrous oxide by the catalytic system.

Дополнительный технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении показателя конверсии аммиака на сетках блока улавливания за счет удерживания палладием на сетках этого блока платины, поступающей из блока конверсии аммиака.An additional technical result, to which the invention is directed, is to increase the ammonia conversion rate on the grids of the capture unit due to the retention of platinum coming from the ammonia conversion unit on the grids of this block with palladium.

Дополнительный технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска повторного образования закиси азота в блоке разложения закиси азота за счет исключения возможности улавливания сетками блока разложения активного палладия.An additional technical result to which the invention is directed is to reduce the risk of re-formation of nitrous oxide in the nitrous oxide decomposition unit by eliminating the possibility of active palladium trapping by the grids of the decomposition unit.

Дополнительный технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении риска уменьшения каталитической активности блока разложения закиси азота за счет исключения возможности улавливания сетками блока разложения активного палладия.An additional technical result to which the invention is directed is to reduce the risk of reducing the catalytic activity of the nitrous oxide decomposition unit by eliminating the possibility of active palladium trapping by the grids of the decomposition unit.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Каталитическая система для окисления аммиака содержит последовательно расположенные блок конверсии аммиака, блок улавливания платиноидов и блок разложения закиси азота, при этом блок конверсии аммиака содержит платиноидную сетку, а блок улавливания платиноидов содержит сетку с нанесенным платиноидом. В отличие от прототипа блок конверсии аммиака суммарно содержит от 3 до 16 мас.% палладия, а в качестве платиноида, нанесенного на сетку блока улавливания, представлена платина.The catalytic system for oxidation of ammonia contains a sequentially located ammonia conversion unit, a platinoid trapping unit and a nitrous oxide decomposition unit, while the ammonia conversion unit contains a platinoid grid, and the platinoid trapping unit contains a grid with a deposited platinoid. In contrast to the prototype, the ammonia conversion unit contains in total from 3 to 16 wt.% palladium, and platinum is presented as a platinoid deposited on the grid of the capture unit.

Каталитическая система для окисления аммиака обеспечивает возможность окисления аммиака и последующее разложение побочных продуктов окисления, в том числе закиси азота на безвредные компоненты.The catalytic system for the oxidation of ammonia allows the oxidation of ammonia and the subsequent decomposition of oxidation by-products, including nitrous oxide, into harmless components.

Блок конверсии аммиака обеспечивает окисление аммиака NH₃ в оксид азота NO и сопутствующие продукты в виде закиси азота N₂O и азота N2. Сетка блока конверсии является цельнометаллическим платиноидным катализатором и может быть выполнена из сплава платины, родия и палладия, или из сплава платины и палладия, или из сплава платины и родия, или других платиноидных сплавов. Блок конверсии аммиака установлен первым по течению реакционного газа и суммарно содержит от 3 до 16 мас.% палладия, что увеличивает период активного использования этого блока за счет перемещения пал- 1 040895 ладия по сеткам этого блока или на сетки следующего блока и улавливания палладием платины, уносимой с сеток блока конверсии, позволяя тем самым продлить каталитическую активность сеток во всем объеме блока конверсии и блока улавливания и повысить показатель конверсии аммиака каталитической системой. Если содержание палладия будет превышать 16 мас.%, то будет не только увеличиваться материалоемкость этого драгоценного металла, но и в значительной степени будет расти риск проскакивания палладия через сетки блока улавливания, осаждения его на сетках блока разложения закиси азота и повторного образования закиси азота на сетках этого блока. Если содержание палладия будет составлять менее 3 мас.%, то снижается вероятность улавливания платины блоком улавливания и повышается риск ее попадания в блок разложения закиси азота, вследствие чего в значительной степени ухудшается эффективность разложения закиси азота последним блоком. Для достижения оптимального соотношения между материалоемкостью и показателем эффективности каталитической системы для окисления аммиака сетка из сплава металлов платиновой группы может содержать от 7 до 10 мас.% палладия.The ammonia conversion unit provides the oxidation of ammonia NH ₃ to nitric oxide NO and related products in the form of nitrous oxide N ₂ O and nitrogen N2. The mesh of the conversion unit is an all-metal platinum catalyst and can be made of platinum-rhodium-palladium alloy, or platinum-palladium alloy, or platinum-rhodium alloy, or other platinoid alloys. The ammonia conversion block is installed first in the reaction gas flow and contains in total from 3 to 16 wt.% palladium, which increases the period of active use of this block due to the movement of palladium along the grids of this block or to the grids of the next block and trapping platinum by palladium, carried away from the screens of the conversion unit, thereby allowing to extend the catalytic activity of the grids in the entire volume of the conversion unit and the capture unit and to increase the conversion rate of ammonia by the catalytic system. If the content of palladium exceeds 16 wt.%, then not only will the material consumption of this precious metal increase, but the risk of palladium slipping through the screens of the capture unit, its deposition on the grids of the nitrous oxide decomposition unit and the re-formation of nitrous oxide on the grids will also increase significantly this block. If the content of palladium is less than 3% by mass, the possibility of trapping platinum by the trapping unit is reduced and the risk of platinum entering the nitrous oxide decomposition unit is increased, whereby the nitrous oxide decomposition efficiency of the latter unit is greatly degraded. In order to achieve an optimal ratio between the material consumption and the efficiency index of the catalytic system for the oxidation of ammonia, the platinum group metal alloy mesh may contain from 7 to 10 wt.% palladium.

Блок конверсии аммиака может содержать одну или более цельнометаллических платиноидных сеток, суммарное содержание палладия в которых составляет от 3 до 16%. При этом наибольшая эффективность и продолжительность работы обеспечивается каталитической системой в том случае, когда сетка или сетки с суммарным содержанием палладия установлены за сеткой или сетками, не содержащих палладий. Также в блоке конверсии аммиака могут быть дополнительно установлены катализаторные сетки без содержания в них палладия.The ammonia conversion unit may contain one or more all-metal platinoid gauzes, the total content of palladium in which is from 3 to 16%. In this case, the greatest efficiency and duration of operation is provided by the catalytic system in the case when the grid or grids with a total palladium content are installed behind the grid or grids that do not contain palladium. Also, catalyst gauzes without palladium content can be additionally installed in the ammonia conversion unit.

Блок улавливания расположен ниже по течению реакционного газа за блоком конверсии аммиака и обеспечивает улавливание вылетающих из этого блока платины и палладия. Блок улавливания представлен металлической сеткой с нанесенной платиной, которая может быть выполнена из жаропрочных и коррозионностойких сплавов, таких как фехраль, нихром, хастеллой или нержавеющая сталь. Это снижает материалоемкость драгоценных металлов блока улавливания и обеспечивает повышение показателя конверсии аммиака за счет улавливания платиной вылетающего из блока конверсии аммиака активного палладия и создания таким образом дополнительной каталитической поверхности из улавливаемой палладием вылетающей из блока конверсии платины. Масса нанесенной платины может составлять от 0,03 до 0,5% от массы сетки, что обеспечивает оптимальное соотношение между показателем конверсии аммиака, улавливанием палладия и материалоемкостью блока улавливания. В случае если масса нанесенной платины составляет менее 0,03%, то не будет обеспечиваться долговечность блока и эффективность улавливания палладия, что приведет к снижению показателя конверсии аммиака и повышению риска оседания активного палладия в блоке разложения закиси азота, что, в свою очередь, увеличит риск повторного образования закиси азота в последнем блоке. Если масса нанесенной платины превышает 0,5%, то будет увеличиваться материалоемкость блока улавливания без существенного прироста в его эффективности. В наиболее предпочтительном варианте исполнения масса нанесенной платины может составлять от 0,1 до 0,3% от массы сетки, что обеспечивает достаточную пропускную способность блока улавливания, высокий показатель конверсии аммиака и низкую материалоемкость драгоценных металлов блока улавливания.The capture unit is located downstream of the reaction gas behind the ammonia conversion unit and captures platinum and palladium emitted from this unit. The capture unit is represented by a platinum-coated metal mesh, which can be made of heat-resistant and corrosion-resistant alloys such as fechral, nichrome, hastelloy or stainless steel. This reduces the material consumption of precious metals of the capture unit and provides an increase in the ammonia conversion rate by trapping active palladium emitted from the ammonia conversion unit by platinum and thus creating an additional catalytic surface from the platinum emitted from the conversion unit captured by palladium. The mass of deposited platinum can be from 0.03 to 0.5% of the mass of the grid, which provides an optimal ratio between the ammonia conversion rate, palladium capture and material consumption of the capture unit. If the mass of deposited platinum is less than 0.03%, then the durability of the block and the efficiency of capturing palladium will not be ensured, which will lead to a decrease in the ammonia conversion rate and an increase in the risk of active palladium settling in the nitrous oxide decomposition block, which, in turn, will increase risk of re-formation of nitrous oxide in the last block. If the mass of deposited platinum exceeds 0.5%, then the material consumption of the capture unit will increase without a significant increase in its efficiency. In the most preferred embodiment, the mass of applied platinum can be from 0.1 to 0.3% of the mass of the grid, which provides sufficient throughput of the capture unit, high ammonia conversion and low material consumption of precious metals of the capture unit.

Блок разложения закиси азота расположен ниже по течению реакционного газа за блоком улавливания и обеспечивает преобразование закиси азота в безвредные газы. Блок разложения закиси азота также может быть представлен сеткой, выполненной из жаропрочных и коррозионностойких сплавов, таких как фехраль, нихром, хастеллой или нержавеющая сталь с нанесенным каталитически активным в отношении закиси азота компонентом. При этом в качестве каталитически активного в отношении закиси азота компонента может быть представлен катализатор термического разложения закиси азота и/или способный к кислородному обмену с закисью азота компонент. В качестве катализатора для термического разложения закиси азота может быть представлен металл платиновой группы, например родий или металлический сплав, содержащий металл платиновой группы. В качестве компонента, способного к кислородному обмену с закисью азота, могут быть представлены высококремнистые алюмосиликаты со структурой цеолитов, содержащие в своем составе железо, например, марок ZSM-4, ZSM-5, H-ZSM-5, ZSM-5, Fe-ZSM-5, FeZSM-11 и др., а также нестехиометрические по кислороду сложные оксиды металлов, в том числе перовскиты, например никелат лантана La₂NiO₄, никелат стронция Sr₂NiO₃, кобальтит лантана - стронция La1 - xSrxCoO₃-δ для x=0, 0.25, 0.5 и 0.75, La₀,8Ce₀,₂CoO₃-δ, алюминат стронция SrAl₂O₄, алюминат лантана LaAlO₃, феррат стронция Sr₂FeO₄, и другие сложные кобальтсодержащие оксиды, в частности шеелиты. При этом приведенные примеры компонентов для блока разложения N₂O не исчерпывают список соединений, возможных для применения с этой целью, и он может быть расширен. Для повышения эффективности каталитической системы для окисления аммиака каталитически активные компоненты могут быть скомбинированы, например разлагающий закись азота компонент может быть нанесен на нестехиометрический по кислороду компонент. Масса нанесенного каталитически активного в отношении закиси азота компонента может варьироваться в широком диапазоне. Так, для катализатора термического разложения закиси азота масса платиноидного компонента на сетке может составлять от 0,03 до 0,5% от массы сетки. Масса компонента, способного к кислородному обмену с закисью азота, может составлять от 1 до 20% от массы сетки. Это обеспечивает оптимальное соотношение между газопроницаемостью и материалоемкостью блока разложения закиси азота. Если количество наThe nitrous oxide decomposition unit is located downstream of the reaction gas after the capture unit and converts the nitrous oxide into harmless gases. The nitrous oxide decomposition unit can also be represented by a grid made of heat-resistant and corrosion-resistant alloys such as fechral, nichrome, hastelloy or stainless steel coated with a nitrous oxide catalytically active component. In this case, a catalyst for the thermal decomposition of nitrous oxide and/or a component capable of oxygen exchange with nitrous oxide can be presented as a nitrous oxide catalytically active component. As a catalyst for the thermal decomposition of nitrous oxide, a platinum group metal such as rhodium or a metal alloy containing a platinum group metal may be provided. As a component capable of oxygen exchange with nitrous oxide, high-silica aluminosilicates with the structure of zeolites containing iron can be presented, for example, grades ZSM-4, ZSM-5, H-ZSM-5, ZSM-5, Fe- ZSM-5, FeZSM-11, etc., as well as non-stoichiometric oxygen complex metal oxides, including perovskites, such as lanthanum nickelate La ₂ NiO ₄ , strontium nickelate Sr ₂ NiO ₃ , lanthanum cobaltite - strontium La1 - xSrxCoO ₃ -δ for x=0, 0.25, 0.5 and 0.75, La ₀ ,8Ce ₀ , ₂ CoO ₃ -δ, strontium aluminate SrAl ₂ O ₄ , lanthanum aluminate LaAlO ₃ , strontium ferrate Sr ₂ FeO ₄ , and other complex cobalt-containing oxides, in particular scheelites. At the same time, the examples of components for the N ₂ O decomposition block do not exhaust the list of compounds that can be used for this purpose, and it can be expanded. To increase the efficiency of the ammonia oxidation catalyst system, catalytically active components can be combined, for example a nitrous oxide decomposing component can be supported on a non-stoichiometric oxygen component. The weight of the applied nitrous oxide catalytic component can vary over a wide range. Thus, for a catalyst for the thermal decomposition of nitrous oxide, the mass of the platinoid component on the grid can be from 0.03 to 0.5% of the mass of the grid. The weight of the component capable of oxygen exchange with nitrous oxide can be from 1 to 20% of the mesh weight. This provides an optimal ratio between gas permeability and material consumption of the nitrous oxide decomposition unit. If the quantity on

- 2 040895 несенного компонента находится ниже указанных границ, то не обеспечиваются требуемые каталитически активные в отношении закиси азота свойства сеток, вследствие чего ухудшается показатель разложения закиси азота и снижается рабочий ресурс каталитической системы для окисления аммиака. Если количество нанесенного компонента находится выше указанных границ, то ухудшается газопроницаемость блока разложения и повышается материалоемкость каталитически активных компонентов блока без сопутствующего повышения эффективности разложения закиси азота блоком. В предпочтительном варианте масса катализатора термического разложения может составлять, от 0,05 до 0,3%, а масса компонента, способного к кислородному обмену с закисью азота, составляет от 1,0 до 15% от массы сетки. Для повышения адгезионной прочности нанесенных на сетки компонентов, а следовательно, и рабочего ресурса каталитической системы для окисления аммиака, исходные сетки могут дополнительно содержать слой оксида.- 2 040895 carried component is below the specified limits, then the required catalytically active with respect to nitrous oxide properties of the grids are not provided, as a result of which the decomposition index of nitrous oxide deteriorates and the working life of the catalytic system for the oxidation of ammonia decreases. If the amount of the deposited component is above the specified limits, then the gas permeability of the decomposition block deteriorates and the material consumption of the catalytically active components of the block increases without a concomitant increase in the efficiency of decomposition of nitrous oxide by the block. In a preferred embodiment, the weight of the thermal decomposition catalyst may be from 0.05 to 0.3%, and the weight of the component capable of oxygen exchange with nitrous oxide is from 1.0 to 15% of the weight of the network. To increase the adhesive strength of the components deposited on the grids, and, consequently, the working life of the catalytic system for the oxidation of ammonia, the initial grids may additionally contain an oxide layer.

Изобретение может быть реализовано при помощи известных средств, материалов и технологий, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности промышленная применимость.The invention can be implemented using known means, materials and technologies, which indicates its compliance with the criterion of patentability and industrial applicability.

Изобретение характеризуется ранее не известными из уровня техники существенными признаками, заключающимися в том, что:The invention is characterized by the essential features previously unknown from the prior art, which are that:

блок конверсии аммиака суммарно содержит от 3 до 16% палладия, что позволяет повысить долговечность блока и показатель конверсии аммиака за счет удерживания палладием каталитически активной платины на последующих сетках как самого блока конверсии, так и следующего по течению газа блока улавливания, благодаря чему увеличивается каталитическая активность системы;the ammonia conversion unit contains in total from 3 to 16% palladium, which makes it possible to increase the durability of the unit and the ammonia conversion rate due to the retention of catalytically active platinum by palladium on subsequent grids of both the conversion unit itself and the subsequent recovery unit downstream of the gas, thereby increasing catalytic activity systems;

в качестве платиноида, нанесенного на сетку блока улавливания, представлена платина, что позволяет за счет попадания на него палладия из блока конверсии эффективно улавливать летящую из этого блока платину или платину, отделяющуюся от сеток блока улавливания, расположенных выше по течению газового потока, благодаря чему дополнительно увеличивается каталитическая активность системы и снижается риск повторного образования закиси азота в блоке разложения закиси азота.platinum is represented as a platinoid deposited on the grid of the capture unit, which makes it possible, due to the ingress of palladium from the conversion unit on it, to effectively capture platinum flying from this unit or platinum separating from the grids of the capture unit located upstream of the gas flow, due to which additionally the catalytic activity of the system is increased and the risk of re-formation of nitrous oxide in the nitrous oxide decomposition unit is reduced.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает возможность за счет использования в блоке конверсии платиноидных сеток, содержащих палладий, и за счет применения платины на сетках блока улавливания существенно увеличить каталитическую активность системы и снизить риск повторного образования закиси азота в блоке разложения закиси азота. Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении показателей конверсии аммиака и разложения закиси азота каталитической системой, тем самым повышается ее эффективность.The set of essential features of the invention makes it possible, through the use of platinoid gauzes containing palladium in the conversion unit, and through the use of platinum on the gauzes of the capture unit, to significantly increase the catalytic activity of the system and reduce the risk of re-formation of nitrous oxide in the nitrous oxide decomposition unit. This ensures the achievement of the technical result, which consists in increasing the conversion of ammonia and decomposition of nitrous oxide by the catalytic system, thereby increasing its efficiency.

Изобретение характеризуется ранее не известной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности новизна.The invention is characterized by a set of essential features previously unknown from the prior art, which indicates its compliance with the novelty criterion of patentability.

Существенные признаки изобретения за счет добавления части палладия в состав сеток блока конверсии аммиака обеспечивают увеличение периода активного использования этого блока за счет того, что палладий перемещается на последующие сетки вниз по течению газа и обеспечивает тем самым более эффективное улавливание уносимых с сеток частиц платины сетками этого же блока, позволяя за счет этого не только частично обеспечить блок конверсии функциями блока улавливания, но и обеспечить высокий показатель конверсии аммиака на сетках следующего блока, позволяя частично обеспечить блок улавливания функцией блока конверсии. За счет задерживания палладия сетками с нанесенной платиной блока улавливания также обеспечивается повышение эффективности улавливания платины, которая уносится с сеток блока конверсии аммиака в процессе эксплуатации, за счет чего обеспечивается не только высокая каталитическая активность блока улавливания по отношению к аммиаку, тем самым позволяя обеспечить его доокисление в этом блоке, но и возможность снижения материалоемкости драгоценных металлов при изготовлении сеток блока улавливания и возможности использования сеток из неблагородных металлов с нанесенным слоем платины. В то же время расположение блока улавливания между блоком конверсии аммиака, содержащим сетку с палладием, и блоком разложения закиси азота, содержащем каталитически активный компонент, позволяет снизить вероятность попадания палладия, вылетающего из блока конверсии аммиака, в блок разложения закиси азота и тем самым снизить риск образования на нем каталитического слоя из платины, что дополнительно снижает не только риск уменьшения каталитической активности сеток третьего блока в отношении закиси азота, но и, что немаловажно, риск повторного образования закиси азота в этом блоке, обеспечивая при этом полное преобразование закиси азота в безвредные компоненты. Именно таким образом каталитическая система для окисления аммиака повышает показатель конверсии аммиака в окись азота и последующего разложения закиси азота на безвредные компоненты, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности изобретательский уровень.The essential features of the invention, by adding a part of palladium to the composition of the grids of the ammonia conversion unit, provide an increase in the period of active use of this unit due to the fact that palladium moves to subsequent grids downstream of the gas and thereby ensures more efficient trapping of platinum particles carried away from the grids by grids of the same block, allowing due to this not only to partially provide the conversion block with the functions of the capture block, but also to ensure a high rate of ammonia conversion on the grids of the next block, allowing the capture block to be partially provided with the function of the conversion block. Due to the retention of palladium by the platinum-coated gauzes of the capture unit, an increase in the efficiency of trapping platinum, which is carried away from the gauzes of the ammonia conversion unit during operation, is also ensured, due to which not only the high catalytic activity of the trapping unit with respect to ammonia is ensured, thereby allowing for its post-oxidation in this block, but also the possibility of reducing the material consumption of precious metals in the manufacture of grids of the capture unit and the possibility of using grids from base metals with a deposited layer of platinum. At the same time, the location of the capture unit between the ammonia conversion unit containing the palladium mesh and the nitrous oxide decomposition unit containing the catalytically active component makes it possible to reduce the possibility of palladium emitted from the ammonia conversion unit entering the nitrous oxide decomposition unit, thereby reducing the risk the formation of a platinum catalytic layer on it, which additionally reduces not only the risk of reducing the catalytic activity of the gauzes of the third block in relation to nitrous oxide, but also, importantly, the risk of re-formation of nitrous oxide in this block, while ensuring the complete conversion of nitrous oxide into harmless components . This is how the catalytic system for the oxidation of ammonia increases the rate of conversion of ammonia to nitric oxide and the subsequent decomposition of nitrous oxide into harmless components, which indicates that the invention meets the criterion of patentability of inventive step.

Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания изобретения ниже представлены варианты его осуществления, которые могут быть любым образом изменены или дополнены, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленными вариантами.To illustrate the possibility of implementation and a more complete understanding of the invention, the following are embodiments of its implementation, which can be modified or supplemented in any way, while the present invention is in no way limited to the presented options.

- 3 040895- 3 040895

Изобретение поясняется следующей таблицей.The invention is illustrated in the following table.

Примеры каталитической системы для окисления аммиака с показателями ее эффективностиExamples of a catalytic system for the oxidation of ammonia with indicators of its efficiency

Пример Example Блок конверсии Conversion block Блок улавливания Capturing block Блок разложения Decomposition block Конверсия NH3, % Conversion NH3, % Концентрация N2O, ppm N2O concentration, ppm Сетка Net Слой Layer Масса, % Weight, % Сетка Net Слой Layer Масса, % Weight, % Пример 1 (контроль ный) Example 1 (control) 95Pt5Rh 95Pt5Rh Х23Ю5Т Kh23Yu5T Pt Pt 0,03 0.03 Х23Ю5Т Kh23Yu5T Ьао,8Сео,2СоОз-б Bao,8Seo,2CoO3-b 1,00 1.00 92 92 200 200 Пример 2 Example 2 92Pt5Rh3Pd 92Pt5Rh3Pd Х23Ю5Т Kh23Yu5T Pt Pt 0,03 0.03 Х23Ю5Т Kh23Yu5T Lao,sC еодС оОз-δ Lao,sC eodС oOz-δ 1,00 1.00 95 95 100 100 Пример 3 Example 3 88Pt7Pd5Rh 88Pt7Pd5Rh Х23Ю5Т Kh23Yu5T Pt Pt 0,03 0.03 Х23Ю5Т Kh23Yu5T Ьао^СеодСоОз-б Bao^SeodCoOz-b 1,00 1.00 96 96 60 60 Пример 4 Example 4 79Ptl6Pd5Rh 79Ptl6Pd5Rh Х23Ю5Т Kh23Yu5T Pt Pt 0,03 0.03 Х23Ю5Т Kh23Yu5T Еао,8Сео,2СоОз-б EAO,8Seo,2CoOz-b 1,00 1.00 98 98 40 40 Пример 5 Example 5 92Pt5Rh3Pd 92Pt5Rh3Pd Х23Ю5Т Kh23Yu5T Pt Pt 0,03 0.03 Х20Н80 Х20Н80 ЬаАЮз-б baajuz-b 5,00 5.00 97 97 50 50 Пример 6 Example 6 88Pt7Pd5Rh 88Pt7Pd5Rh X20H80 X20H80 Pt Pt 0,03 0.03 Х23Ю5Т Kh23Yu5T ЕаодЗго.зСоОз-б EaodZgo.zCoOz-b 2,00 2.00 97 97 45 45 Пример 7 Example 7 88Pt7Pd5Rh 88Pt7Pd5Rh X20H80 X20H80 Pt Pt 0,21 0.21 Х23Ю5Т Kh23Yu5T Rh Rh 0,03 0.03 96 96 50 50 Пример 8 Example 8 88Pt7Pd5Rh 88Pt7Pd5Rh X20H80 X20H80 Pt Pt 0,20 0.20 Х20Н80 Х20Н80 Rh/Ag Rh/Ag 0,30 0.30 96 96 70 70 Пример 9 Example 9 79Ptl6Pd5Rh 79Ptl6Pd5Rh Х23Ю5Т Kh23Yu5T Pt Pt 0,35 0.35 12Х18Н10Т 12X18H10T La2NiO4-6 La2NiO4-6 15,00 15.00 97 97 50 50 Пример 10 Example 10 79Ptl6Pd5Rh 79Ptl6Pd5Rh Х23Ю5Т Kh23Yu5T Pt Pt 0,50 0.50 Хастеллой В2 Hastelloy AT 2 Fe-ZSM-5 Fe-ZSM-5 20,00 20.00 97 97 60 60

Каталитическая система для окисления аммиака содержит последовательно расположенные в реакторе по ходу газового потока блок конверсии аммиака, содержащий одну сетку, а также блок улавливания и блок разложения закиси азота, каждый из которых содержит по три сетки.The catalytic system for the oxidation of ammonia contains sequentially located in the reactor along the gas flow an ammonia conversion unit containing one grid, as well as a nitrous oxide capture unit and a nitrous oxide decomposition unit, each of which contains three grids.

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Каталитическая система для окисления аммиака устанавливалась в цилиндрический реактор диаметром 40 мм, затем сетки блока конверсии разогревались электронагревателем до температуры 250300°С, после чего через реактор пропускалась воздушно-аммиачная смесь (10,5 об.% NH₃) со скоростью 20 мл/с при атмосферном давлении. О начале процесса каталитического окисления аммиака свидетельствовал автотермический разогрев каталитических сеток до температуры 850-870°С. Основное преобразование аммиака в оксид азота NO и сопутствующие продукты - закись азота N₂O и азот N₂ - происходило на сетках блока конверсии. В блоке улавливания благодаря сеткам с нанесенной платиной происходило доокисление аммиака, а также улавливание палладия и платины, перемещающихся с сеток блока конверсии аммиака. Затем в блоке разложения закиси азота происходило удаление из продуктов окисления аммиака закиси азота N₂O и выпуск очищенного газа из реактора. Состав воздушно-аммиачной смеси и скорость ее подачи в реактор регулировались стеклянными лабораторными реометрами типа РДС. Количество образовавшейся окиси азота определялось химическими методами (окислением NO в NO2 перекисью водорода в водной среде с последующим титрованием образовавшейся азотной кислоты HNO₃ щелочью), рекомендованными в специальной литературе [Атрощенко В.И., Каргин СИ. Технология азотной кислоты. - М.: Химия, 1970. - 496 с.]. Концентрация N₂O определялась масс-спектрометрическим анализом выходящих из реактора газов, предварительно очищенных от NO.The catalytic system for the oxidation of ammonia was installed in a cylindrical reactor with a diameter of 40 mm, then the grids of the conversion block were heated by an electric heater to a temperature of 250-300°C, after which an air-ammonia mixture (10.5 vol.% NH ₃ ) was passed through the reactor at a rate of 20 ml/s at atmospheric pressure. The beginning of the process of catalytic oxidation of ammonia was evidenced by the autothermal heating of catalytic gauzes to a temperature of 850-870°C. The main conversion of ammonia into nitric oxide NO and related products - nitrous oxide N ₂ O and nitrogen N ₂ - took place on the grids of the conversion unit. In the capture unit, thanks to the grids coated with platinum, ammonia was additionally oxidized, as well as the capture of palladium and platinum moving from the grids of the ammonia conversion unit. Then, in the nitrous oxide decomposition unit, nitrous oxide N ₂ O was removed from the ammonia oxidation products and the purified gas was released from the reactor. The composition of the air-ammonia mixture and the rate of its supply to the reactor were controlled by glass laboratory rheometers of the RDS type. The amount of nitric oxide formed was determined by chemical methods (oxidation of NO to NO2 with hydrogen peroxide in an aqueous medium, followed by titration of the formed nitric acid with HNO ₃ with alkali), recommended in the special literature [Atroshchenko V.I., Kargin SI. Nitric acid technology. - M.: Chemistry, 1970. - 496 p.]. The N ₂ O concentration was determined by mass spectrometric analysis of the gases exiting the reactor, previously purified from NO.

Пример 1 (контрольный, без содержания палладия в сетке блока конверсии).Example 1 (control, without palladium content in the grid of the conversion block).

Блок конверсии аммиака содержит 95Pt5Rh сетку, блок улавливания платиноида и блок разложения закиси азота содержат сетки из фехраля марки Х23Ю5Т, при этом на сетки блока улавливания нанесена платина в количестве 0,03% от массы сетки, а на сетки блока разложения нанесен слой активной фазы в виде перовскита кобальтита лантана - церия La₀,8Ceo,₂CoO₃-δ в количестве 1% от массы сетки.The ammonia conversion unit contains a 95Pt5Rh grid, the platinoid capture unit and the nitrous oxide decomposition unit contain grids of Kh23Yu5T grade fechral, while platinum is applied to the grids of the capture unit in an amount of 0.03% by weight of the grid, and a layer of the active phase is applied to the grids of the decomposition unit. the form of perovskite cobaltite lanthanum - cerium La ₀ ,8Ceo, ₂ CoO ₃ -δ in the amount of 1% by weight of the grid.

Пример 2.Example 2

По примеру 1, при этом сетка блока конверсии аммиака в составе содержит 3 мас.% палладия. Пример 3.According to example 1, while the grid block conversion of ammonia in the composition contains 3 wt.% palladium. Example 3

По примеру 1, при этом сетка блока конверсии аммиака в составе содержит 7 мас.% палладия. Пример 4.According to example 1, while the mesh of the ammonia conversion block in the composition contains 7 wt.% palladium. Example 4

По примеру 1, при этом сетка блока конверсии аммиака в составе содержит 16 мас.% палладия.According to example 1, while the mesh of the ammonia conversion block in the composition contains 16 wt.% palladium.

--

Claims

Example 5

The ammonia conversion unit contains a 92Pt5Rh3Pd grid, the platinoid capture unit contains X23Yu5T Fechral grids coated with platinum in an amount of 0.03% by weight of the grid, the nitrous oxide decomposition unit contains X20N80 nichrome grids with applied active phase in the form of perovskite aluminate lanthanum LaAYu ₃ - δ in the amount of 5% by weight of the grid.

Example 6

The ammonia conversion unit contains an 88Pt7Pd5Rh mesh, the platinoid capture unit contains X20H80 nichrome grids coated with platinum in an amount of 0.03% by weight of the grid, the nitrous oxide decomposition unit contains X23Yu5T Fechral grids with a deposited active phase in the form of lanthanum-strontium cobaltite perovskite La ₀ , ₅ Sr ₀ , ₅ CoO ₃ -δ in the amount of 2% by weight of the grid.

Example 7

The ammonia conversion unit contains an 88Pt7Pd5Rh grid, the capture unit contains X20N80 nichrome grids coated with platinum in an amount of 0.21% by weight of the grid, and the nitrous oxide decomposition unit is represented by X23Yu5T fechral grids coated with an active phase in the form of rhodium in an amount of 0.03% from the mass of the grid.

Example 8

The ammonia conversion unit contains an 88Pt7Pd5Rh grid, the platinoid capture unit contains X20N80 nichrome grids coated with platinum in an amount of 0.2% by weight of the grid, the nitrous oxide decomposition unit is represented by X20N80 nichrome grids with an applied active phase in the form of an alloy of rhodium and silver (1 :1) in the amount of 0.3% by weight of the grid.

Example 9

The ammonia conversion unit contains a 79Pt16Pd5Rh grid, the capture unit contains grids of Kh23Yu5T fechral grade coated with platinum in an amount of 0.35% by weight of the grid, and the nitrous oxide decomposition unit is represented by 12X18N10T stainless steel grids with applied active phase in the form of lanthanum nickelate La ₂ NiO ₄ -δ in the amount of 15.00% by weight of the grid.

Example 10

The ammonia conversion unit contains a 79Pt16Pd5Rh grid, the capture unit contains grids of Kh23Yu5T grade Fechral coated with platinum in an amount of 0.50% by weight of the grid, and the nitrous oxide decomposition unit is represented by grids of Hastelloy B2 alloy with an applied active phase in the form of Fe-ZSM5 zeolite in the amount of 20.00% by weight of the grid.

The measurement results are presented in the table.

Thus it can be seen that in example 1 (control), where palladium-free gauzes were used in the ammonia conversion unit, the ammonia conversion was lower and the N ₂ O concentration was higher than in all subsequent examples using gauzes containing palladium.

The best results were shown by the system according to example 4, where the ammonia conversion rate was 6% higher, and the concentration of nitrous oxide was 90 ppm lower than in example 1. In this case, the specified catalytic system for the oxidation of ammonia was performed using a platinoid mesh in the ammonia conversion unit containing 16 wt.% palladium, as well as grids of fechral Kh23Yu5T in the platinum group trapping unit and the nitrous oxide decomposition unit, while platinum was applied to the grids of the catching unit in an amount of 0.03% by weight of the grid, and on the grids of the nitrous oxide decomposition unit perovskite was deposited in the form of lanthanum-cerium cobaltite La ₀ , ₈ Ce ₀ , ₂ CoO ₃ -δ in the amount of 0.5% by weight of the grid.

Thus, the conversion of ammonia and the decomposition of nitrous oxide by the catalytic system are increased, thereby increasing its efficiency.

CLAIM

1. A catalytic system for the oxidation of ammonia, containing a sequentially located ammonia conversion unit, a platinum group capture unit and a nitrous oxide decomposition unit, while the ammonia conversion unit consists of a platinoid grid, and the platinum group capture unit consists of a grid with a deposited platinoid, characterized in that the unit conversion of ammonia in total contains from 3 to 16 wt.% palladium, and platinum is presented as a platinoid deposited on the grids of the capture unit.

2. Catalyst system according to claim 1, characterized in that the ammonia conversion unit further comprises at least one platinum group metal alloy mesh.

3. The catalytic system according to claim 2, characterized in that the mesh or meshes of the conversion unit, containing from 3 to 16 wt.% palladium, are installed behind the mesh of an alloy of platinum group metals.

4. The catalytic system according to claim 1, characterized in that the mass of the platinum trapping unit deposited on the grid is from 0.03 to 0.5% of the mass of the grid.

5. The catalytic system according to claim 1, characterized in that the nitrous oxide decomposition unit consists of a grid coated with a nitrous oxide catalytically active component.

6. The catalytic system according to claim 5, characterized in that it is catalytically active in relation to

The nitrous oxide component is presented as a catalyst for the thermal decomposition of nitrous oxide and/or a component capable of oxygen exchange with nitrous oxide.

7. The catalytic system according to claim 6, characterized in that the catalyst for the thermal decomposition of nitrous oxide is in the form of rhodium or an alloy with rhodium.

8. The catalytic system according to claim 7, characterized in that for the catalyst for the thermal decomposition of nitrous oxide, the mass of the platinoid component is from 0.03 to 0.5% of the mass of the grid.

9. The catalytic system according to claim 6, characterized in that the component capable of oxygen exchange with nitrous oxide is represented by an iron-containing high-silicon aluminosilicate with a zeolite structure and/or an oxygen-nonstoichiometric complex metal oxide.

10. The catalytic system according to claim 9, characterized in that the weight of the component capable of oxygen exchange with nitrous oxide is from 1 to 20% of the mesh weight.

Eurasian Patent Organization, EAPO

Russia, 109012, Moscow, Maly Cherkassky per., 2