NO327667B1 - Anvendelse av en katalysator for fremstilling av nitrogenoksid, og fremgangsmate for fremstilling av gass som omfatter nitrogenoksid. - Google Patents
Anvendelse av en katalysator for fremstilling av nitrogenoksid, og fremgangsmate for fremstilling av gass som omfatter nitrogenoksid. Download PDFInfo
- Publication number
- NO327667B1 NO327667B1 NO20075402A NO20075402A NO327667B1 NO 327667 B1 NO327667 B1 NO 327667B1 NO 20075402 A NO20075402 A NO 20075402A NO 20075402 A NO20075402 A NO 20075402A NO 327667 B1 NO327667 B1 NO 327667B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- catalyst
- nitric oxide
- temperature
- production
- ammonia
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 75
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 title abstract description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract 1
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 15
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 14
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- BQLXCTNBXPJITK-UHFFFAOYSA-N N.[O].[Ar] Chemical compound N.[O].[Ar] BQLXCTNBXPJITK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019020 PtO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- YKIOKAURTKXMSB-UHFFFAOYSA-N adams's catalyst Chemical compound O=[Pt]=O YKIOKAURTKXMSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(III) nitrate Inorganic materials [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- DHEQXMRUPNDRPG-UHFFFAOYSA-N strontium nitrate Inorganic materials [Sr+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O DHEQXMRUPNDRPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/83—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with rare earths or actinides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
- C01B21/24—Nitric oxide (NO)
- C01B21/26—Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia
- C01B21/265—Preparation by catalytic or non-catalytic oxidation of ammonia characterised by the catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
Abstract
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en katalysator for fremstilling av nitrogenoksid fra ammoniakk og oksygen. Katalysatoren har sammensetningen A((n+1)-x)BxC(n(1-y))DnyO(3n+1)+d, der A er et lantanid (La, Gd, Nd, Sm) eller yttrium, B er et jordalkalikation (Ca, Sr eller Ba), C er Fe og D er Cr, Mn, Ni, Ce, Ti, Co eller Mg, der A, B, C og D er valgt uavhengig av hverandre. Katalysatoren har en høy selektivitet mot nitrogenoksid og en lav antennelsestemperatur i reaktoren. Foreliggende oppfinnelse vedrører ytterligere en fremgangsmåte for fremstillingen av en gass som omfatter nitrogenoksid ved katalysatoren ifølge foreliggende oppfinnelse. Den produserte gassen har et svært lavt innhold av dinitrogenoksid.
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører anvendelse av en katalysator for fremstilling av nitrogenoksid, og en fremgangsmåte for fremstillingen av nitrogenoksid.
Bakgrunn for oppfinnelsen
Pr. i dag blir nitrogenoksid fremstilt industrielt via den katalytiske oksideringen av ammoniakk over en platinakatalysator eller en platinalegeringsbasert trådnettkatalysator. Denne prosessen som er kjent som Ostwald-prosessen har essensielt forblitt uendret siden dens begynnelse i de første tiårene i det tjuende århundre. Ostwalds patent var datert 1902 og utgjorde når dette ble kombinert med Habers utvikling av syntese av ammoniakk i 1908 basis for den kommersielle produksjon av nitrogenoksid, som vi benytter i dag.
Forbrenningen av ammoniakk ble utført over en platinabasert metallkatalysator eller legeringskatalysator i formen av et trådnett eller et nett. Et antall trådnett blir installert sammen og de utgjør trådnettpakken. De øverste trådnettene har sammensetninger som er optimalisert for forbrenningen av ammoniakk, og ble referert til som forbrenningstrådnettene. Trådnett med andre sammensetninger kan være lokalisert under forbrenningstrådnettene, og disse kan ha andre roller, som beskrevet nedenfor. Hele stabelen av trådnett blir referert til som trådnettpakken. Trådnettene blir fremstilt enten ved hjelp av veving eller sammenknytning.
Virketemperaturene for fabrikken er typisk 850-930°C og trykkområdet er fra 15 bara til 1 bara. Forbrenningstrådnettene er typisk installert i fabrikken i mellom 6 måneder og 2 år, avhengig av operasjonsbetingelsene for fabrikken. Fabrikker som opererer ved et høyt trykk har typisk kortere varighet enn fabrikker med lavt trykk.
Varigheten av kampanjen ble fulgt av et tap i selektiviteten for katalysatoren, mot det ønskede nitrogenoksidproduktet, via den økte dannelsen av uønsket nitrogen og dinitrogenoksidbiprodukter. Tap av selektivitet er relatert til et antall fenomener. Under forbrenning blir platina tapt via dannelsen av Pt02-damp. Noe av platinaet kan bli gjenvunnet ved installeringen av palladiummetallbaserte trådnett, direkte under de platinabaserte forbrenningstrådnettene. PtC^-dampen legeres med palladiumet og derfor blir platina tilbakeholdt i den katalytisk aktive sonen. På grunn av uttømmingen av platina i den øvre forbrenningssonen i trådnettpakken blir likevel ikke all ammoniakken straks forbrent. Hvis ammoniakken blir forbrent i palladiumtrådnettregionen blir selektiviteten mot nitrogenoksid redusert, og for det andre, hvis ammoniakk og nitrogenoksid eksisterer sammen i dampfasen i en tidsperiode så blir nitrogenoksid redusert ved ammoniakken via en homogen reaksjon. Dette fører til både tap av nitrogenoksid og ammoniakk. En endelig mekanisme for tap av selektivitet er relatert til det faktumet at platina blir tapt fra forbrenningstrådnettene ved en høyere hastighet enn de andre legeringselementene (typisk rhodium). Dette fører til rhodiumanrikning på trådnettoverflaten, noe som fører til selektivitetstap.
Over de siste seksti år har det blitt gjort mange forsøk på å erstatte den kostnadskrevende platinabaserte forbrenningskatalysatoren med en billigere katalysator, f.eks. basert på metalloksidet. Pr. i dag ble den eneste kommersielt tilgjengelige oksidbaserte katalysatoren for ammoniakkforbrenning utviklet av Incitec Ltd. (Australia). Denne er basert på en koboltoksidfase. I kraft av sin selektivitet for forbrenning av ammoniakk til det ønskede nitrogenoksidproduktet så er likevel dennes virkning underlegen virkningen til platinabaserte systemer. De koboltoksidbaserte systemene har vist selektivitetsnivåer mot nitrogenoksid og nitrogendioksid på ca. 90 % i kommersielle enheter, sammenlignet med 94-98 % som ble oppnådd med platinabaserte katalysatorer.
US 6,489,264 angår en katalysator for oksidasjon av ammoniakk med den generelle formel ((AxBy03Z)k(MEmOn)f, hvor A er et kation av Ca Sr, Ba, Mg, Be, La eller blandinger derav, B er kationer av Mn, Fe, Ni, Co, Cr, Cu, V eller blandinger derav, x=0-2, y=l-2, z=0,8-1,7; MemOn er et aluminiumoksid og/eller oksider av sjeldne jordmetaller eller blandinger derav, m=l-3, n=l-2, k og f er vekt%, med forholdet f/k=0,01-l. Katalysatoren kan være granuler av ulik konfigurasjon, inkludert blokker av bikakestruktur.
JP 60225643 angår en katalysator for rensing av eksosgass. Katalysatoren omfatter et to-komponentsystem av oksid representert ved den generelle formel La(i.X)/2Coi.
xMexC>3, (der Me er Fe, Mn, Cr eller V og 0 <x<l), for eksempel Lao.35Sro.65Coo.7Feo.3O3 og SrTi03, og om ønsket, kan blandingen herdes i luft og den nevnte herdede substand kan støttes av en vilkårlig bærer.
US 6,770,256 angår metalloksider som har en perovskitt eller perovskittlignende krystallstruktur og som fremstilles ved en framgangsmåte som omfatter å utsette en blanding av startpulver for en høyenergimaling tilstrekkelig til å indusere kjemiskreaksjon av komponentene og derved direkte mekanosyntetisere nevnte metalloksid i form av et perovskitt eller perovskittlignende materiale som har en nanokrystallinskstruktur som bestemt ved røntgen diffraktometri. En katalysator med sammensetningen Lao.6Sro.4Coo.8Feo.2O3 er vist.
I WO 2007/104403 er en perovskitt type forbindelse representert ved den generelle formelen M<1>M<2>i.xM<3>x03, der M<1> er valgt fra gruppen bestående av La, Ce, Nd, Pr, Sm og kombinasjoner derav, M er valgt fra gruppen bestående av Fe, Ni og kombinasjoner derav, og M<3> er valgt fra gruppen bestående av Cu, Co, Mn og kombinasjoner derav beskrevet. Forbindelsene av perovskitt type er brukt for dekomponering av N2O.
En annen norsk patentsøknad NO 20074325 vedrører en annen oksidkatalysatorsammensetning med formelen A3.xBx09-y, der A og B uavhengig av hverandre er valgt fra gruppen Mn, Co, Cr, Fe og Al, x er mellom 0 og 3 og y er mellom 0 og 5. Denne katalysatorsammensetningen har høy aktivitet mot nitrogenoksid og tilveiebringer høy selektivitet.
Mål
Ett mål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anvendelse av en katalysator med høy selektivitet for fremstilling av nitrogenoksid via oksidering av ammoniakk.
Et annet mål er å tilveiebringe en anvendelse av en aktiv katalysator for fremstilling av nitrogenoksid.
Et annet mål er å tilveiebringe en anvendelse av en forbedret katalysator som overvinner noen av ulempene som er nevnt ovenfor.
Målene for oppfinnelsen kan bli oppnådd ved egenskapene slik de er fremlagt i den følgende beskrivelsen for oppfinnelsen og/eller i de tilhørende patentkravene.
Beskrivelse av oppfinnelsen
Foreliggende oppfinnelse omfatter anvendelsen av en katalysator der katalysatoren omfatter sammensetningen A((n+i)-x)BxC(n(i-y))DnyO(3n+i)+d, der A er et lantanid (La, Gd, Nd, Sm) eller yttrium, B er Sr, C er Fe og D er Cr, Mn, Ni, Ce, Ti, Co eller Mg, der A, B, C og D er valgt uavhengig av hverandre,
n er større enn 0,
x er et tall i intervallet <0,1] og
y er et tall i intervallet <0,1] og
d er et tall i intervallet [-1,1],
for fremstilling av nitrogenoksid.
Foreliggende oppfinnelse omfatter også en fremgangsmåte for fremstillingen av gass som omfatter nitrogenoksid, der en gassblanding som omfatter ammoniakk og oksygen blir konvertert i nærvær av en katalysator som angitt over.
Den generelle formelen for katalysatorene er A((n+i)-x)BxC(n(i-y))DnyO(3n+i)+d, der A er et lantanid (La, Gd, Nd, Sm) eller yttrium, B er Sr, C er Fe og D er Cr, Mn, Ni, Ce, Ti, Co eller Mg, der A, B, C og D er valgt uavhengig av hverandre, n er større enn 0, x er et tall i intervallet <0,1] og y er et tall i intervallet <0,1] og d er et tall i intervallet [-1,1].
Tallet d i formelen for foreliggende katalysator er avhengig av antallet av de andre metallionene. I tilfellet med La2Fe04-strukturen har Fe en nominell ladning på 2+. Dersom 25 % av Fe foreligger i en 3+ tilstand så er likevel ekstra negativ ladning nødvendig, slik som d = 0,25 som gir formelen La2FeC,4>25. Dersom 25 % av Fe er i en 1+ tilstand, så er ladningen for negativ i strukturen og d = 0,25 slik at formelen er La2FeC,3>75. Det er karakteristisk for disse oksidene at metalloksidasjonstilstanden kan endres med både temperatur og oksygenkonsentrasjon. Under virkningsbetingelser kan ikke den eksakte oksidasjonstilstanden for hvert element bli etablert.
Den generelle formelen for katalysatoren er A((n+i)-x)BxC(n(i-y))DnyO(3n+i)+d> der n <>> 0 eller n er 1-5 eller n er 1-3 eller n er 1-2 eller n =1, og x er mellom 0 og 1 og verdien på y er mellom 0 og 1. Strukturtypen til disse oksidene, for n > 0, kan bli referert til som Ruddleson-Popper-faser.
Eksempler på formler for katalysator ifølge foreliggende oppfinnelse med dens grenser for x og y er vist i tabell 1, der A er La og B er Sr.
Uten å begrense omfanget av foreliggende oppfinnelse kan anvendelsen av de foretrukne katalysatorene med formlene LaSrFeo,75Coo,2504+d eller LaSrFeo.sCoo.sCM+d eller Lai^Sro.sFeo.sCoo.sCM+d bli nevnt.
Katalysatorene kan bli fremstilt ved hjelp av kopresipitering, kompleksering, forbrenningssyntese, frysetørking eller fastfasevei, eller ved hjelp av andre fremgangsåter som er kjent på fagområdet for fremstilling av blandede metalloksider.
Videre tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstillingen av en gass som omfatter nitrogenoksid der en gassblanding som omfatter ammoniakk og oksygen blir konvertert i henhold til anvendelsen, ifølge foreliggende oppfinnelse, av en katalysator.
Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter de følgende trinn (a)
kontinuerlig tilføring av gassblandingen som omfatter ammoniakk og oksygen til en reaktor som omfatter anvendelsen ifølge foreliggende oppfinnelse av katalysatoren, hvorved temperaturen i det som blir tilført Tai blir økt inntil antennelse av reaksjon ved temperatur Tb, (b) deretter justere temperaturen i det tilførte Ta2 for å oppnå en definert temperatur i reaktoren Tc. Reaktoren kan være en reaktor med atmosfærisk trykk med et katalysatorleie. Temperaturen i det tilførte Tai kan bli økt med en
hastighet på 2-10°/min. eller 3-6°/min. eller 5°/min. f.eks. ved å øke temperaturen i tilførselsforhåndsvarmeren.
Under oppvarming vil de tilførte gassene antennes ved antennelsestemperaturen Tb. Antennelse fører til en temperaturøkning i reaktoren. Tb er definert som en økning i temperaturen i katalysatorleiet (målt med en termokopler plassert i katalysatorleiet) ved en hastighet som overskrider 20°/sek. Antennelsestemperaturen tyder på at katalysatoren er aktiv mot ammoniakkoksidering og blir derfor søkt å holdes så lav som mulig. Videre kan en høy antennelsestemperatur hindre katalysatoren fra å bli benyttet i kommersielle reaktorer som mest vanlig blir benyttet pr. i dag. Antennelsestemperaturen Tb i fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse ligger i området på 330-450°C eller 330-390°C eller 330-370°C.
Etter antennelse i trinn (b) blir temperaturen i det tilførte Ta2 justert for å oppnå en definert temperatur i reaktoren Tc. Ofte er justeringen en minskning i temperaturen i det tilførte, dersom antennelsestemperaturen Tb er høy, noe som kan forhindre en overoppheting i reaktoren som skyldes antennelse. Justeringen kan bli utført ved å redusere temperaturen i tilførselsforhåndsvarmeren. Tc kan ligge i området på 800-950°C eller 800-900°C eller 800-850°C. Temperaturen Tc kan være en serie med definerte temperaturer. Tc kan f.eks. være sammensatt av Tci, TC2 og TC3, hvorved f.eks. Tci = 800°C, Tc2 = 850°C og Tc3 = 900°C. Tc kan ha verdier som er høyere eller lavere enn de tidligere nevnte temperaturene, avhengig av designet på reaktoren.
Selektiviteten til en katalysator kan bli bestemt ved å benytte N20-konsentrasjonen fra infrarøde målinger og nitrogenkonsentrasjoner fra massespektroskopiske målinger. Ved å måle konsentrasjonen av disse to uønskede biproduktene kan konsentrasjonen av det ønskede nitrogenoksidet og ytterligere nitrogendioksid bli beregnet. I fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse ble selektiviteten for konverteringen mot nitrogenoksid og nitrogendioksid målt i overensstemmelse og funnet å være 90-96 % eller 92-96 % eller 94-96 % eller 95-96 %.
Gassene som blir produsert ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse har en lav konsentrasjon av dinitrogenoksid sammenlignet med konvensjonelle platinabaserte forbrenningskatalysatorer som ofte ligger i området på 1000-4000 ppm. Konsentrasjonen av dinitrogenoksid i gassene som blir katalysert ved anvendelsen, ifølge foreliggende oppfinnelse, av katalysatoren er lavere enn 100 ppm eller lavere enn 80 ppm eller lavere enn 60 ppm eller lavere enn 40 ppm eller lavere enn 20 ppm eller lavere enn 10 ppm.
Foreliggende oppfinnelse vedrører ytterligere anvendelsen av en katalysator for konvertering av en gassblanding, som er sammensatt av ammoniakk og oksygen, til nitrogenoksid.
Katalysatoren som anvendes ifølge foreliggende oppfinnelse er vist å ha en svært høy selektivitet, opptil 95 %. Videre har katalysatoren en høy aktivitet mot fremstilling av nitrogenoksid. Siden katalysatoren i anvendelsen ifølge foreliggende oppfinnelse består av lavkostnadsoksider så kan den erstatte de dyre platinabaserte katalysatorsystemene som er i bruk pr. i dag.
Videre omfatter oppfinnelsen anvendelsen av oksidkatalysatorer fra flere elementer og gir dermed mange muligheter for å produsere ulike sammensetninger. Et konsept for å designe katalysatorer for fremstilling av nitrogenoksid der elementene kan bli valgt, f.eks. i overensstemmelse med overveielser som gjelder kostnader og tilgjengelighet av elementer er tilveiebrakt. Siden de ulike sammensetningene vil føre til variasjoner i deres funksjonelle egenskaper kan deres valg bli optimalisert for å bli tilpasset til den valgte fabrikken.
Området for antennelsestemperaturene i fremgangsmåtene ifølge foreliggende oppfinnelse er relativt smalt og derved kan ulike katalysatorsammensetninger erstatte hverandre i prosesser uten behovet for omfattende modifiseringer av prosessbetingelsene.
Anvendelsen ifølge foreliggende oppfinnelse av en katalysator kan bli benyttet i fremgangsmåter på fagområdet, som i fluidized bed-reaktorer og kan enkelt bli installert i eksisterende prosesseringsutstyr. Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse fører til et renere nitrogenoksid siden nivået av uønsket dinitrogenoksid er svært lavt og innhold på kun 5 ppm med dinitrogenoksid har blitt målt. Den høye selektiviteten øker effektiviteten for fremgangsmåten og reduserer behovet for ytterligere rensing. Slik kan nitrogenoksidet finne nye applikasjonsområder der det er et behov for svært rent nitrogenoksid til en lav kostnad.
Kort beskrivelse av figurene
Fig. 1 viser de eksperimentelle egenskapene til LaSrFeo,75Coo,2504+d, som er én utførelsesform av katalysatoren som kan benyttes under anvendelsen ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser selektiviteten som er beregnet fra fig. 1 sammen med katalysatorleietemperaturen.
EKSEMPLER
Eksempel 1
Katalysatoren ble testet i en reaktor med atmosfærisk trykk, med en intern diameter på 8 mm. Katalysatorleiet (0,15 cm<3>) som består av katalysatorgranuler i størrelsesområdet på 0,2-0,5 mm ble støttet på en kvartsfritte. Gasstilførselen som bestod av 10 vol% ammoniakk i luft eller 20 % oksygen/80 % argon ble passert gjennom katalysatorleiet med en hastighet på 3 N.l/min., og produktgassen ble analysert ved å benytte infrarød spektroskopi og massespektrometri. Den eksperimentelle prosedyren involverte å øke temperaturen i gasstilførselen ved en hastighet på 5°/min. inntil katalysatoren satte i gang forbrenning, definert som en økning i temperatur i katalysatorleiet (målt med en termokopler plassert i katalysatorleiet) ved en hastighet som overskrider 20°/sek. Etter antennelse ble temperaturen i den tilførte gassen justert for å gi en katalysatorleietemperatur på 900°C.
Antennelsestemperaturene mot dannelse av NO og NO2, for katalysatorene som er beskrevet i tabell 1, er vist i tabell 2.
Selektiviteten mot dannelse av NO og NO2 for katalysatorene som er beskrevet i tabell 1 er vist i tabell 4.
Eksempel 2
Et oksid med sammensetningen LaSrFeo.75Coo.2504+d ble klargjort ved hjelp av kompleksering. 1 molar med La(N03)3.6H20, Sr(N03)2, Fe(N03)3).9H20 og Co(N03)2.6H20-løsninger ble blandet i volumforhold på 1:1:0,75:0,25. Til 100 ml av den blandede metallnitratløsningen ble det tilsatt 25 ml med 64 % HN03, 100 ml med etylenglykol og 211 g med sitronsyre. Den resulterende løsningen ble varmet til 150°C under omrøring inntil en svært viskøs væske/gel ble fremskaffet. Gelen ble varmet opp i en muffelovn ved 400°C i 12 timer. Det resulterende faste stoffet ble malt opp og kalsinert i en muffelovn ved 900°C i 12 timer.
XRD-analyse bekreftet at dette materialet var en enkelt fase, blandet oksid med sammensetningen La((n+i)-x)SrxFe(n(i-y)Cony04+d , der (n =1, x = 1 og y = 0,25) dvs. LaSrFeo,75Coo,2504+d der d er mellom 0,5 og 0.
Den kalsinerte katalysatoren ble presset til pellets som ble knust for å frembringe en siktfraksjon på mellom 0,2 og 0,5 mm. Disse granulene (0,2778 g) ble satt inn i en ammoniakkoksidasjonsreaktor og ble utsatt for en testprosedyre som er beskrevet ovenfor. Temperaturen i katalysatorleiet, konsentrasjonen av NH3, N2 og N20 er vist i fig. 1. Katalysatorleietemperaturen når 900°C ved tidspunkt =100 min.
Det blir observert at katalysatoren antennes når temperaturen i oksygen-ammoniakk-argon-gasstilførselen når 395°C. Etter antennelse blir ammoniakknivået observert å falle til 0 %, noe som tyder på full forbrenning av ammoniakken. N20-nivåene er vesentlig redusert sammenlignet med for konvensjonelle platinabaserte katalysatorer, der N20-utslipp typisk ligger i området på 1000-4000 ppm, avhengig av forbrenningsbetingelsene.
Fra fig. 2 ser vi at en selektivitet for LaSrFeojsCoo.^Os+d mot NO + N02 er ca. 95 % ved 900°C.
Claims (7)
1. Anvendelse av en katalysator der katalysatoren omfatter sammensetningen A((n+i)-x)BxC(n(i-y))DnyO(3n+i)+d, der A er et lantanid (La, Gd, Nd, Sm) eller yttrium, B er Sr, C er Fe og D er Cr, Mn, Ni, Ce, Ti, Co eller Mg, der A, B, C og D er valgt uavhengig av hverandre,
n er større enn 0,
x er et tall i intervallet <0,1] og
y er et tall i intervallet <0,1] og
d er et tall i intervallet [-1,1],
for fremstilling av nitrogenoksid.
2. Anvendelse ifølge krav 1, der A er La.
3. Anvendelse ifølge krav 1 eller 2, der n er 0-5, eller n er 0-2 eller n er 0-1 eller n = 1.
4. Fremgangsmåte for fremstillingen av gass som omfatter nitrogenoksid, karakterisert ved at en gassblanding som omfatter ammoniakk og oksygen blir konvertert i nærvær av en katalysator ifølge krav 1.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,
karakterisert ved at den omfatter trinnene: (a) kontinuerlig tilføring av nevnte gassblanding til en reaktor som omfatter nevnte katalysator, der temperaturen i det tilførte, Taif blir økt inntil antennelse av reaksjonen ved temperatur Tb, (b) deretter justere temperaturen i det tilførte, Ta2, for å oppnå en definert temperatur i reaktoren Tc.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5,
karakterisert ved at antennelsestemperaturen Tb i nevnte gassblanding er på 330-450°C eller 330-390°C eller 330-370°C.
7. Anvendelse av en katalysator ifølge krav 1 for konvertering av en gassblanding som omfatter ammoniakk og oksygen til nitrogenoksid.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20075402A NO327667B1 (no) | 2007-10-24 | 2007-10-24 | Anvendelse av en katalysator for fremstilling av nitrogenoksid, og fremgangsmate for fremstilling av gass som omfatter nitrogenoksid. |
| US12/734,312 US9616413B2 (en) | 2007-10-24 | 2008-10-23 | Catalyst for production of nitric oxide |
| EP08842642.4A EP2205352B1 (en) | 2007-10-24 | 2008-10-23 | Method for production of nitric oxide |
| AU2008317569A AU2008317569B2 (en) | 2007-10-24 | 2008-10-23 | Catalyst for production of nitric oxide |
| PCT/NO2008/000374 WO2009054728A1 (en) | 2007-10-24 | 2008-10-23 | Catalyst for production of nitric oxide |
| EA201070513A EA017572B1 (ru) | 2007-10-24 | 2008-10-23 | Катализатор для получения монооксида азота |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20075402A NO327667B1 (no) | 2007-10-24 | 2007-10-24 | Anvendelse av en katalysator for fremstilling av nitrogenoksid, og fremgangsmate for fremstilling av gass som omfatter nitrogenoksid. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20075402L NO20075402L (no) | 2009-04-27 |
| NO327667B1 true NO327667B1 (no) | 2009-09-07 |
Family
ID=40291162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20075402A NO327667B1 (no) | 2007-10-24 | 2007-10-24 | Anvendelse av en katalysator for fremstilling av nitrogenoksid, og fremgangsmate for fremstilling av gass som omfatter nitrogenoksid. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9616413B2 (no) |
| EP (1) | EP2205352B1 (no) |
| AU (1) | AU2008317569B2 (no) |
| EA (1) | EA017572B1 (no) |
| NO (1) | NO327667B1 (no) |
| WO (1) | WO2009054728A1 (no) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR112014009803B1 (pt) | 2011-10-24 | 2021-07-06 | Aditya Birla Nuvo Limited | processo para produzir um negro de fumo modificado na superfície |
| MX2014005119A (es) | 2011-11-10 | 2014-05-28 | Hoffmann La Roche | Sistema de cromatografia en columna preparativa. |
| US20130252808A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Yoshihiro Yamazaki | Catalysts for thermochemical fuel production and method of producing fuel using thermochemical fuel production |
| US9410042B2 (en) | 2012-03-30 | 2016-08-09 | Aditya Birla Science And Technology Company Ltd. | Process for obtaining carbon black powder with reduced sulfur content |
| US20150252272A1 (en) * | 2012-09-28 | 2015-09-10 | Aditya Birla Science And Technology Company Limited | Methods and compositions for desulfurization of compositions |
| NO20130145A1 (no) * | 2013-01-28 | 2014-07-29 | Yara Int Asa | En ammoniakkoksidasjonskatalysator for fremstillingen av salpetersyre basert på metalldopet yttrium |
| NO335207B1 (no) | 2013-01-28 | 2014-10-20 | Yara Int Asa | Katalytisk aktiv komponent av katalysator, katalysator og anvendelse derav. |
| EP3210939A1 (en) | 2016-02-24 | 2017-08-30 | Casale SA | A reactor for oxidation of ammonia in the production of nitric acid |
| US10946362B1 (en) * | 2017-02-24 | 2021-03-16 | University Of South Florida | Perovskite oxides for thermochemical conversion of carbon dioxide |
| DE102017209257A1 (de) * | 2017-06-01 | 2018-12-06 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zur katalytischen Oxidation von Ammoniakgas |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60225643A (ja) * | 1984-04-25 | 1985-11-09 | Doudensei Muki Kagoubutsu Gijutsu Kenkyu Kumiai | 排気ガス浄化触媒 |
| US5306411A (en) * | 1989-05-25 | 1994-04-26 | The Standard Oil Company | Solid multi-component membranes, electrochemical reactor components, electrochemical reactors and use of membranes, reactor components, and reactor for oxidation reactions |
| RU2117528C1 (ru) * | 1997-03-12 | 1998-08-20 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Катализатор окисления аммиака |
| US6017504A (en) | 1998-07-16 | 2000-01-25 | Universite Laval | Process for synthesizing perovskites using high energy milling |
| GB0416982D0 (en) * | 2004-07-30 | 2004-09-01 | Johnson Matthey Plc | Oxidation process |
| WO2006041300A1 (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-20 | Yara International Asa | Catalytic membrabe reactor for the oxidation of nh3 to no, and method for the oxidation of nh3 to no |
| RU2397810C2 (ru) | 2006-03-10 | 2010-08-27 | Умикоре Аг Унд Ко. Кг | Катализатор и способ разложения монооксида диазота и способ и устройство для получения азотной кислоты |
-
2007
- 2007-10-24 NO NO20075402A patent/NO327667B1/no not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-10-23 AU AU2008317569A patent/AU2008317569B2/en not_active Ceased
- 2008-10-23 US US12/734,312 patent/US9616413B2/en active Active
- 2008-10-23 WO PCT/NO2008/000374 patent/WO2009054728A1/en active Application Filing
- 2008-10-23 EP EP08842642.4A patent/EP2205352B1/en not_active Not-in-force
- 2008-10-23 EA EA201070513A patent/EA017572B1/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2205352B1 (en) | 2019-03-13 |
| US20100278709A1 (en) | 2010-11-04 |
| AU2008317569A1 (en) | 2009-04-30 |
| EA201070513A1 (ru) | 2010-10-29 |
| EA017572B1 (ru) | 2013-01-30 |
| EP2205352A1 (en) | 2010-07-14 |
| WO2009054728A1 (en) | 2009-04-30 |
| US9616413B2 (en) | 2017-04-11 |
| NO20075402L (no) | 2009-04-27 |
| AU2008317569B2 (en) | 2012-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO327667B1 (no) | Anvendelse av en katalysator for fremstilling av nitrogenoksid, og fremgangsmate for fremstilling av gass som omfatter nitrogenoksid. | |
| US11820653B2 (en) | Method for oxidizing ammonia and system suitable therefor | |
| NO323278B1 (no) | Fremgangsmate for katalytisk dekomponering av N2O | |
| US10618811B2 (en) | Mixed metal oxide catalyst and production of nitric oxide by oxidation of ammonia | |
| EP2948242B1 (en) | An ammonia oxidation catalyst for the production of nitric acid based on metal doped yttrium ortho cobaltate | |
| Zhu et al. | Characterization and catalytic activity in NO decomposition of La2− xSrxCuO4 (0≤ x≤ 1) compounds with T* phase structure | |
| Hessevik et al. | LaNiO3 as a Pt catchment material in the ammonia oxidation process | |
| AU2014209840B2 (en) | An ammonia oxidation catalyst for the production of nitric acid based on yttrium-gadolinium ortho cobaltates | |
| Stoyanova et al. | Catalytic decomposition of N2O, contained in waste gases originating from HNO3 production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: YARA INTERNATIONAL ASA, NO |
|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |