[发明专利]一种用于生产硝酸的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种生产硝酸的方法，所述方法使用特定组合的氨氧化催化剂，该催化剂组由铂合金网催化剂和陶瓷基的非铂催化剂组合而成。

技术背景：

早在20世纪初，应用氨氧化制备硝酸的方法已经在世界范围内广为使用(Ostwald法)。氨气经空气氧化得到一氧化氮，进一步氧化为二氧化氮，经吸收塔吸收后得到硝酸。硝酸可以用来生产氮肥以及炸药。该方法使用铂合金网催化剂促使氨和空气中氧的反应持续进行。使用Andrussow法制备氢氰酸的过程与上述制备硝酸的过程基本类似，所以，该发明的使用范围包含了氢氰酸的制备。

在氨氧化过程中，氧化炉填充多张铂合金网以保证氨充分氧化。传统的铂合金网为PtRh₅网、PtRh₇网、PtRh₁₀网和PtRhPd三元网。铂金属容易从铂网表面挥发或者进行物理性损耗，而损耗的多少很大程度上与反应条件有关，如压力、气流速度。虽然铂能够沉积在设备的冷却部分，但是回收却较为困难。目前，众所周知的方法是使用一张或多张钯捕集网放置在铂合金催化网的下部回收铂。捕集后，捕集网中除了本身的钯以外，还含有高比例的铂，其中，铂的收集是以铂取代钯而得到的。当不使用单独的钯网，而是在第二或第三层网中添加铂钯合金丝。此时，回收的铂可以作为催化剂继续氧化氨，如专利：200910074331.9。

钯金属的加入大大降低了铂金属的消耗，由于钯价格远远低于铂，故极大地降低了损耗成本，但是钯的加入本身具有一定的副作用。研究表明，钯网会增加氮气和N₂O的生成，是相同条件下铂网的数倍。一般认为反应机理如下：

N₂O是重要的温室气体，其对环境的影响远远大于二氧化碳气体。所以，减少或消除N₂O在硝酸生产过程中的排放对环境保护具有重要意义。

在硝酸生产过程中，铂合金催化剂一直占据重要意义，是目前为止唯一商用的性能稳定的催化剂。但是由于铂基金属价格昂贵，对企业资金占用高，人们开始研究贱金属基的氨氧化催化剂，尤其以中国和俄罗斯的研究成果最为显著。这些催化剂以钴基复合物为主，包括氧化钴以及钙钛矿。与铂合金催化剂相比，单独使用钴钙钛矿催化剂优势为成本低、易加工，同时能分解部分N₂O；缺点为其对硫化合物敏感而易中毒，此外，在经过一段时间的运行后催化活性降低程度较大也限制其商业化进程。

据报道，一些设计将铂网和含钴的材料结合在一起。类如《化学摘要》114：188430报道了一种催化剂，这种催化剂由1-2个Pt栅格和它下方的Co₃O₄催化剂组成。这种催化剂在350℃时具有最大的NO生成选择性。当温度高于850℃时，Co₃O₄催化剂会发生相变而生成CoO，对氨的选择氧化性降低。工业氧化氨的温度通常为860℃～920℃，该催化剂的低温特性限制了其工业应用。

如果选择高温下具有一定催化性能的非铂催化剂，与贵金属催化剂组合使用，能够降低贵金属填充量的同时，弥补非贵金属催化剂的使用寿命及易中毒问题。此外，非贵金属催化剂本身具有的一些特殊性能，如分解N₂O气体，减少硝酸生产对环境的污染。

发明内容：

本发明涉及一种生产硝酸的方法，所述方法使用特定组合的氨氧化催化剂。

本发明的一个实施方案涉及一种特定组合的氨氧化催化剂组和，该催化剂组合包括在氨氧化炉中特定排列的贵金属铂合金网催化剂和非铂催化剂。

在本发明的一个实施方案中，本发明涉及与铂合金催化剂组合使用的非铂催化剂，所述非铂催化剂由Co、Ce、La的金属盐或氧化物负载于载体上制作而成，非铂催化剂中Co质量百分含量为1％～10％，Ce质量百分含量为0.1％～2％；La质量百分含量为0.5％～8％。非铂催化剂中使用的载体例如为氧化铝、氧化铝硅酸盐、堇青石、氧化锆、锆莫来石或类似的材料。载体制作成多孔圆柱、多孔球状、圆柱形、环形、多叶载体。

在本发明的一个实施方案中，依据填充入氨氧化炉至上而下的顺序，贵金属铂合金网催化剂排布在氨氧化炉上方，负载于载体上的非铂催化剂排布在氨氧化炉下方。

放置于非铂催化剂上方的铂合金催化剂可使用传统的PtRh₅网、PtRh₇网、PtRh₁₀网和PtRhPd三元网，也可经过设计，填充PtPd合金网，提高贵金属的利用效率。