RU2430781C1 - Catalyst, preparation method thereof and method of decomposing nitrogen oxide - Google Patents

Catalyst, preparation method thereof and method of decomposing nitrogen oxide Download PDF

Info

Publication number
RU2430781C1
RU2430781C1 RU2010133401/04A RU2010133401A RU2430781C1 RU 2430781 C1 RU2430781 C1 RU 2430781C1 RU 2010133401/04 A RU2010133401/04 A RU 2010133401/04A RU 2010133401 A RU2010133401 A RU 2010133401A RU 2430781 C1 RU2430781 C1 RU 2430781C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
active component
carrier
ammonia
oxide
Prior art date
Application number
RU2010133401/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лариса Геннадьевна Пинаева (RU)
Лариса Геннадьевна Пинаева
Любовь Александровна Исупова (RU)
Любовь Александровна Исупова
Нина Александровна Куликовская (RU)
Нина Александровна Куликовская
Андрей Анатольевич Марчук (RU)
Андрей Анатольевич Марчук
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН
Priority to RU2010133401/04A priority Critical patent/RU2430781C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2430781C1 publication Critical patent/RU2430781C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a catalyst for selective decomposition of nitrogen oxide under Ostwald process conditions, as well as in conditions with ammonia slip after platinoid mesh. Described is a catalyst which is a block with cellular structure consisting of porous ceramic oxide carrier on which a catalytically active phase of formula LaMe1xFe1-xO3 is deposited, where: Me = Cu, Co, Mg, Ni, Zn, x=0-0.4, wherein the volume of transport pores with characteristic size 300-2000 Å in the catalyst is equal to at least 0.25 cm3/g.The invention also describes a method of preparing said catalyst and a method of decomposing nitrogen oxide using said catalyst.
EFFECT: preparation of an active and thermally stable catalyst for decomposing nitrogen oxide under Ostwald process conditions in the temperature range 800-1000°C and pressure 0,9-9 bars.
9 cl, 5 ex, 5 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к керамическому блочному катализатору для селективного разложения закиси азота в условиях процесса Оствальда при температуре 800-1000°С и давлении 0.9÷9 бар и способу его получения. Изобретение включает также способ осуществления процесса с использованием данного катализатора.The invention relates to a ceramic block catalyst for the selective decomposition of nitrous oxide under the conditions of the Ostwald process at a temperature of 800-1000 ° C and a pressure of 0.9 ÷ 9 bar and a method for its preparation. The invention also includes a method of carrying out a process using this catalyst.

Закись азота является основным источником NOx в стратосфере, что приводит к разрушению озонового слоя. Кроме того, его потенциал в отношении глобального потепления превышает значения, характерные для CO2 и СН4, в 310 и 21 раз, соответственно (J.Perez-Ramirez, F.Kaptein, K.Shoffel, J.A.Moulijn, Applied Catalysis B: Environmental 44 (2003) 117-151). Вследствие этого во всем мире прилагаются определенные усилия по снижению уровня антропогенной эмиссии N2O путем его разложения до N2 и О2.Nitrous oxide is the main source of NO x in the stratosphere, which leads to the destruction of the ozone layer. In addition, its potential for global warming exceeds the values characteristic of CO 2 and CH 4 by 310 and 21 times, respectively (J. Perez-Ramirez, F. Kaptein, K.Shoffel, JAMoulijn, Applied Catalysis B: Environmental 44 (2003) 117-151). As a result, worldwide efforts are being made to reduce the level of anthropogenic emissions of N 2 O by decomposing it to N 2 and O 2 .

Процесс Оствальда традиционно используется для получения азотной кислоты путем каталитического сжигания аммиака на сетках, состоящих из Pt-Rh(-Pd) сплавов. В качестве побочных продуктов окисления аммиака в атмосферу после всех стадий процесса выделяются азот и N2O. Концентрация N2O после общепринятых каталитических сеток варьируется от 500 до 3000 ppm, но их дальнейшая модификация направлена в первую очередь на увеличение селективности по NOx за счет снижения образования азота. Поскольку процесс получения азотной кислоты является высоко оптимизированным производством, любое изменение в технологической цепочке потребует больших вложений. Поэтому наиболее простым с технологической точки зрения представляется разложение N2O непосредственно в конверторе, когда катализатор помещается сразу после платиноидных сеток взамен слоя из колец Рашига. Такое решение, однако, выдвигает очень жесткие требования к катализатору, определяемые прежде всего условиями процесса в реакторе окисления аммиака: температура - 800÷1000°С, линейные скорости газа - до 7 м/с, агрессивная среда - окислы азота, вода, аммиак. Отрицательное действие последнего фактора выражается в том, что недостаточно стойкие материалы могут выделять соединения, которые при попадании в конечный продукт (в основном, это нитрат аммония) вызывают его разложение с взрывом.The Ostwald process is traditionally used to produce nitric acid by catalytic combustion of ammonia on grids consisting of Pt-Rh (-Pd) alloys. Nitrogen and N 2 O are emitted as by-products of ammonia oxidation into the atmosphere after all stages of the process. The concentration of N 2 O after conventional catalytic networks varies from 500 to 3000 ppm, but their further modification is primarily aimed at increasing NO x selectivity due to reduce nitrogen formation. Since the process of producing nitric acid is a highly optimized production, any change in the process chain will require large investments. Therefore, the most simple from a technological point of view is the decomposition of N 2 O directly in the converter, when the catalyst is placed immediately after the platinum chains instead of a layer of Raschig rings. Such a solution, however, puts forward very stringent requirements for the catalyst, determined primarily by the process conditions in the ammonia oxidation reactor: temperature - 800 ÷ 1000 ° C, linear gas velocities - up to 7 m / s, aggressive environment - nitrogen oxides, water, ammonia. The negative effect of the latter factor is expressed in the fact that insufficiently resistant materials can release compounds which, when released into the final product (mainly ammonium nitrate), cause its decomposition with an explosion.

Таким образом, катализаторы, эффективно удаляющие N2O в условиях процесса Оствальда, кроме высокой активности, должны соответствовать следующим требованиям как с точки зрения эффективности проведения процесса, так и его безопасности:Thus, catalysts that effectively remove N 2 O under the conditions of the Ostwald process, in addition to high activity, must meet the following requirements both in terms of the efficiency of the process and its safety:

- термостабильность;- thermal stability;

- устойчивость в агрессивных средах;- stability in aggressive environments;

- инертность по отношению к NO;- inertia with respect to NO;

- низкое газодинамическое сопротивление слоя катализатора.- low gas-dynamic resistance of the catalyst layer.

Последнее требование наиболее простым способом решается путем использования катализатора в форме блоков с сотовой структурой, которые устанавливаются непосредственно после пакета сеток взамен слоя из колец Рашига. Кроме того, увеличение плотности каналов позволяет за счет геометрического фактора существенно повышать активную поверхность без значительного роста перепада давления на слое, что практически невозможно в случае использования катализаторов другой геометрической формы, например гранул, колец Рашига.The latter requirement is most easily solved by using a catalyst in the form of blocks with a honeycomb structure, which are installed immediately after the packet of meshes instead of a layer of Raschig rings. In addition, an increase in the channel density allows, due to the geometric factor, to significantly increase the active surface without a significant increase in the pressure drop across the layer, which is practically impossible in the case of using catalysts of a different geometric shape, for example, granules, Raschig rings.

Блок с сотовой структурой может непосредственно состоять из активного компонента, смешанного со связующим (т.н. массивные монолиты), а также представлять носитель с нанесенным активным компонентом. С точки зрения распределения активного компонента различаются катализаторы, в которых активный компонент локализован на внешней поверхности блока, либо распределен равномерно по глубине стенки (P.Avila, M.Montes, E.E.Miro, Chem. Eng. Journal 109 (2005) 11-36).A block with a honeycomb structure can directly consist of an active component mixed with a binder (so-called massive monoliths), and also represent a carrier with an active component deposited. From the point of view of the distribution of the active component, catalysts are distinguished in which the active component is localized on the outer surface of the block or distributed uniformly along the wall depth (P. Avila, M. Montes, EEMiro, Chem. Journal 109 (2005) 11-36) .

Применительно к возможности приготовления блочных катализаторов нами была проанализирована информация по ранее разработанным каталитическим системам, включая нанесенные, которые могут быть использованы в условиях процесса Оствальда (Т=850÷950°С, Р=1÷15 атм, время контакта ≤0.1 с).In relation to the possibility of preparing block catalysts, we analyzed information on previously developed catalytic systems, including supported ones, which can be used under the conditions of the Ostwald process (Т = 850 ÷ 950 ° С, Р = 1 ÷ 15 atm, contact time ≤0.1 s).

В серии патентов и заявок, поданных HERAEUS GMBH W С [DE] (DE 102004024026 A1, US 20050202966, US 2009130010 A1, RU 2304465 C2, EP 15863665 A2), предлагается катализатор, который содержит носитель, состоящий из альфа-Al2O3, ZrO2, CeO2 или их смеси, и нанесенное на носитель покрытие из родия или оксида родия или смешанного Pd-Rh катализатора.In a series of patents and applications filed by HERAEUS GMBH W C [DE] (DE 102004024026 A1, US 20050202966, US 2009130010 A1, RU 2304465 C2, EP 15863665 A2), a catalyst is proposed that contains a carrier consisting of alpha-Al 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2, or mixtures thereof, and a coating on a support of rhodium or rhodium oxide or a mixed Pd-Rh catalyst.

Смешанные оксиды циркония и церия, взятые в соотношении от 20/80 до 80/20 и образующие твердый раствор, фигурируют в качестве катализатора разложения N2O в интервале температур от 700 до 1 000°С и расходах более 50,000 ч-1 (US 7192566).Mixed oxides of zirconium and cerium, taken in a ratio of 20/80 to 80/20 and forming a solid solution, appear as a catalyst for the decomposition of N 2 O in the temperature range from 700 to 1,000 ° C and costs of more than 50,000 h -1 (US 7192566 )

ПОРЦЕЛЛАНВЕРК КЛОСТЕР ФАЙЛСДОРФ ГМБХ (DE) (US 20040179986, RU 2221642) запатентовал порошкообразный катализатор, который состоит из пористого керамического носителя и каталитически активной фазы, причем носитель, по меньшей мере, на 95% состоит из одного или более соединений щелочноземельных металлов (MgO, СаО). Активный компонент представляет собой оксид/смесь оксидов Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, In, Ag, Ti, Y, Zr, La, Ca, Sr и Ва.PORZELLANWERK CLOSTER FILESDORF GMBH (DE) (US 20040179986, RU 2221642) has patented a powdered catalyst, which consists of a porous ceramic support and a catalytically active phase, the support being at least 95% composed of one or more alkaline earth metal compounds (MgO, CaO). The active component is an oxide / mixture of oxides Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, In, Ag, Ti, Y, Zr, La, Ca, Sr and Ba.

Катализаторы на основе различных смешанных оксидов со структурой перовскита или шпинели представляют особенный интерес, поскольку такие системы обладают высокой термической стабильностью и устойчивы к воздействию агрессивных сред. Так, для разложения N2O в содержащих NO газах ЯРА ИНТЭРНЭШНЛ АСА (NO) (US 20040023796, RU 2237514) предлагает катализатор, содержащий 0,1-10 мол.% Со3-xMxO4, где М представляет Fe или Al и х=0,25-2, на носителе - оксиде церия. Смешанные оксиды других металлов с переменной валентностью (Cu, Mn, Fe, La, Y) со структурой перовскита также могут наноситься на оксид церия и оксид циркония (EP 1504805 А1).Catalysts based on various mixed oxides with a perovskite or spinel structure are of particular interest, since such systems have high thermal stability and are resistant to aggressive environments. So, for the decomposition of N 2 O in NO gases, YARA INTERNATIONAL ACA (NO) (US 20040023796, RU 2237514) offers a catalyst containing 0.1-10 mol.% Co 3-x M x O 4 , where M represents Fe or Al and x = 0.25-2, on the carrier - cerium oxide. Mixed oxides of other metals with variable valency (Cu, Mn, Fe, La, Y) with a perovskite structure can also be applied to cerium oxide and zirconium oxide (EP 1504805 A1).

Активные компоненты на основе медьсодержащей шпинели состава CuAl2O4, модифицированной Zn, Pb и/или одним из элементов второй группы периодической системы элементов (WO 99/55621, US 6743404, US 6723295), легли в основу гранулированных (черенки, кольца Рашига, трехлистники) катализаторов O3-85 и O3-86 для промышленного применения, разработанных БАСФ АГ (www.basf.de; G.Kuhn: Proceeding of the Krupp Uhde Technologies Users' Group Meeting 2000, Vienna, 14-16 March 2000). В последующих патентах БАСФ предлагается модифицировать систему CuO-Zn(Pb)-Al3O3 такими элементами, как Ag, Au, Mg, Со, Ni, Pd, Pt, Ru, Os, Ir, и/или Rh (DE 10016276 A1), а также наносить активный компонент на плетеные и вязаные сетки из Fe-Cr-Al сплава и затем формировать из них трехмерные структуры (US 7364711). При этом круг возможных для нанесения активных материалов был значительно расширен и включал простые оксиды (MgO, СоО, МоО3, NiO, ZnO, Cr2O3, WO3, SrO, CuO/Cu2O, MnO2, V2O5), смешанные оксиды (CuO-ZnO-Al2O3, CoO-MgO, CoO-La2O3, La2CuO4, Nd2CuO4, Co-ZnO, NiO-МоО3), в том числе со структурой перовскита (LaMnO3, CoTiO3, LaTiO3, CoNiO3) или шпинели (CuAl2O4, ZnAl2O4, MgAl2O4, (Cu,Zn)Al2O4, (Cu,Zn,Mg)Al2O4, (Cu,Zn,Ba)Al2O4, (Cu,Zn,Ca)Al2O4, La2NiO4).The active components based on copper-containing spinel of the composition CuAl 2 O 4 modified with Zn, Pb and / or one of the elements of the second group of the periodic system of elements (WO 99/55621, US 6743404, US 6723295) formed the basis of granular (cuttings, Rashig rings, trefoils) of O3-85 and O3-86 catalysts for industrial applications developed by BASF AG (www.basf.de; G. Kuhn: Proceeding of the Krupp Uhde Technologies Users' Group Meeting 2000, Vienna, March 14-16, 2000). Subsequent BASF patents propose modifying the CuO-Zn (Pb) -Al 3 O 3 system with elements such as Ag, Au, Mg, Co, Ni, Pd, Pt, Ru, Os, Ir, and / or Rh (DE 10016276 A1 ), as well as applying the active component to woven and knitted grids of Fe-Cr-Al alloy and then forming three-dimensional structures from them (US 7364711). Moreover, the range of possible active material deposition was significantly expanded and included simple oxides (MgO, CoO, MoO 3 , NiO, ZnO, Cr 2 O 3 , WO 3 , SrO, CuO / Cu 2 O, MnO 2 , V 2 O 5 ), mixed oxides (CuO-ZnO-Al 2 O 3 , CoO-MgO, CoO-La 2 O 3 , La 2 CuO 4 , Nd 2 CuO 4 , Co-ZnO, NiO-MoO 3 ), including with the structure perovskite (LaMnO 3 , CoTiO 3 , LaTiO 3 , CoNiO 3 ) or spinel (CuAl 2 O 4 , ZnAl 2 O 4 , MgAl 2 O 4 , (Cu, Zn) Al 2 O 4 , (Cu, Zn, Mg) Al 2 O 4 , (Cu, Zn, Ba) Al 2 O 4 , (Cu, Zn, Ca) Al 2 O 4 , La 2 NiO 4 ).

Применительно к массивным монолитам, использование любых медьсодержащих соединений в качестве активного компонента весьма проблематично с точки зрения техники безопасности, поскольку медь может выделяться из катализатора и при попадании в конечный продукт - нитрат аммония - катализировать его разложение [Applied Catalysis В: Environmental, 44 (2003), 117-151]. Именно это в существенной степени ограничивает применение массивных катализаторов на основе CuO [US 6743404, WO 9955621], в том числе предлагаемых BASF 03-85 и 03-86. Экономически невыгодно также использовать активный компонент на основе родия (DE 102004024026 (А1), US 20050202966, US 2009130010 (A1), RU 2304465, EP 15863665 (A2)). Достаточно сложно сформовать в виде блоков с достаточно высокой плотностью каналов оксиды щелочноземельных металлов (MgO, CaO), которые предлагаются в качестве носителя для нанесенных катализаторов на основе оксидов Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, In, Ag, Ti, Y, Zr, La, Ca, Sr и Ва (US 20040179986, RU 2221642).In relation to massive monoliths, the use of any copper-containing compounds as an active component is very problematic from a safety point of view, since copper can be released from the catalyst and, when it enters the final product, ammonium nitrate, catalyzes its decomposition [Applied Catalysis B: Environmental, 44 (2003 ), 117-151]. This is what significantly limits the use of bulk catalysts based on CuO [US 6743404, WO 9955621], including the proposed BASF 03-85 and 03-86. It is also economically disadvantageous to use an active component based on rhodium (DE 102004024026 (A1), US 20050202966, US 2009130010 (A1), RU 2304465, EP 15863665 (A2)). It is rather difficult to form alkaline earth metal oxides (MgO, CaO) in the form of blocks with a sufficiently high channel density, which are offered as carriers for supported catalysts based on the oxides Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, In, Ag , Ti, Y, Zr, La, Ca, Sr and Ba (US 20040179986, RU 2221642).

Катализаторы, состоящие из смешанных оксидов со структурой перовскита или шпинели, а также флюорита (СеО2, ZrO2) могут быть сформованы в блоки с сотовой структурой с достаточно высокой плотностью каналов.Catalysts consisting of mixed oxides with the structure of perovskite or spinel, as well as fluorite (CeO 2 , ZrO 2 ) can be formed into blocks with a honeycomb structure with a sufficiently high channel density.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ разложения закиси азота на блочном катализаторе сотовой структуры с активным компонентом состава М1М21-xM3xO3 с кристаллической решеткой перовскита, где х=0.05÷0.9, М1 выбирается из La, Се, Nd, Pr, Sm и/или их комбинации, М2 - из Fe, Ni и/или их комбинации, М3 - из Cu, Со, Mn и/или их комбинации [WO 2007/104403 A1, B01J 23/00, 20.09.2007; RU 2006107288 A, B01J 21/00, 20.09.2007]. При этом активный компонент может вводиться либо непосредственно в пластическую массу для экструдирования, либо наноситься всеми известными способами на уже готовые блоки носителя сотовой структуры. Независимо от материала носителя, преимущество отдается образцам с высокой (более 5 м2/г) удельной площадью поверхности.Closest to the proposed invention in its technical essence and the achieved effect is a method of decomposition of nitrous oxide on a block catalyst of a honeycomb structure with an active component of the composition M 1 M 2 1-x M 3 x O 3 with a perovskite crystal lattice, where x = 0.05 ÷ 0.9, M 1 is selected from La, Ce, Nd, Pr, Sm and / or a combination thereof, M 2 from Fe, Ni and / or a combination thereof, M 3 from Cu, Co, Mn and / or a combination [WO 2007 / 104403 A1, B01J 23/00, 09/20/2007; RU 2006107288 A, B01J 21/00, 09/20/2007]. In this case, the active component can be introduced either directly into the plastic mass for extrusion, or applied by all known methods to ready-made blocks of the carrier of the honeycomb structure. Regardless of the material of the carrier, preference is given to samples with a high (more than 5 m 2 / g) specific surface area.

Величина удельной площади поверхности материала сильно зависит от температуры его прокалки. Чтобы избежать спекания при работе, последняя, в свою очередь, должна быть выше, чем верхняя граница температурного интервала, в котором предполагается его эксплуатация (750÷950°С). Для большинства материалов, используемых в качестве носителей, после прокалки при Т>1000°С величина удельной поверхности не превышает величину 20 м2/г. При этом пористая структура может отличаться кардинально, в зависимости от природы материала носителя, а также добавок, используемых для улучшения формуемости блоков и их конечной прочности.The specific surface area of the material is highly dependent on its calcination temperature. To avoid sintering during operation, the latter, in turn, should be higher than the upper limit of the temperature range in which it is supposed to be used (750 ÷ 950 ° C). For most materials used as carriers, after calcination at T> 1000 ° C, the specific surface area does not exceed 20 m 2 / g. In this case, the porous structure can differ dramatically, depending on the nature of the carrier material, as well as additives used to improve the formability of the blocks and their final strength.

Между тем, окисление аммиака относится к процессам, для которых диффузионные ограничения не только снижают общую скорость реакции, особенно с увеличением давления, но и существенно ухудшают селективность реакции в отношении окислов азота, в том числе за счет образования дополнительного количества закиси азота в условиях с проскоком аммиака. Поэтому доступность активных центров поверхности катализатора принципиально важна. Кроме того, катализаторы должны обладать высокой термостабильностью, механической прочностью, а также отсутствием взаимодействия между активным компонентом и материалом носителя, приводящим к дезактивации. В принципе, последним трем критериям удовлетворяют подавляющее большинство доступных носителей с сотовой структурой, разработанных для высокотемпературных процессов. Однако, как правило, высокое давление, необходимое для экструзии блоков с высокой плотностью каналов, приводит к повышенной плотности материала в поверхностных слоях стенок каналов. В результате высокотемпературной обработки поверхностные слои стенок спекаются, образуя оплавленную корку с низкой удельной поверхностью (Фиг.1А). Такая газоплотная корка ограничивает доступ реагентов во внутренние слои блока и таким образом существенно снижает активную поверхность. Кроме того, специфика проведения процесса получения азотной кислоты (высокие скорости, агрессивная среда, наличие воды в реакционной смеси) выдвигает высокие требования к прочности закрепления активного компонента на носителе, что весьма проблематично на гладких поверхностях.Meanwhile, ammonia oxidation refers to processes for which diffusion restrictions not only reduce the overall reaction rate, especially with increasing pressure, but also significantly worsen the selectivity of the reaction with respect to nitrogen oxides, including due to the formation of an additional amount of nitrous oxide under breakthrough conditions ammonia. Therefore, the availability of active sites on the surface of the catalyst is crucial. In addition, the catalysts must have high thermal stability, mechanical strength, as well as the absence of interaction between the active component and the carrier material, leading to deactivation. In principle, the vast majority of available honeycomb media designed for high-temperature processes satisfy the last three criteria. However, as a rule, the high pressure required for the extrusion of blocks with a high channel density leads to an increased density of the material in the surface layers of the channel walls. As a result of high-temperature processing, the surface layers of the walls are sintered to form a fused crust with a low specific surface (Fig. 1A). Such a gas-tight crust limits the access of reagents to the inner layers of the block and thus significantly reduces the active surface. In addition, the specifics of the process of producing nitric acid (high speeds, aggressive environment, the presence of water in the reaction mixture) makes high demands on the strength of the fastening of the active component on the carrier, which is very problematic on smooth surfaces.

Изобретение решает задачу создания активного и термически стабильного блочного катализатора сотовой структуры для разложения закиси азота в процессе окисления аммиака.The invention solves the problem of creating an active and thermally stable block catalyst of a honeycomb structure for the decomposition of nitrous oxide in the process of ammonia oxidation.

Задача решается за счет применения носителя, в котором при относительно невысокой удельной поверхности в поверхностном слое стенок каналов создана разветвленная система транспортных пор, позволяющая эффективно использовать внутренний объем стенки катализатора в случае равномерного распределения активного компонента по глубине носителя (Фиг.1Б).The problem is solved through the use of a carrier in which, with a relatively low specific surface area, a branched system of transport pores is created in the surface layer of the channel walls, which makes it possible to efficiently use the internal volume of the catalyst wall in the case of uniform distribution of the active component along the depth of the carrier (Fig. 1B).

Предлагаемый катализатор для разложения закиси азота в условиях процесса окисления аммиака при 800÷920°С и давлении 1÷9 бар, в том числе в условиях с проскоком аммиака, содержит носитель сотовой структуры с нанесенным активным компонентом, активный компонент имеет состав LaM11-xM2xO3, где М1 выбирается из группы, состоящей из Fe, Mn, Со; М2 - Со, Cu, Ni, Zn, Mg; х=0÷0.4; пористая структура носителя включает открытые транспортные поры размером 300-2000 Å, причем объем таких пор не ниже 0.25 см3/г,The proposed catalyst for the decomposition of nitrous oxide under the conditions of the process of ammonia oxidation at 800 ÷ 920 ° C and a pressure of 1 ÷ 9 bar, including conditions with an ammonia slip, contains a honeycomb carrier with an active component deposited, the active component has the composition LaM 1 1- x M 2 x O 3 , where M 1 is selected from the group consisting of Fe, Mn, Co; M 2 - Co, Cu, Ni, Zn, Mg; x = 0 ÷ 0.4; the porous structure of the carrier includes open transport pores 300-2000 Å in size, and the volume of such pores is not lower than 0.25 cm 3 / g,

М1, предпочтительно, Fe, М2, предпочтительно, Cu, х, предпочтительно, 0.2.M 1 , preferably Fe, M 2 , preferably Cu, x, preferably 0.2.

Катализатор содержит не более 6 мас.% активного компонента, а общее содержание меди в таком катализаторе не превышает 0.3 мас.%.The catalyst contains not more than 6 wt.% Of the active component, and the total copper content in such a catalyst does not exceed 0.3 wt.%.

Катализатор имеет форму шестигранной призмы со стороной 30 мм и высотой 50 мм, треугольными каналами размером 2,5×2,5×2,5 мм и толщиной стенки 0,5 мм.The catalyst has the shape of a hexagonal prism with a side of 30 mm and a height of 50 mm, triangular channels measuring 2.5 × 2.5 × 2.5 mm and a wall thickness of 0.5 mm.

Задача решается также способом приготовления катализатора. Катализатор готовят пропиткой блочного носителя активным компонентом. Носитель для блочного катализатора с открытыми транспортными порами в поверхностном слое стенок каналов размером 300-2000 Å, с объемом таких пор не ниже 0.25 см3/г, готовят смешением порошка оксида алюминия (церия, циркония, титана) с характерным размером частиц от 5 до 100 мкм с любым из традиционно использующихся неорганических связующих на основе оксида алюминия (гидраргиллит, байерит, псевдобемит, оксинитрат алюминия, рентгеноаморфный гидроксид алюминия и/или их смеси), водой, кислотой (азотная, уксусная), пластифицирующими (этиленгликоль, целлюлоза, метилцеллюлоза, или их смеси), а также высокотемпературными выгорающими добавками, например, графит, древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, лигнин, а активный компонент наносят на носитель методом пропитки водными растворами, содержащими полимеризованные сложноэфирные предшественники активного компонента.The problem is also solved by the method of preparation of the catalyst. The catalyst is prepared by impregnating the block support with the active component. A support for a block catalyst with open transport pores in the surface layer of channel walls 300–2000 Å in size, with a pore volume of at least 0.25 cm 3 / g, is prepared by mixing alumina powder (cerium, zirconium, titanium) with a characteristic particle size of 5 to 100 microns with any of the traditionally used inorganic binders based on alumina (hydrargillite, bayerite, pseudoboehmite, aluminum oxynitrate, X-ray amorphous aluminum hydroxide and / or mixtures thereof), water, acid (nitric, acetic), plasticizing (ethylene glycol, intact lulose, methyl cellulose, or mixtures thereof), as well as high-temperature burn-out additives, for example, graphite, wood chips, ground brown coal, waste from coal processing plants, TPP ash, lignin, and the active component is applied to the carrier by impregnation with aqueous solutions containing polymerized ester precursors active component.

Процесс разложения закиси азота в условиях процесса Оствальда осуществляют при 800÷920°С и давлении 1÷9 бар, в том числе в условиях с проскоком аммиака, при котором N2O - содержащую смесь, образующуюся после платиноидных сеток в результате окисления аммиака, вводят в контакт с катализатором разложения закиси азота N2O в присутствие описанного выше катализатора.The process of decomposition of nitrous oxide under the conditions of the Ostwald process is carried out at 800 ÷ 920 ° C and a pressure of 1 ÷ 9 bar, including under conditions with an ammonia slip, in which N 2 O - containing mixture formed after platinum networks as a result of ammonia oxidation is introduced in contact with a catalyst for the decomposition of nitrous oxide N 2 O in the presence of the catalyst described above.

На Фиг.1 представлены снимки разлома стенок каналов типичного доступного (А) и оптимального, т.е. содержащего разветвленную сеть открытых транспортных пор (Б), носителей на основе Al2O3. Данные сканирующей электронной микроскопии.Figure 1 presents the images of the fracture of the walls of the channels of the typical available (A) and optimal, i.e. containing an extensive network of open transport pores (B), carriers based on Al 2 O 3 . Scanning electron microscopy data.

Для подтверждения данного предположения нами была проверена активность блочных катализаторов, в которых в качестве носителя использовался α-оксид алюминия с площадью поверхности не ниже 1 м2/г с близким объемом пор, однако размер пор отличался значительно. В том числе, для увеличения рабочей поверхности носителя применялась методика нанесения дополнительного подслоя из оксида алюминия. В качестве активного компонента использовался железосодержащий перовскит, который наносился пропиткой из растворов нитратов. Измерения активности проводились как в модельных условиях (атмосферное давление, Т=900°С состав реакционной смеси: 0.15% N2O + 3% O2 + 3% H2O, остальное - Не), так, и на пилотной установке в условиях, приближенных к таковым в промышленном агрегате (давление от 3 до 6 бар, температура и состав газов, подаваемых на катализатор, определяется температурой сжигания аммиака и составом пакета платиноидных сеток, устанавливаемых непосредственно перед испытываемым образцом). Во всех случаях испытывались фрагменты блоков.To confirm this assumption, we tested the activity of block catalysts in which α-alumina with a surface area of at least 1 m 2 / g and a similar pore volume was used as a support, however, the pore size differed significantly. In particular, to increase the working surface of the carrier, the technique of applying an additional alumina sublayer was used. An iron-containing perovskite was used as the active component, which was applied by impregnation from nitrate solutions. The activity measurements were carried out both under model conditions (atmospheric pressure, Т = 900 ° С, composition of the reaction mixture: 0.15% N 2 O + 3% O 2 + 3% H 2 O, the rest - He), and on a pilot installation under close to those in the industrial unit (pressure from 3 to 6 bar, the temperature and composition of the gases supplied to the catalyst is determined by the temperature of ammonia combustion and the composition of the package of platinum networks installed directly in front of the test sample). In all cases, fragments of blocks were tested.

Оказалось, что активность, измеренная в модельных условиях, аналогичных использовавшимся в [WO 2007/104403 А1], коррелирует с таковой в условиях, приближенных к реальным (т.е. в присутствии окислов азота, воды, при повышенном давлении). Однако удельная поверхность образца, даже в случае одинаковой природы носителя и близкой плотности каналов в блоке, не является фактором, определяющим активность катализатора.It turned out that the activity measured under model conditions similar to those used in [WO 2007/104403 A1] correlates with that under conditions close to real ones (ie, in the presence of nitrogen oxides, water, at elevated pressure). However, the specific surface of the sample, even in the case of the same carrier nature and close channel density in the block, is not a factor determining the activity of the catalyst.

Было показано, что в случае использования в качестве носителей образцов с изначально низкой удельной поверхностью, удается значительно повышать активность за счет нанесения с использованием общепринятых методов дополнительной подложки с высокоразвитой поверхностью, например, из оксида алюминия. Нанесение такой подложки благоприятно действует и на активность образцов с изолированным внутренним объемом стенок каналов в блоках (как изображено на Фиг.1А). Однако в реальных условиях образцы с подложкой быстро теряют активность вследствие уноса активного компонента и/или взаимодействия активного компонента с материалом подложки. Высокой активностью и стабильностью обладают образцы, в которых сформирована развитая система транспортных пор (Фиг.1Б). Особенно предпочтительными являются образцы носителей, в которых размер транспортных пор лежит в интервале 500÷2000 Å, а общий объем таких пор не ниже 0.25 см3/г. Следует, однако, принимать во внимание, что увеличение порозности материала приводит к снижению его прочности. Поэтому желательно не увеличивать объем транспортных пор выше значения 0.5 см3/г. Также лучше, чтобы в носителе отсутствовали микропоры (<200 Å), которые быстро спекаются в условиях работы катализатора, что приводит к падению активности.It was shown that in the case of using samples with an initially low specific surface as carriers, it is possible to significantly increase activity by applying an additional substrate with a highly developed surface, for example, from aluminum oxide, using conventional methods. The application of such a substrate also favorably affects the activity of samples with an isolated internal volume of the channel walls in blocks (as shown in Fig. 1A). However, under real conditions, samples with a substrate quickly lose activity due to entrainment of the active component and / or interaction of the active component with the substrate material. High activity and stability are possessed by samples in which a developed system of transport pores is formed (Fig. 1B). Particularly preferred are carrier samples in which the transport pore size is in the range of 500 ÷ 2000 Å, and the total volume of such pores is not lower than 0.25 cm 3 / g. However, it should be taken into account that an increase in the porosity of the material leads to a decrease in its strength. Therefore, it is advisable not to increase the volume of transport pores above a value of 0.5 cm 3 / g. It is also better that micropores (<200 Å) are absent in the carrier, which quickly sinter under the catalyst operating conditions, which leads to a decrease in activity.

Носитель, обладающий необходимой пористой структурой, может быть приготовлен путем смешения порошка оксида алюминия (церия, циркония, титана) с характерным размером частиц от 5 до 100 микрометров с любым из традиционно использующихся неорганических связующих на основе оксида алюминия (гидраргиллит, байерит, псевдобемит, оксинитрат алюминия, рентгеноаморфный гидроксид алюминия и/или их смеси), водой, кислотой (азотная, уксусная), агломерирующим агентом (этиленгликоль, целлюлоза, метилцеллюлоза, или их смеси). Минимизировать вероятность образования газоплотной корки на поверхности стенок носителя можно путем добавления в пасту порообразующей добавки, температура выгорания которого близка к конечной температуре прокалки носителя. В качестве такой добавки может быть использован графит, древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, лигнин. Из вышеприведенного списка использование графита предпочтительно, поскольку графит также служит для улучшения формуемости блоков. Блоки желаемой формы и с необходимой плотностью каналов из приготовленной таким способом пасты получают путем экструзии через соответствующую фильеру, сушат и затем прокаливают при температуре 1100÷1300°С. Из вышеназванных оксидов более предпочтительно использовать оксид алюминия или оксид циркония. Поскольку активная поверхность зависит от плотности каналов, предпочтительно использовать фильеры, которые позволяют достигать значений 200 отверстий на квадратный дюйм и выше, если таковое не приводит к заметному уплотнению поверхностных слоев стенки (см. Фиг.1А).A carrier having the necessary porous structure can be prepared by mixing alumina powder (cerium, zirconium, titanium) with a characteristic particle size of 5 to 100 micrometers with any of the commonly used inorganic binders based on alumina (hydrargillite, bayerite, pseudoboehmite, hydroxy nitrate aluminum, X-ray amorphous aluminum hydroxide and / or mixtures thereof), water, acid (nitric, acetic), an agglomerating agent (ethylene glycol, cellulose, methyl cellulose, or mixtures thereof). It is possible to minimize the likelihood of a gas-tight crust forming on the surface of the carrier walls by adding a pore-forming additive to the paste, the burn-out temperature of which is close to the final calcination temperature of the carrier. As such an additive, graphite, wood sawdust, crushed brown coal, waste from coal processing plants, ashes of thermal power plants, and lignin can be used. From the above list, the use of graphite is preferred since graphite also serves to improve the formability of the blocks. Blocks of the desired shape and with the required channel density from the paste prepared in this way are obtained by extrusion through an appropriate die, dried and then calcined at a temperature of 1100 ÷ 1300 ° C. Of the above oxides, it is more preferable to use alumina or zirconium oxide. Since the active surface depends on the density of the channels, it is preferable to use dies that can reach 200 holes per square inch or more, if this does not lead to a noticeable compaction of the surface layers of the wall (see Fig. 1A).

В качестве активного компонента используют смесь сложных оксидов состава LaM11-xM2xO3 (где M1 выбирается из группы, состоящей из Fe, Mn, Со; М2 - Со, Cu, Ni, Zn, Mg; x=0÷0.4). При прочих равных, в средах, содержащих окислы азота и воду, более высокую активность показывают образцы, в которых M1=Fe и М2=Cu, а х=0.1÷0.2. Получающийся в конечном итоге активный компонент может представлять собой смесь оксидов, шпинелей и/или перовскитов, образовавшихся из вышеперечисленных элементов. На носителях с оптимальной пористой структурой стабильно более высокую активность показывают образцы состава LaCu0.2Fe0.8О3. При этом общее содержание активного компонента, наносимого за одну пропитку, как правило, не превышает 6 мас.%, а содержание меди, соответственно, не превышает величину 0.3 мас.%. Отдельные эксперименты показали, что активность слабо зависит от количества нанесенного активного компонента. Следует отметить, что ни на одном из катализаторов с оптимально подобранной пористой структурой и составом не наблюдалось снижения выхода окислов азота по сравнению с величиной, наблюдавшейся после платиноидных сеток.A mixture of complex oxides of the composition LaM 1 1-x M 2 x O 3 (where M 1 is selected from the group consisting of Fe, Mn, Co; M 2 - Co, Cu, Ni, Zn, Mg; x = 0 ÷ 0.4). All other things being equal, in media containing nitrogen oxides and water, samples with M 1 = Fe and M 2 = Cu and x = 0.1–0.2 show higher activity. The resulting ultimately active component may be a mixture of oxides, spinels and / or perovskites formed from the above elements. On carriers with an optimal porous structure, samples with the composition LaCu 0.2 Fe 0.8 О 3 show a stably higher activity. Moreover, the total content of the active component applied per impregnation, as a rule, does not exceed 6 wt.%, And the copper content, respectively, does not exceed the value of 0.3 wt.%. Separate experiments showed that the activity is weakly dependent on the amount of applied active component. It should be noted that none of the catalysts with the optimally selected porous structure and composition showed a decrease in the yield of nitrogen oxides compared to the value observed after platinum networks.

Равномерное распределение активного компонента по глубине стенки получается в результате пропитки водными растворами солей предшественников активного компонента, взятыми в необходимых соотношениях. Предпочтение отдается методикам, использующим пропитку растворами, содержащими полимеризованные сложноэфирные предшественники активного компонента, например, метод Пекини (Pechini М.Р. US 3330697, 1967).A uniform distribution of the active component along the wall depth is obtained by impregnating with water solutions of the salts of the precursors of the active component, taken in the required proportions. Preference is given to methods using impregnation with solutions containing polymerized ester precursors of the active component, for example, the Pekini method (Pechini M.P. US 3330697, 1967).

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. Описание экспериментальных установок для тестирования активности образцов.The invention is illustrated by the following examples. Description of experimental facilities for testing the activity of samples.

Каталитическое разложение N2O на предлагаемых катализаторах проводят в различных условиях.The catalytic decomposition of N 2 O on the proposed catalysts is carried out under various conditions.

Для испытания в модельных смесях (0.15% N2O + 3% O2 + 3% Н2О в Не) при атмосферном давлении кварцевый реактор, который представляет собой U-образную трубку с внутренним диаметром 11.5 мм, помещают в печь с циркулирующим песком. Регулировку температуры в печи и реакторе осуществляют из измерения температуры термопарой, расположенной на внешней стенке реактора в центральной части блока. Все измерения проводят при 900°С. Подачу реакционной смеси осуществляют регуляторами расхода газа, скорость подачи составляет 2 л/мин. Необходимую концентрацию воды в смеси достигают в результате ее продувки через сатуратор с регулируемой температурой. Во избежание возможной конденсации все части установки и систему пробоотбора обогревают до 65°С. Испытываемый образец катализатора представляет собой фрагмент блока диаметром 11 мм и высотой 22 мм. Время контакта при таких измерениях составляет 0.02 с.For testing in model mixtures (0.15% N 2 O + 3% O 2 + 3% H 2 O in He) at atmospheric pressure, a quartz reactor, which is a U-shaped tube with an inner diameter of 11.5 mm, is placed in a circulating sand furnace . The temperature in the furnace and the reactor is controlled by measuring the temperature with a thermocouple located on the outer wall of the reactor in the central part of the unit. All measurements are carried out at 900 ° C. The flow of the reaction mixture is carried out by gas flow regulators, the feed rate is 2 l / min. The required concentration of water in the mixture is achieved by blowing it through a temperature controlled saturator. To avoid possible condensation, all parts of the installation and the sampling system are heated to 65 ° C. The test sample of the catalyst is a fragment of a block with a diameter of 11 mm and a height of 22 mm The contact time for such measurements is 0.02 s.

Испытание в реальных смесях проводят на установке, позволяющей варьировать давление до 7 бар и расход газов до 3 м3/ч. Фрагмент блока катализатора диаметром 11 мм и высотой 50 мм помещают в стальной реактор с кварцевыми вкладками. Температуру и состав газов, подаваемых на катализатор, определяют температурой сжигания аммиака и составом пакета платиноидных сеток, устанавливаемых непосредственно перед испытываемым образцом. Температуру в реакторе контролируют термопарами, расположенными в трех точках: 1) 1 мм по ходу потока после платиноидных сеток, 2) 1÷2 мм по ходу потока после катализатора, 3) на внешней стороне реактора на высоте, примерно отвечающей половине высоты фрагмента блока. Для уменьшения теплоотвода через стенки реактора последний дополнительно подогревают на участке длины, отвечающем местонахождение испытываемого блока. Эксперименты проводят так, чтобы разница между значениями температур после платиноидных сеток, после блока катализатора и на стенке реактора не превышала 10°С. Для большинства измерений активности температура после сеток лежит в интервале 850÷880°С. В типичных экспериментах превращение аммиака протекает на 5 сетках. Варьируют давление в реакторе и расход смеси. Так, при давлении 3.6 ата расход смеси составляет 890 л/ч, а при давлении 5.9 ата - 2100 л/ч, что соответствует значениям времени контакта в рабочих условиях τ (на пустом реакторе) 0.02 с и 0.013 с соответственно.Testing in real mixtures is carried out on a setup that allows you to vary the pressure up to 7 bar and gas flow up to 3 m 3 / h. A fragment of a catalyst block with a diameter of 11 mm and a height of 50 mm is placed in a steel reactor with quartz inlays. The temperature and composition of the gases supplied to the catalyst is determined by the temperature of the combustion of ammonia and the composition of the packet of platinum networks installed directly in front of the test sample. The temperature in the reactor is controlled by thermocouples located at three points: 1) 1 mm downstream after the platinum mesh, 2) 1 ÷ 2 mm downstream after the catalyst, 3) on the outside of the reactor at a height approximately corresponding to half the height of the block fragment. To reduce heat dissipation through the walls of the reactor, the latter is additionally heated in the length section corresponding to the location of the test block. The experiments are carried out so that the difference between the temperature values after the platinum mesh, after the catalyst block and on the wall of the reactor does not exceed 10 ° C. For most measurements of activity, the temperature after the grids lies in the range 850–880 ° С. In typical experiments, the conversion of ammonia proceeds on 5 grids. The pressure in the reactor and the flow rate of the mixture vary. So, at a pressure of 3.6 atm, the flow rate of the mixture is 890 l / h, and at a pressure of 5.9 atm it is 2100 l / h, which corresponds to values of contact time under operating conditions τ (on an empty reactor) of 0.02 s and 0.013 s, respectively.

Для выявления эффекта проскока аммиака число сеток уменьшают до трех, так что суммарный выход NO и NO2 снижается с 92% (для 5 сеток) до 81-82% (для 3 сеток).To identify the effect of ammonia slip, the number of nets is reduced to three, so that the total yield of NO and NO 2 is reduced from 92% (for 5 nets) to 81-82% (for 3 nets).

Пример 1.Example 1

Данный пример показывает зависимость активности и стабильности блочных катализаторов с нанесенным активным компонентом (АК) состава LaCu0.2Fe0.8О3 в модельных смесях от пористой структуры носителя. Т=900°С.This example shows the dependence of the activity and stability of block catalysts supported by the active component (AK) of LaCu 0.2 Fe 0.8 О 3 composition in model mixtures on the porous structure of the support. T = 900 ° C.

Таблица 1Table 1 Образец носителяMedia sample Характеристики пористой структурыThe characteristics of the porous structure Плотность каналов, шт/дюйм2 The density of the channels, pcs / inch 2 АК, %AK,% Конверсия N2O в модельных условиях, %The conversion of N 2 O in model conditions,% S, м2S, m 2 / g Общий объем пор, см3The total pore volume, cm 3 / g Характерные поры, ÅCharacteristic pores, Å Объем характерных пор, см3The volume of characteristic pores, cm 3 / g СвежеприготовленныйFreshly cooked После работы в реальных смесяхAfter working in real mixes Носители с неоптимальной пористой структуройNon-optimal porous media Al2O3-1*Al 2 O 3 -1 * 6.66.6 0.230.23 9000÷220009000 ÷ 22000 0.190.19 310310 3.03.0 2.22.2 -- 6.06.0 7.57.5 -- Al2O3-1 + подслой γ - Al2O3 Al 2 O 3 -1 + sublayer γ - Al 2 O 3 -- 310310 1.51.5 49.849.8 -- 3.53.5 61.261.2 Al2O3-1 + (подслой γ - Al2O3+АК)**Al 2 O 3 -1 + (sublayer γ - Al 2 O 3 + AK) ** -- 310310 7.57.5 48.848.8 -- 14.214.2 88.388.3 60.760.7 Al2O3-2*Al 2 O 3 -2 * 3.83.8 0.190.19 600÷3000600 ÷ 3000 0.140.14 200200 2.92.9 25.925.9 -- 5.05.0 40.540.5 -- Al2O3-3Al 2 O 3 -3 30.630.6 0.270.27 60÷40060 ÷ 400 0.090.09 200200 3.53.5 87.087.0 600÷4500600 ÷ 4500 0.090.09 Кордиерит - 1Cordierite - 1 10.910.9 0.170.17 200÷1500200 ÷ 1500 0.020.02 200200 11.311.3 27.627.6 1500÷54001500 ÷ 5400 0.100.10 Кордиерит - 1 + (подслой γ - Al2O3+АК)**Cordierite - 1 + (sublayer γ - Al 2 O 3 + AK) ** -- 200200 9.79.7 69.269.2 -- 14.614.6 93.393.3 49.249.2 16.516.5 97.297.2 67.667.6 Кордиерит 2 + под слой γ-Al2O3 Cordierite 2 + under a layer of γ-Al 2 O 3 400400 5.75.7 100one hundred 73.773.7 3.93.9 94.094.0 84.084.0 Носители с оптимальной пористой структуройOptimum porous media Al2O3-4Al 2 O 3 -4 6.26.2 0.320.32 600÷2000600 ÷ 2000 0.270.27 200200 12.912.9 100one hundred 100one hundred Al2O3-5Al 2 O 3 -5 11.311.3 0.320.32 500÷3000500 ÷ 3000 0.300.30 200200 6.26.2 96.496.4 96.096.0 * - образец с изолированным внутренним объемом стенок каналов (фиг.1А)* - sample with an isolated internal volume of the walls of the channels (figa) ** - указано количество нанесенного активного компонента и подслоя γ - Al2O3.** - the amount of the applied active component and the γ - Al 2 O 3 sublayer are indicated.

Пример 2.Example 2

Данный пример показывает зависимость активности и стабильности блочных катализаторов с нанесенным активным компонентом (АК) состава LaCu0.2Fe0.8O3 в условиях, приближенных к таковым в промышленном реакторе, от пористой структуры носителя. 5 платиноидных сеток. Т=860÷870°С.This example shows the dependence of the activity and stability of block catalysts coated with an active component (AK) of LaCu 0.2 Fe 0.8 O 3 composition under conditions close to those in an industrial reactor on the porous structure of the support. 5 platinoid nets. T = 860 ÷ 870 ° C.

Таблица 2table 2 Образец носителяMedia sample Характеристики пористой структурыThe characteristics of the porous structure Плотность каналов, шт/дюйм2 The density of the channels, pcs / inch 2 Активный компонент, %Active component,% Конверсия N2O, %The conversion of N 2 O,% S, м2S, m 2 / g Общий объем пор, см3The total pore volume, cm 3 / g Характерные поры, ÅCharacteristic pores, Å Объем характерных пор, см3The volume of characteristic pores, cm 3 / g Р=3.6 атаP = 3.6 ata Р=5.9 атаP = 5.9 ata Носители с неоптимальной пористой структуройNon-optimal porous media Al2O3-1 + (подслой γ - Al2O3+АК)*Al 2 O 3 -1 + (sublayer γ - Al 2 O 3 + AK) * -- 310310 7.57.5 -0-0 -- 14.214.2 1717 -- Al2O3-3Al 2 O 3 -3 30.630.6 0.270.27 20÷50020 ÷ 500 0.100.10 200200 3.53.5 39.539.5 -- 500÷3000500 ÷ 3000 0.110.11 Кордиерит - 2 + подслой γ - Al2O3 Cordierite - 2 + sublayer γ - Al 2 O 3 400400 5.75.7 42.142.1 -- 5.35.3 6161 -- 3.53.5 81→76 (7 ч работы)81 → 76 (7 hours of work) -- 3.93.9 70→62 (4 ч работы)70 → 62 (4 hrs of work) Носители с оптимальной пористой структуройOptimum porous media Al2O3-4Al 2 O 3 -4 6.26.2 0.320.32 600÷2000600 ÷ 2000 0.270.27 200200 12.912.9 8181 5858 Al2O3-5Al 2 O 3 -5 11.311.3 0.320.32 500÷3000500 ÷ 3000 0.300.30 200200 6.26.2 7676 5858 Al2O3-6Al 2 O 3 -6 10.110.1 0.320.32 500÷3000500 ÷ 3000 0.300.30 200200 3.53.5 7676 5858 *- указано количество нанесенного активного компонента и подслоя γ - Al2O3.* - indicates the amount of applied active component and sublayer γ - Al 2 O 3 .

Пример 3 описывается способ приготовления носителя с оптимальной пористой структурой и катализатора на его основе.Example 3 describes a method of preparing a carrier with an optimal porous structure and a catalyst based on it.

В двухлопастной зетобразный смеситель загружают 21 кг гидраргиллита, предварительно прокаленного при 1200°С и затем размолотого на дезинтеграторе, 18.2 кг гидроксида алюминия, 11.9 литров 16% азотной кислоты, 1л этиленгликоля, 1.05 кг графита и смешивают в течение 30-40 мин до образования однородной массы. Условия размола прокаленного гидраргиллита на дезинтеграторе подбираются так, чтобы размер частиц продукта после размола лежал в интервале 5÷100 мкм. Из полученной массы формуют блоки в форме шестигранной призмы со стороной 30 мм и высотой 56 мм, треугольными каналами 2,5*2,5*2,5 мм и толщиной стенки 0,5 мм. Отформованные блоки сушат в течение недели в интервале температур 25-75°С, затем - 2 суток при 500-550°С, и окончательно прокаливают при 1100-1200°С в течение 4 ч.21 kg of hydrargillite, preliminarily calcined at 1200 ° С and then ground on a disintegrator, 18.2 kg of aluminum hydroxide, 11.9 liters of 16% nitric acid, 1 liter of ethylene glycol, 1.05 kg of graphite are loaded into a two-blade zeta-type mixer and mixed for 30-40 minutes until a homogeneous masses. The grinding conditions of the calcined hydrargillite on the disintegrator are selected so that the particle size of the product after grinding lies in the range of 5 ÷ 100 μm. From the resulting mass, blocks are formed in the form of a hexagonal prism with a side of 30 mm and a height of 56 mm, triangular channels 2.5 * 2.5 * 2.5 mm and a wall thickness of 0.5 mm. The molded blocks are dried for a week in the temperature range of 25-75 ° C, then for 2 days at 500-550 ° C, and finally calcined at 1100-1200 ° C for 4 hours.

Согласно рентгенофазовому анализу, материал полученного блока представляет α-оксид алюминия без заметных примесей низкотемпературных фаз. Структура разлома стенки канала носителя представлена на Фиг.1Б.According to x-ray phase analysis, the material of the obtained block is α-alumina without noticeable impurities of low-temperature phases. The structure of the fracture of the wall of the carrier channel is shown in Fig.1B.

Характеристики приготовленного носителя (образец Al2O3-6 в Примере 2):Characteristics of the prepared carrier (sample Al 2 O 3 -6 in Example 2):

Sуд=10.1 м2/г,S beats = 10.1 m 2 / g,

Vпор=0.32 см3/г,V then = 0.32 cm 3 / g

Размер характерных пор - 500÷3000 Å,The characteristic pore size is 500 ÷ 3000 Å,

Объем характерных пор - 0.30 см3/г.The volume of characteristic pores is 0.30 cm 3 / g.

Прокаленные блоки пропитывают раствором, содержащим в растворенном виде соли-предшественники состава LaCu0.2Fe0.8O3, сушат на воздухе в течение суток и окончательно прокаливают при 900°С в течение 4 ч. Для пропиточного раствора 528 г нитрата лантана 6-ти водного, 60,4 г нитрата меди 3-х водного и 389,6 г нитрата железа 9-ти водного растворяют в 1 л дистиллированной воды, добавляют раствор лимонной кислоты (80 г лимонной кислоты в 40 мл воды) и 60 мл этиленгликоля.The calcined blocks are impregnated with a solution containing dissolved salts of the precursor salts of the composition LaCu 0.2 Fe 0.8 O 3 , dried in air for a day and finally calcined at 900 ° C for 4 hours. For an impregnating solution, 528 g of lanthanum nitrate 6 water, 60.4 g of copper nitrate of 3-water and 389.6 g of iron nitrate of 9-water are dissolved in 1 liter of distilled water, a solution of citric acid (80 g of citric acid in 40 ml of water) and 60 ml of ethylene glycol are added.

На полученном вышеупомянутым способом катализаторе степень превращения закиси азота в условиях, приближенных к таковым в промышленном реакторе, при величинах давления в реакторе 3.6 ата и 5.9 ата составляет 76% и 58%, соответственноOn the catalyst obtained by the aforementioned method, the degree of conversion of nitrous oxide under conditions close to those in an industrial reactor, with a pressure in the reactor of 3.6 at and 5.9 at, is 76% and 58%, respectively

Пример 4.Example 4

Настоящий пример показывает влияние элемента М в составе LaM20.2Fe0.8О3 на активность катализаторов, приготовленных на основе носителя Al2O3-5.5 платиноидных сеток. Р=3.6 ата, Т=860÷870°С. Время контакта в рабочих условиях (τ) - 0.02 с. Блоки катализаторов с плотностью каналов 250/дюйм2.This example shows the effect of element M in LaM 2 0.2 Fe 0.8 О 3 on the activity of catalysts prepared on the basis of Al 2 O 3 -5.5 support of platinum chains. P = 3.6 ata, T = 860 ÷ 870 ° C. The contact time under operating conditions (τ) is 0.02 s. Blocks of catalysts with a channel density of 250 / inch 2 .

Таблица 3Table 3 М2 M 2 Степень превращения N2O, %The degree of conversion of N 2 O,% CuCu 8787 СоWith 6262 NiNi 5656 MgMg 6565 ZnZn 5656

Пример 5.Example 5

Настоящий пример показывает влияние степени замещения железа медью, содержания активного компонента (получено изменением кратности пропитки) и проскока аммиака (варьируется изменением числа платиноидных сеток) на степень разложения закиси азота (Таблица 4). Блоки катализаторов с оптимальной пористой структурой, плотность каналов 200/дюйм2. Т=860÷870°С.This example shows the effect of the degree of iron substitution with copper, the content of the active component (obtained by changing the degree of impregnation) and the leakage of ammonia (varies by changing the number of platinum chains) on the degree of decomposition of nitrous oxide (Table 4). Catalyst blocks with optimal porous structure, channel density 200 / inch 2 . T = 860 ÷ 870 ° C.

Приблизительный проскок аммиака после 3 и 5 платиноидных сеток оценивался из состава реакционной смеси, измеренного в искусственных смесях Ar + 21% O2 + NH3 (Ar как газ-разбавитель был выбран для того, чтобы измерять концентрацию образующегося азота). Предполагалось, что по пути в систему анализа весь непрореагировавший на сетках аммиак реагирует с окислами азота, что приводит к снижению селективности по окислам азота. При близкой концентрации входного аммиака (NH30) за верхнюю границу величины проскока после сеток условно принималось значение, равное общей концентрации образовавшегося азота (Таблица 5).The approximate slip of ammonia after 3 and 5 platinum networks was estimated from the composition of the reaction mixture, measured in artificial mixtures of Ar + 21% O 2 + NH 3 (Ar as a diluent gas was chosen in order to measure the concentration of nitrogen formed). It was assumed that, on the way to the analysis system, all ammonia that did not react on the grids reacts with nitrogen oxides, which leads to a decrease in selectivity for nitrogen oxides. At a close concentration of input ammonia (NH 3 0 ), the value equal to the total concentration of the formed nitrogen was conventionally taken as the upper limit of the breakthrough after the grids (Table 5).

Таблица 4Table 4 ОбразецSample Содержание активного компонента, мас.%The content of the active component, wt.% Степень разложения закиси азота, %The degree of decomposition of nitrous oxide,% 5 сеток5 grids 3 сетки3 grids 3.6 ата (τ=0.02 с) (проскок аммиака - 0.28 об.%)3.6 ata (τ = 0.02 s) (ammonia slip - 0.28 vol.%) 5.9 ата (τ=0.013 с)5.9 ata (τ = 0.013 s) 3.6 ата (τ=0.02 с) (проскок аммиака - 0.85 об.%)3.6 ata (τ = 0.02 s) (ammonia slip - 0.85 vol.%) Активный компонент - LaCu0.2FeO3 Active ingredient - LaCu 0.2 FeO 3 LaCu0.2FeO3/Al2O3-6LaCu 0.2 FeO 3 / Al 2 O 3 -6 3.53.5 7676 5858 73-7573-75 6.376.37 8282 6565 8282 LaFeO3/Al2O3-6LaFeO 3 / Al 2 O 3 -6 4.044.04 6666 4949 6363 LaCu0.4Fe0.6О3/Al2O3-6LaCu 0.4 Fe 0.6 O 3 / Al 2 O 3 -6 3.383.38 7272 5353

Таблица 5Table 5 Определение величины проскока аммиака после различного числа платиноидных сеток. Т=860°С. Р=3.6 ата (τ=0.02 с)Determination of the amount of ammonia slip after a different number of platinum networks. T = 860 ° C. P = 3.6 ata (τ = 0.02 s) Число сетокThe number of grids NH30, %NH 3 0 ,% (NO+ NO2), %(NO + NO 2 ),% N2O, %N 2 O,% N2, %N 2 ,% Баланс по азоту, %Nitrogen balance,% Выхол NOx, %1 The output of NO x ,% 1 Выход NOx, %2 The output of NO x ,% 2 33 9.739.73 7.947.94 0.1290.129 0.850.85 101.7101.7 80.280.2 81.681.6 55 10.0110.01 9.009.00 0.1010.101 0.280.28 97.597.5 92.292.2 89.989.9 1 - Выход NOx (%)=(NO+NO2)/∑N * 1001 - Output NO x (%) = (NO + NO 2 ) / ∑ N * 100 3 - Выход NOx (%)=(NO+NO2)/C0NH3* 1003 - Output NO x (%) = (NO + NO 2 ) / C 0 NH3 * 100

Claims (9)

1. Катализатор для разложения закиси азота в условиях процесса окисления аммиака при 800÷920°С и давлении 1÷9 бар, в том числе в условиях с проскоком аммиака, представляющий собой носитель сотовой структуры, содержащий оксид алюминия, или оксид церия, или оксид циркония, или оксид титана с нанесенным активным компонентом, активный компонент имеет состав
Figure 00000001
, где М1 выбирается из группы, состоящей из Fe, Mn, Со; М2 - Со, Cu, Ni, Zn, Mg; x=0÷0.4, отличающийся тем, что пористая структура носителя включает открытые транспортные поры размером 300-2000 Å, причем объем таких пор не ниже 0.25 см3/г.
1. The catalyst for the decomposition of nitrous oxide under the conditions of the oxidation of ammonia at 800 ÷ 920 ° C and a pressure of 1 ÷ 9 bar, including under conditions with an ammonia slip, which is a honeycomb structure carrier containing aluminum oxide or cerium oxide or oxide zirconium, or titanium oxide coated with an active component, the active component has the composition
Figure 00000001
where M 1 is selected from the group consisting of Fe, Mn, Co; M 2 - Co, Cu, Ni, Zn, Mg; x = 0 ÷ 0.4, characterized in that the porous structure of the support includes open transport pores 300–2000 Å in size, the volume of such pores not lower than 0.25 cm 3 / g.
2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что М1 предпочтительно Fe; М2 предпочтительно Cu.2. The catalyst according to claim 1, characterized in that M 1 preferably Fe; M 2 preferably Cu. 3. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что x предпочтительно 0.2.3. The catalyst according to claim 1, characterized in that x is preferably 0.2. 4. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что общее содержание меди в катализаторе не превышает 0.3 мас.%.4. The catalyst according to claim 1, characterized in that the total copper content in the catalyst does not exceed 0.3 wt.%. 5. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что имеет форму шестигранной призмы со стороной 30 мм и высотой 50 мм, треугольными каналами размером 2,5·2,5·2,5 мм и толщиной стенки 0,5 мм.5. The catalyst according to claim 1, characterized in that it has the shape of a hexagonal prism with a side of 30 mm and a height of 50 mm, triangular channels with a size of 2.5 · 2.5 · 2.5 mm and a wall thickness of 0.5 mm. 6. Способ приготовления катализатора для разложения закиси азота в условиях процесса окисления аммиака при 800÷920°С и давлении 1÷9 бар, включающий приготовление носителя, формование, сушку, прокаливание и пропитку блочного носителя активным компонентом, отличающийся тем, что носитель для блочного катализатора с открытыми транспортными порами в стенках каналов размером 300-2000 Е, с объемом таких пор не ниже 0.25 см3/г готовят смешением порошка оксида алюминия, или оксида церия, или оксида циркония, или оксида титана с характерным размером частиц от 5 до 100 мкм с любым из традиционно использующихся неорганических связующих на основе оксида алюминия, водой, кислотой, пластифицирующими и высокотемпературными выгорающими добавками, а активный компонент наносят на носитель методом пропитки водными растворами, содержащими полимеризованные сложноэфирные предшественники активного компонента, при этом получают катализатор по любому из пп.1-5.6. A method of preparing a catalyst for the decomposition of nitrous oxide under the conditions of the oxidation of ammonia at 800 ÷ 920 ° C and a pressure of 1 ÷ 9 bar, which includes preparing a carrier, molding, drying, calcining and impregnating a block carrier with an active component, characterized in that the carrier for block a catalyst with open transport pores in the walls of the channels with a size of 300-2000 U, with a volume of such pores not lower than 0.25 cm 3 / g is prepared by mixing a powder of aluminum oxide, or cerium oxide, or zirconium oxide, or titanium oxide with a characteristic particle size from 5 to 100 μm with any of the traditionally used inorganic binders based on alumina, water, acid, plasticizing and high-temperature burn-out additives, and the active component is applied to the carrier by impregnation with aqueous solutions containing polymerized ester precursors of the active component, and the catalyst is obtained by to any one of claims 1 to 5. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что активный компонент катализатора имеет состав LaM11-xM2xO3, где М1 выбирается из группы, состоящей из Fe, Mn, Со; М2 - Со, Cu, Ni, Zn, Mg; х=0÷0.4.7. The method according to claim 6, characterized in that the active component of the catalyst has a composition of LaM 1 1-x M 2 x O 3 , where M 1 is selected from the group consisting of Fe, Mn, Co; M 2 - Co, Cu, Ni, Zn, Mg; x = 0 ÷ 0.4. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве выгорающих добавок можно использовать графит, древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, лигнин.8. The method according to claim 6, characterized in that graphite, wood chips, ground brown coal, waste from coal preparation plants, TPP ash, lignin can be used as burnable additives. 9. Способ осуществления процесса разложения закиси азота в условиях процесса окисления аммиака при 800÷920°С и давлении 1÷9 бар, в том числе в условиях с проскоком аммиака, при котором N2O-содержащую смесь, образующуюся после платиноидных сеток в результате окисления аммиака, вводят в контакт с катализатором разложения N2O, отличающийся тем, что применяют катализатор по любому из пп.1-5 или приготовленный по любому из пп.6-8. 9. A method for carrying out the decomposition of nitrous oxide under the conditions of the process of ammonia oxidation at 800 ÷ 920 ° C and a pressure of 1 ÷ 9 bar, including under conditions with an ammonia slip, in which the N 2 O-containing mixture is formed after platinum chains as a result oxidation of ammonia is brought into contact with a decomposition catalyst N 2 O, characterized in that the catalyst according to any one of claims 1 to 5 or prepared according to any one of claims 6 to 8 is used.
RU2010133401/04A 2010-08-09 2010-08-09 Catalyst, preparation method thereof and method of decomposing nitrogen oxide RU2430781C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010133401/04A RU2430781C1 (en) 2010-08-09 2010-08-09 Catalyst, preparation method thereof and method of decomposing nitrogen oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010133401/04A RU2430781C1 (en) 2010-08-09 2010-08-09 Catalyst, preparation method thereof and method of decomposing nitrogen oxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2430781C1 true RU2430781C1 (en) 2011-10-10

Family

ID=44805013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010133401/04A RU2430781C1 (en) 2010-08-09 2010-08-09 Catalyst, preparation method thereof and method of decomposing nitrogen oxide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2430781C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114289022A (en) * 2021-12-14 2022-04-08 煤炭科学技术研究院有限公司 Ozone catalytic oxidation catalyst and preparation method and application thereof
CN115228456A (en) * 2021-12-17 2022-10-25 中国石油天然气股份有限公司 High-efficiency catalyst for catalytic decomposition of nitrous oxide
CN114289022B (en) * 2021-12-14 2024-05-10 煤炭科学技术研究院有限公司 Ozone catalytic oxidation catalyst and preparation method and application thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114289022A (en) * 2021-12-14 2022-04-08 煤炭科学技术研究院有限公司 Ozone catalytic oxidation catalyst and preparation method and application thereof
CN114289022B (en) * 2021-12-14 2024-05-10 煤炭科学技术研究院有限公司 Ozone catalytic oxidation catalyst and preparation method and application thereof
CN115228456A (en) * 2021-12-17 2022-10-25 中国石油天然气股份有限公司 High-efficiency catalyst for catalytic decomposition of nitrous oxide
CN115228456B (en) * 2021-12-17 2023-07-28 中国石油天然气股份有限公司 High-efficiency catalyst for catalytic decomposition of nitrous oxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2185322C2 (en) Ammonia oxidation process
CA2696028C (en) Catalyst, production method therefor and use thereof for decomposing n2o
KR20000057669A (en) Method for the reduction of nitrogen oxides
KR20170093899A (en) Nitrous oxide removal catalysts for exhaust systems
US11571683B2 (en) Honeycomb-structured catalyst for organic substance decomposition and organic substance decomposing apparatus
KR102521432B1 (en) Catalytic articles containing platinum group metals and non-platinum group metals and methods of making and using same
US11376568B2 (en) Exhaust gas-purifying three-way catalyst
JP2020535960A (en) SCR catalyst composition, catalyst, and catalyst system incorporating such catalyst
KR101671822B1 (en) Ammonia oxidation catalysts
RU2397810C2 (en) Catalyst and method of decomposing dinitrogen monoxide and method and device for producing nitric acid
RU2430782C1 (en) Catalyst, preparation method thereof and ammonia oxidation method
RU2430781C1 (en) Catalyst, preparation method thereof and method of decomposing nitrogen oxide
JP2010227799A (en) Exhaust gas purifying catalyst
JP2010227798A (en) Exhaust gas purifying catalyst
US11484864B2 (en) Exhaust gas-purifying three-way catalyst and method for producing same, and integral structure type exhaust gas-purifying catalyst
JP5196656B2 (en) Exhaust gas purification catalyst and method for producing the same
EP3984634A2 (en) HEAT-RESISTANT RUTHENIUM COMPOSITE AND USE THEREOF AS CATALYST FOR NOxSTORAGE AND REDUCTION
CN117042873A (en) Catalytic element with regular cellular structure for heterogeneous reactions
US10857520B2 (en) Exhaust gas-purifying three-way catalyst and method for producing the same, and exhaust gas-purifying catalytic converter
JP6769839B2 (en) Three-way catalyst for exhaust gas purification, its manufacturing method, and catalyst converter for exhaust gas purification
JP5570122B2 (en) Nitrous oxide decomposition catalyst and treatment method of nitrous oxide-containing gas
US20210402378A1 (en) Exhaust-gas purification catalyst and exhaust-gas treatment apparatus
EP2636648A1 (en) Layered complex oxide, oxidation catalyst, and diesel particulate filter
Lassi et al. Deactivation correlations over Pd/Rh monoliths: the role of gas phase composition
JP5956496B2 (en) Exhaust gas purification catalyst, exhaust gas purification filter and exhaust gas purification method using the same