[发明专利]一种Co基低温低压氨合成催化剂及其制备方法

说明书

一种Co基低温低压氨合成催化剂及其制备方法，属于工业催化剂领域，所述催化剂，以热处理的活性炭的质量为计算基准，钴含量为3.2~8.7wt%，钇含量为1.1~2.3wt%，铟含量为0.8~2.5wt%；所述制备方法包括浸渍、还原两个步骤。本发明制备的氨合成催化剂，在330℃、360℃、390℃、420℃、450℃，空速为10000h^‑1，压力2MPa下的催化活性分别为15.1~16.2%、16.3~17.6%、22.6~23.1%、21.8~22.4%、18.7~19.8%（以氨气的体积浓度计），其中最佳的反应温度为390℃，催化活性在此温度下能达到22.6~23.1%。

技术领域

本发明涉及一种Co基低温低压氨合成催化剂及其制备方法，属于工业催化剂领域。

背景技术

合成氨工业在国民经济中占有非常重要的地位。首先，它与国民经济基础的农业密切相关，是氮肥的主要来源，它的产量直接影响着诸如化肥、染料、医药等其他化学工业的发展与稳定。其次，合成氨工业是大吨位、高能耗和低效益的产业。衡量一个合成氨工业优劣的标准不是产品氨的产量，而是其能耗的高低。钌催化剂被认为是继铁催化剂之后的第二代氨合成催化剂，20世纪90年代初，石墨化炭为载体的钌催化剂在KAAP工艺中实现了工业化应用。但是钌金属昂贵，催化剂成本较高；此外，实际应用中，钌会催化炭载体发生氧化和甲烷化反应而引起载体的流失。以上钌催化剂的缺点导致其不利于在氨合成工业中的进一步推广使用，研究者一直致力于寻找一种有较高氨合成活性且成本比钌低的金属制备新型氨合成催化剂。通过分析氨合成速率与N₂吸附能之间关系，发现Co是继Ru、Os和Fe之后氨合成活性较高的纯金属，因此，Co是最有可能被用来作为催化氨合成反应中的活性金属。

中国专利CN111790428A公开了一种Co基间隙化合物的制备及其在温和条件下合成氨性能的应用，该催化剂主要包含CoxN及ZrH₂。该专利得到的催化剂仍处在催化反应温度高，催化合成效率低的问题。

中国专利CN107008335A公开了一种氧化铈为载体的钴基氨合成催化剂及其制备方法，以棒状氧化铈为载体，钴金属为活性组分的新型氨合成催化剂及其制备方法，适用于氮气和氢气合成氨的反应。所该专利制备的钴基氨合成催化剂存在催化反应温度高，氨气转化率低等问题。

以上可以看到，钴催化剂在氨合成中的应用还处于探索阶段，国、内外对此报道较少，钴催化剂仍存在催化反应温度高，催化合成效率低，氨气转化率低等诸多问题，因此开发新型高效的钴催化剂对合成氨工业意义重大。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种Co基低温低压氨合成催化剂及其制备方法，实现以下发明目的：制备能够在低温低压条件下，高效率高转化率的催化氮气、氢气合成氨气的催化剂。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种Co基低温低压氨合成催化剂及其制备方法，所述Co基低温低压氨合成催化剂，以热处理的活性炭的质量为计算基准，钴含量为3.2~8.7wt%，钇含量为1.1~2.3wt%，铟含量为0.8~2.5wt%；所述制备方法包括浸渍、还原两个步骤。

以下是对上述技术方案的进一步改进：

步骤1：浸渍

将热处理的活性炭放入浸渍液中，控制温度30~45℃，控制搅拌速率200~500转/分，搅拌浸渍30~50小时后过滤，滤出的活性炭放于烘箱中，在60~90℃下烘干2~5小时，得到催化剂前驱体；

所述热处理的活性炭与浸渍液的质量比为10~20:100；

所述浸渍液由硝酸钴、硫酸钇、硝酸铟、去离子水组成；

所述硝酸钴、硫酸钇、硝酸铟、去离子水的质量比为12~20:8~12:8~16:100~130；

所述热处理的活性炭，其制备方法包括活性炭预处理、酸处理、热处理三个步骤；

（1） 活性炭预处理