[发明专利]用于氧化亚氮分解的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及用于将氧化亚氮(N₂O)催化分解成氮和氧的催化剂，并且涉及其用于从含有所述氧化亚物的气体混合物中去除所述氧化亚物的用途，尤其是用于去除硝酸和己二酸工厂的排放物。

背景技术

氧化亚氮是比二氧化碳更强烈得多的有害的温室气体；而且，在平流层中其参与导致臭氧层破坏的反应。

形成氧化亚氮的主要工业源是用于生产硝酸和己二酸(在制备尼龙6，6和尼龙6，12中所使用的单体)的工厂。

氧化亚氮以相当大的量存在于己二酸工厂的排放物中：通常组成包括以体积百分比的：30％N₂O、2％CO₂、2.5％H₂O、8-12％O₂、50-150ppmNOx、其余部分N₂。

硝酸工厂的排放物一般含有300-1700ppm的N₂O、100-2000ppm的NO_x、1-4％O₂和作为其余部分的氮。

来自硝酸和己二酸工厂的N₂O排放物被期望为在2005-2020时期增长大约16％。

已知用于N₂O分解的一些催化剂。主要的一些催化剂由负载在不同种类的金属氧化物上的贵金属、过渡金属离子取代的沸石或金属氧化物和阴离子粘土负载在其上的沸石构成，例如由具有与层状构造混合的氢氧化物构成的水滑石，其中不同种类的阴离子(可交换或不可交换)和水分子嵌入两个层之间。

所有这些催化剂具有其热不稳的缺陷：负载在金属氧化物上的贵金属因为在高温下金属颗粒趋于烧结，因而导致催化剂钝化；粘土和沸石因为其结构而趋于坍塌，且因此失去初始的催化性能。

下述催化剂是已知的(US5,705,136)，其由氧化物构成，例如负载在MgO、CaO、ZnO、TiO₂、Al₂O₃-ZnO、Al₂O₃-TiO₂和类似物上的MnO、CuO、NiO和CoO。优选地，催化剂包括负载在MgO上的CoO。

N₂O转化是高的。

US 2004/0179986 A1提到一种分解N₂O的催化剂，其在250℃和450℃之间的温度下是活性的，但在较高的温度下是非活性的，且由重量上等份的Co₃O₄尖晶石和分子式La_l-xCu_XCoO_3-d(x≤0.5)的阴离子缺陷钙钛矿(anion defect perovskite)的混合物构成。

所述美国申请强调，类钙钛矿的催化剂如果被负载在氧化铝上，则在高温(700℃-1000℃)下使用时遭受由氧化铝与活性催化剂相的钝化反应引起的钝化。

也可使用水滑石类型的结构，例如Cu₃Mg₅Al₂(OH)₂₀CO₃3H₂O、Mn₃Mg₅Al₂(OH)₂₀CO₃H₂O。

发明内容

现已意外地发现，在下文所指定的催化剂在将N₂O分解成氮和氧时具有高的催化活性、高达900℃的令人满意的热稳定性以及长期地保持其活性不变的能力。在高温下的稳定性尤其通过催化剂被负载在氧化铝上时来提供，这是根据所述美国申请所推知的反向的教导的完全意外的结果。而且，在下文所指定的催化剂具有其不包含铜的特性，铜是一种在高温下进行反应的情况下可能具有挥发性问题的元素，例如直接地在用于将氨氧化成一氧化二氮的反应器中使N₂O副产品减少的操作条件下。

该催化剂包括以下述组成存在的混合的钴氧化物、锰氧化物和稀土金属氧化物，所述组成以其中金属处于最低价态的CoO、MnO和稀土金属氧化物的重量百分比的形式表示为：MnO38-56％、CoO22-30％、稀土金属氧化物22-32％。

实施本发明的方式

优选的稀土金属氧化物是氧化镧和氧化铈及其混合物。