[发明专利]一种氨氧化制备硝酸的稀土复合氧化物催化剂

说明书

技术领域

本是发明涉及一种氨氧化催化剂及其制备方法，具体为一种氨氧化制备硝酸的稀土复合氧化物催化剂。

背景技术

公知，工业上由氨氧化制硝酸涉及到一系列平行反应和连续反应，如下所示，1、氧化反应：氨在纯氧中燃烧生成氮和水并放出黄色火焰，4NH₃+3O₂＝2N₂↑+6H₂O；2、还原反应：在有铂催化剂存在下，氨被氧化生成NO，4NH₃+5O₂＝4NO↑+6H₂O。在氨氧化制备硝酸的过程中，反应过程的复杂性使得保证反应顺利进行的催化剂必须具有三个特点：

一、是对NH₃的转化率要高；

二、是对反应具有选择催化作用，即NO的还原率选择性要高；

三、是具有减少NO₂排放的特性。

目前，氨氧化制硝酸从工业化以来就一直使用铂铑紦合金网作为催化剂，铂系催化剂性能已相当优越，表现为转化率高(98％)，反应速度块，耐高温性好(850℃以上)，使用寿命长(6-12个月)。但其资源短缺，价格昂贵，使硝酸成本以成倍递增，这样就促进了研究廉价易得催化剂的一项重大理论和迫切实践开发的重大课题。

在取代铂系催化剂的研究中，过渡金属氧化物具有氧化还原性能，早在许多氧化反应中作为催化剂应用，而被首先用在氨氧化反应中也有相当好的催化性能。但其缺点是活性比铂系催化剂低，最佳活性温区窄，高温活性降温快，因而目前尚不能完全取代铂网用于NH₃氧化制硝酸的工业生产。

发明内容

本发明为了解决现有铂系和过渡金属氧化物氨氧化催化剂在制备硝酸时，存在上述各自不同缺点的问题，提供一种氨氧化制备硝酸的稀土复合氧化物催化剂。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种氨氧化制备硝酸的稀土复合氧化物催化剂，该催化剂的活性中心元素为金属钴、镍，结构特征元素为稀土元素镧、铈，镧元素选自氧化镧，铈元素选自氧化铈；该催化剂中，钴25-30份，镍1.5-3.5份，氧化镧55-70份，氧化铈10-20份。

本发明所述的含有La、Ce、Co、Ni元素的催化剂在NH₃氧化反应中使用具有优异性能，可取代大部至全部铂网用于NH₃氧化制硝酸工业生产，根据多方研究表明稀土是以氧化物等形式加入催化剂中，在保证催化剂活性不变的前提下，可以大幅度减少贵金属的用量，并改善催化剂的性能。稀土在NH₃氧化制硝酸的作用是多方面的，主要有以下几个方面：

(1)稀土提高催化剂储氧能力，由于氧化铈中铈的价态很容易在三价(Ce₂O₃)和四价(CeO₂)之间转变，因此可与氧气产生良好的缓冲作用。当混合气中含氧量过剩时它可以吸收氧气并储存起来，当混合气中氧含量不足时，它可以把氧气释放出来，使NO₃氧化的反应得以快速进行；

(2)稀土可以提高催化剂的稳定性，一般催化剂在800-1000℃下会变得酥脆，但其中加入稀土(La)就具有很好的性能，(如弹性和高温抗氧化性能)还有一定非稳定性产物，而加入氧化铈和氧化镧的混合氧化物后就能提高热稳定性，稀土氧化物还可以提高机械强度。

(3)稀土可提高催化剂的抗毒性能，氨混合气中有时含有有毒物(如硫、磷、铁、油质)，当加入(CeO₂)后它能与硫化物反应生成稳定的Ce₂(SO₄)3，并在燃烧时转变为H₂S随尾气一道被净化除去。

此外金属元素钴和镍也分别具有以下作用：

钴(Co)能减少催化剂体积的膨胀和提高催化剂的抗粉化能力，能减少催化剂的腐蚀速度，提高催化剂的使用寿命；而镍(Ni)可提高该催化剂的抗结炭性能，在稀土氧化物(La₂O₃、CeO₂)中加入活性组分镍，就可以改善催化剂的选择性的活性、稳定性及抗节炭性能。

以上本发明所述各元素的特性，是铂系元素催化剂都不能比拟的。