[发明专利]一种氧化亚铁基催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种低温、低压、高活性氨合成催化剂，开发更多的催化剂种类，所述氧化亚铁基催化剂由氧化亚铁和助催化剂组成，所述助催化剂包括氧化铝、氧化钾、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物和过渡金属氧化物，本发明所制备的催化剂在低温低压下具有高活性、易还原、耐热性好、抗毒性强、机械强度高等显著特点，特别适用于低温低压合成氨工艺，节能效果明显。

技术领域

本发明属于氨合成催化剂技术领域，具体涉及一种低温低压高活性的氧化亚铁基催化剂及其制备方法与其在氨合成中的应用。

背景技术

氨不仅是农业肥料、塑料、药物、炸药等化学品生产过程中的重要化学原料；而且易于储存运输、含氢量高(储氢容量17.7％)、能量密度大、分解产物不含 CO和CO₂等特点具有显著的能源载体属性，对国民经济与国防具有重要意义。目前国内外工业上所使用的氨合成催化剂基本是以铁基催化剂为主,主要分为传统的四氧化三铁和新型氧化亚铁基两类催化剂。

传统熔铁催化剂的主要组分为四氧化三铁，其含量为85-95％，助催化剂主要是氧化钾、氧化铝、氧化钙、氧化钴、氧化镁、稀土氧化物、氧化钡中的几种，其助催化剂含量为5-10％,二价铁与三价铁的比值为0.4-0.6，现有以四氧化三铁为主体组分的工业氨合成催化剂有A109、A110-2、A201、A202、英国ICI74-1 型含钴催化剂，中国专利ZL86107630、美国专利US3992328有相关报道。

氧化亚铁基氨合成催化剂是我国浙江工业大学刘化章教授团队发明的世界首创、国际领先的新一代熔铁催化剂，是目前世界上活性最高、最先进的氨合成铁催化剂，已在合成氨工业中得到广泛应用。该类催化剂以Fe_1-xO为主组分,其含量为91-96％，主要助催化剂为氧化铝、氧化钾、氧化钙、氧化镁、五氧化二钒等，其催化活性远高于四氧化三铁基氨合成催化剂。

工业上使用的A301、ZA-5型氧化亚铁基氨合成催化剂具有高活性、易还原、耐热性好、抗毒性强、机械强度高等显著特点，拥有中国专利ZL92112411.2、 CN1113832A、ZL02143626.6以及美国专利US5846507和欧洲专利0763379，技术达到国际领先水平。

中国专利CN201210335606.1介绍了一种新型高效Fe_1-xO基氨合成催化剂，该专利除了添加传统助催化剂氧化铝、氧化钾、氧化钙外，还有五氧化二钒、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化铱等助催化剂，其中，氧化铌的主要作用是提高催化剂的还原速度。该发明催化剂比现有国内外先进催化剂活性提高了1个百分点。

合成氨是高能耗的产业，目前能源日益短缺，节能减排尤为重要，因此，开发出高效、低能耗、绿色环保的氨合成催化剂意义重大。要进一步提高Fe_1-xO 基催化剂的活性，关键是助催化剂的研究，而本质区别在于助催化剂的组分及其含量的不同，从而改变催化剂的结构和性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温、低压、高活性氨合成催化剂，开发更多的催化剂种类，所述氧化亚铁基催化剂由氧化亚铁和助催化剂组成，所述助催化剂包括氧化铝、氧化钾、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物和过渡金属氧化物，所述催化剂在合成氨工艺中节能效果明显。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种氧化亚铁基催化剂，所述氧化亚铁基催化剂各组分的质量百分含量为：氧化亚铁90-96％，氧化铝0.5-3.5％、氧化钾0.2-2.0％、碱土金属氧化物0.2-2.0％、稀土金属氧化物0.2-1.0％、过渡金属氧化物0.1-4.5％；

所述氧化亚铁为维氏体Fe_1-xO，x的取值范围是0.04≤x≤0.10，其中二价铁和三价铁的物质的量之比为3-10：1(Fe²⁺与Fe³⁺的比值通过磁铁矿粉和纯铁粉的含量控制)；