[发明专利]氨氧化分解催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及用于由氨生成氢的反应中的氨氧化分解催化剂。在本说明书及权利要求书中，所谓“金属”还包括硅等半金属。

背景技术

为了在氨分解催化剂的存在下分解氨来制备氢，必需在350℃以上的反应温度下，进行下述式（Ⅰ）所示反应。

2NH₃→3H₂+N₂（吸热反应）…（Ⅰ）

式（Ⅰ）所示反应可在使用钌催化剂并在400℃以上的反应温度下进行，但由于该反应为吸热反应，因此为了获得稳定的氨分解率，必需对反应体系加热。

在氨100%分解时温度下降约900℃，为了在催化剂层下游区域气体温度在例如350℃以上，入口气体温度必需为1250℃以上，这是不现实的。于是，虽然目前从外部进行供热来抑制因吸热反应导致的温度下降，但在该方法中，传热速度比反应速度慢，因此为了得到充分的传热速度，不得不增加传热面积，难以实现设备的小型化。

另外，作为由外部进行供热的热源，也考虑了利用氨引擎的排气的方法，但在该方法中，在引擎排气温度为350℃以下的情况下，比催化剂发挥作用的温度低，因此难以进行供热，存在着难以制备规定量的氢的问题。

作为进行供热的热源，除了由外部进行供给以外，还有如下述式（Ⅱ）所示，通过氨与氧的反应产生热，利用该热的方法。

NH₃+3/4O₂→1/2N₂+3/2H₂O（放热反应）…（Ⅱ）

如果在同一反应管内引发式（Ⅰ）与式（Ⅱ）的反应，则式（Ⅱ）产生的热可以补充式（Ⅰ）的吸热部分。另外，可以通过控制式（Ⅱ）的氧量来控制催化剂层的温度。例如，在与引擎排气的废热进行热交换而被预热的供给气体温度发生改变的情况下，可以稳定地制备氢。

作为氨氧化用催化剂，通常使用铂类催化剂。例如，专利文献1公开了多层化氨氧化催化剂，其包括难熔性金属氧化物、设置在该难熔性金属氧化物上的铂层及设置在该铂上的氧化钒层。

但是，该催化剂的工作温度为200℃左右，在该温度以下的温度下不能进行催化反应，必需使用电热器等将气体温度提高至200℃左右。

在专利文献2中公开了一种氨氧化催化剂，其包括选自铈及镨中至少一种元素的氧化物、选自含钇的化合价非可变性稀土元素中至少一种元素的氧化物及钴的氧化物；另外，专利文献3中公开了一种氨氧化催化剂，其实质上包括铂、铑及视情况由钯构成的长丝，该长丝具有铂涂层，但是它们具有与专利文献1相同的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2007-504945号公报

专利文献2：日本专利4165661号公报

专利文献3：日本特开昭63-72344号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种可解决上述技术问题的氨氧化分解催化剂。解决技术问题的技术手段

本发明涉及一种氨氧化分解催化剂，其是在由可氧化还原的金属氧化物构成的载体上，负载催化活性金属（也称为负载金属）而成。

金属氧化物也可以是复合氧化物。

金属氧化物优选稀土类金属氧化物。

所谓可氧化还原的金属氧化物，是指能够可逆改变氧化状态与还原状态的金属。

可氧化还原的金属氧化物，优选例如氧化铈、氧化镧、氧化钐等稀土类金属氧化物。另外，可氧化还原的金属氧化物，也可以是稀土类金属与选自镁、钛、锆、钇、铝、硅、钴、铁及镓中至少一种金属的复合氧化物，另外，也可以是稀土类金属与选自镁、钛、锆、钇、铝、硅、钴、铁及镓中至少两种金属的复合氧化物。

载体所负载的催化活性金属，优选为选自钌、铂、铑、钯、铁、钴、镍等第Ⅷ族金属及锡、铜、银、锰、铬及钒中的至少一种金属。

本发明的氨氧化分解催化剂，在氢气流中，在200℃以上、优选200~700℃、尤其优选200~600℃下进行加热处理，将部分或全部构成载体的金属氧化物还原后，提供给氨氧化分解反应。氨氧化分解催化剂的还原处理，可以在填充至该催化反应器之前进行，也可以在之后进行。

氨氧化分解催化剂的载体，可以通过例如下述方法配制。

1.使用金属盐作为载体的前驱体，例如硝酸盐，以氨水溶液处理其水溶液，使其析出金属氢氧化物。在复合氧化物的情况下，调整金属盐浓度，使多个金属盐的水溶液浓度分别为等摩尔。

2.对含有析出物的液体进行离心分离。