[发明专利]用于合成氨的复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于合成氨的复合催化剂及其制备方法和应用，属于催化技术领域。本发明所述用于合成氨的复合催化剂，包括活性组分、载体和添加剂，活性组分为钌的氯化物，载体为钛的氯化物和氧化硅；所述活性组分和载体的摩尔比为1:3～1:8；添加剂为含硅化合物。本发明所述的复合催化剂，用于合成氨反应时，温度和压力条件温和，收率高，催化效果良好，安全系数高；同时本发明提供了一种简单便捷的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及一种用于合成氨的复合催化剂及其制备方法和应用，属于催化技术领域。

背景技术

合成氨工业生产中，普通采用铁系催化剂，其主要成份是四氧化三铁，此为采用铝、钾、钙、镁等的氧化物作为助催化剂。该催化剂在工业化生产中的操作温度是405℃～525℃，其中500℃时该催化剂活性最大。反应压力在30MPa左右，其高温高压的特点尤为显著。加上工艺原料中以氢气作为原料，因氢气的易燃易爆性，使其生产过程中，操作难度极大，危险性极高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于合成氨的复合催化剂，其用于合成氨反应时，温度和压力条件温和，收率高，催化效果良好，安全系数高；同时本发明提供了一种简单便捷的制备方法和应用。

本发明所述用于合成氨的复合催化剂，包括活性组分、载体和添加剂，活性组分为钌的氯化物，载体为钛的氯化物和氧化硅；所述活性组分和载体的摩尔比为1:3～1:8；添加剂为含硅化合物。

所述钌的氯化物为七水合三氯化钌。

所述钛的氯化物为四氯化钛。

所述的用于合成氨的复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钌的氯化物、正硅酸乙酯分别制成质量浓度为20-50％的水溶液；

(2)将步骤(1)得到的两种水溶液进行混合，然后加入模板剂常温水解0.5-3小时，不断搅拌，得到溶液B；

(3)向质量浓度为20-50％的钛的氯化物水溶液中加入溶剂搅拌均匀，再加入氧化硅，搅拌均匀，得到溶液C；

(4)将溶液C在0.5-2小时内滴入溶液B中，在搅拌下预反应0.5-1.5小时，得到溶液D；

(5)将溶液D升温至40-100℃，搅拌2-10小时，并用质量浓度为10-32％的氢氧化钠调节pH至8～10，得到溶液E；

(6)将溶液E转移至高压反应釜中，于160℃～190℃下进行晶化反应3～5小时；

(7)晶化结束后，进行水洗至无氯离子；

(8)将步骤(7)得到的半成品干燥、焙烧，即得到所述的复合催化剂。

优选的，模板剂为三乙胺。

优选的，钛的氯化物和氧化硅的质量比为1:1。

优选的，正硅酸乙酯、钌的氯化物、模板剂、载体、溶剂的摩尔比为1：0.8～1.2：0.05～0.25：0.2～0.35：1～1.2。

优选的，焙烧的温度为250-300℃，时间为1-10小时。

所述的复合催化剂用于从N₂和H₂混合气直接合成氨，所述合成氨反应条件为：反应压力为1～3MPa，反应温度为50～120℃。

本发明以钛的氯化物和氧化硅为骨架(或载体)，以钌的氯化物为活性组分，采用溶胶凝胶的方法，将海绵状的钌负载在钛硅上面，制得的催化剂有效解决了合成氨反应时的高温高压的难题。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)所述的复合催化剂具有优异的催化活性；