Каталізатор окиснення амоніаку в нітроген (і) оксид

Реферат: Винахід належить до галузі хімічна промисловість. Запропонований каталізатор містить манган (III) оксид Мn2О3, вісмут (III) оксид Ві2О3, купрум (II) оксид CuO та церій (IV) оксид СеО 2 при відповідному масовому співвідношенні. Винахід забезпечує високу селективність за нітроген (І) оксидом та зменшення виходу NO. UA 113811 C2 (12) UA 113811 C2 UA 113811 C2 5 Винахід належить до галузі хімічна промисловість і може бути використаний для одержання каталізаторів окислення амоніаку повітрям у виробництві нітроген (І) оксиду - закису азоту. Нітроген (І) оксид знаходить застосування в хімічній промисловості як м'який окислювач для отримання різних кисневмісних вуглеводнів. Відомий каталізатор окиснення амоніаку в нітроген (І) оксид, який містить мас. %: 5-35 МnО2, 4,5-30 Ві2О3, 35-90,5 Аl2О3 [1]. Проведення процесу за температури 350 °C та за концентрацій амоніаку NH3 - 9 об. %, кисню О2 - 9 об. %, решта - гелій Не в реакційній суміші, дозволило отримати наступні показники процесу: ступінь перетворення амоніаку NH 3 NH  99,2 % , 3 10 15 селективність по N2O H O  87 % та по NO NO  2,8 % , що є недоліком процесу. 2 За технічною суттю та ефектом, який досягається найбільш близьким до описаного винаходу є каталізатор окиснення амоніаку до нітроген (І) оксиду, що містить манган-вісмутовий оксидний активний компонент, нанесений на носій MgO або ВаО, що містить Fe 2O3 та СаО [2]. Як активний компонент каталізатор містить композицію перовскіту Mn 1-xR1-xO3, де R рідкоземельний елемент La, який вибраний із ряду: ітрій, лантан, церій, самарій. На каталізаторі складу, мас. %: 25,0 MnBi0,20La0,07O2,4 - 0,005 Fe2O3 - 2,0 СаО - 74,995 MgO за температури 350 °C та реакційної суміші складу: 8 об. % NH3, 9 об. % О2, Не - решта, отримано: селективність за нітроген (І) оксидом H O  87,8 % , та селективність за нітроген (II) оксидом 2 20 25 складає NO  0,2 % , XNH  99,9 % . 3 До недоліків цього каталізатора відноситься невисока селективність по нітроген (І) оксиду H2O  87,8 % і відповідно достатньо висока селективність по нітроген (II) оксиду NO  0,2 % . Для усунення вказаних недоліків запропоновано каталізатор для окислення амоніаку в нітроген (І) оксид, який містить манган (III) оксид Мn2О3 та вісмут (III) оксид Ві2О3, та як промотори використовують купрум (II) оксид CuO та церій (IV) оксид СеО2. В основу винаходу поставлена задача збільшення ступеню окиснення до нітроген (І) оксиду H O та зменшення виходу NO. Задача досягається тим, що запропонований каталізатор 2 містить манган (III) оксид Мn2О3, вісмут (III) оксид Ві2О3, купрум (II) оксид CuO та церій (IV) оксид СеО2. Введення в каталізатор на основі манган оксиду та вісмут оксиду як промоторів оксидів CuO та СеО2 сприяє утворенню аніонних вакансій, що забезпечує високу селективність по нітроген (І) оксиду H O та зменшення виходу NO. 2 30 35 40 45 50 55 Технологія каталізатору включає змішування і термічне розкладання нітратів марганцю, вісмуту, церію та міді, подрібнення, зволоження розчином алюміній оксинітрату, формування прутків, пров'ялювання, пропікання. Пропоновані і відомі зразки каталізаторів випробували в реакції окиснення амоніаку киснем повітря на установці проточного типу за атмосферного тиску, температури 340-350 °C, лінійної швидкості 2,5-5 м/с, вміст амоніаку в суміші 9 %. Результати випробування представлені в таблиці 1. Запропонований винахід ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. Для приготування 1 кг каталізатора беруть наважки нітратних солей мангану, вісмуту, купруму та церію, змішують, піддають термічному розкладанню в печі за температури 350 °C до повного видалення нітроген оксидів. Отриманий порошок подрібнюють, додають алюміній оксинітрату Al(OH)2NO31,5H2O, перемішують, формують, пров'ялюють на повітрі, пропікають за температури 300 °C протягом 5-6 годин, потім за температури 500 °C протягом 23 годин. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn 2О3 - 67,0 мас. %, Ві2О3 - 13,5 мас. %, CuO - 15,0 мас. %; СеО2 - 2,5 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 2. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn 2О3 - 55,0 мас. %, Ві2О3 - 22 мас. %, CuO - 18,0 мас. %; СеО2 - 3,0 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 3. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn 2О3 - 64,0 мас. %, Ві2О3 - 20 мас. %, CuO - 11,0 мас. %; СеО2 - 3,0 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 4. Каталізатор готують по прикладу 1. 1 UA 113811 C2 5 10 15 20 25 30 Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn 2О3 - 62,5 мас. %, Ві2О3 - 20 мас. %, CuO - 12,0 мас. %; СеО2 - 3,5 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 5. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксид було наступним Мn2О3 - 69,0 мас. %, Ві2О3 - 20 мас. %, CuO - 6,5 мас. %; СеО2 - 2,5 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 6. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn 2О3 - 64,0 мас. %, Ві2О3 - 15 мас. %, СuO - 16,5 мас. %; СеО2 - 2,5 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 7. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn 2О3 - 64,0 мас. %, Ві2О3 - 18 мас. %, CuO - 11,5 мас. %; СеО2 - 4,5 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 8. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксид було наступним Мn 2О3 - 55,0 мас. %, Ві2О3 - 18 мас. %, CuO - 22,0 мас. %; СеО2 - 3,0 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 9. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn 2О3 - 63,0 мас. %, Ві2О3 - 20 мас. %, CuO - 10,0 мас. %; СеО2 - 5,0 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 10. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn2О3 - 56,0 мас. %, Ві2О3 - 20 мас. %, CuO - 20,0 мас. %; СеО2 - 2,0 мас. %; Аl2О3 - 2 мас. %. Приклад 11. Каталізатор готують по прикладу 1. Змішування нітратів мангану, вісмуту, міді та церію в заданих кількостях проводиться так, щоб співвідношення всіх компонентів у перерахунку на оксиди було наступним Мn 2О3 - 64,0 мас. %, Ві2О3 - 18,5 мас. %, CuO - 9,0 мас. %; CeO2 - 6,5 мас. %; Al2O3 - 2 мас. %. В таблиці надано порівняльну характеристику каталітичних властивостей зразків каталізаторів різного складу та прототипу. Таблиця Порівняльна характеристика каталітичних властивостей зразків каталізаторів різного складу та найближчого аналога № Найменування Селективність по N2O, H O , % Селективність по NO, HO , % Ступінь перетворення NH3 XNH , % 1 2 3 4 5 6 Найближчий аналог Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 Приклад 5 Приклад 6 Приклад 7 Приклад 8 Приклад 9 Приклад 10 Приклад 11 87,8 93,5 91,5 93,5 93,0 93,45 92,5 92,8 91,9 93,5 92,5 91,8 0,2 0,04 0,065 0,042 0,035 0,06 0,056 0,035 0,065 0,025 0,036 0,06 99,2 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 2 3 35 Аналіз даних таблиці показує, що використання каталізатору дозволяє підвищити селективність за нітроген (І) оксидом порівняно з найближчим аналогом з 87,8 % до 92,5-93,5 % та знизити селективність за нітроген (І) оксидом порівняно з найближчим аналогом з 0,2 % до 2 UA 113811 C2 5 10 0,025-0,05 % за рахунок додавання до марганець-вісмутового каталізатору купрум (II) оксиду та церій (IV) оксиду. Джерела інформації: 1. Патент. RU № 2102135, В01J23/18. Катализатор для получения закиси азота / Мокринский В.В.; Славинская Е.М.; Носков А.С; Золотарский И.А.; заявитель и собственник патента Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской Академии наук - заявл. 10.12.1996, опубл. 20.01.1998. 7 2. Патент RU № 2214306, МПК B01J23/84. Катализатор получения закиси азота и способ / Мокринский В.В., Носков А.С.; заявитель и собственник патента Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской Академии наук - заявл. 27.06.2002, опубл. 27.09.2003. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Каталізатор окиснення амоніаку в нітроген (І) оксид, що містить манган (III) оксид та вісмут (III) оксид, який відрізняється тим, що додатково містить купрум (II) оксид та церій (IV) оксид, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: манган (III) оксид Мn2О3 57,0-67,5 вісмут (III) оксид Ві2О3 15,0-20,0 купрум (II) оксид CuO 10,0-20,0 церій оксид (IV) СеО2 2,0-5,0 алюміній (III) оксид Аl2О3 2,0-2,5. 20 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3