氨分解催化剂.pdf
(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公开号 (43)申请公开日 (21)申请号 2.6 (22)申请日 2021.08.03 (30)优先权数据 220.09.29 JP (85)PCT国际申请国家阶段进入日 2023.03.28 (86)PCT国际申请PCT的申请数据//.08.03 (87)PCT国际申请的公开数据/.04.07 (71)申请人日本触媒株式会社地址：日本大阪 (72)发明人 (74)专利代理机构：北京林达刘知识产权代理有限公司（普通合伙）11277专利代理人 (51)Int.Cl.C01B3/04 (2006.01) (54)发明名称：氨分解催化剂 (57)摘要：本发明的目的本发明的目的在于提供一种能够有效地将氨分解为氢气和氮气，且机械强度高的氨分解催化剂，以及利用该氨分解催化剂生产氢气和氮气的方法。本发明的氨分解催化剂的特征在于，其含有元素(B)；选自钡和锶中的一种或多种碱土金属元素(C)；锆(D)；以及钙化合物(E)，且前述钴(A)、稀土元素(B)、碱土金属元素(C)和锆(D)以金属或氧化物的形式含有。
权利要求书第2页说明书第11页选自铈、钇和镧中的至少一种稀土元素(B)；选自钡和锶中的至少一种碱土金属元素(C)；锆(D)；和选自碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙中的至少一种钙化合物(E)，其中钴(A)、稀土元素(B)、碱土金属元素(C)和锆(D)以金属或氧化物的形式存在。2.根据权利要求1所述的氨分解催化剂，其中钴(A)的含量以氧化物换算为30质量％以上。 3.根据权利要求1或2所述的氨分解催化剂，其中稀土元素(B)的含量以氧化物换算为1质量％以上且24质量％以下，碱土金属元素(C)的含量以氧化物换算为0.1质量％以上且10质量％以下，锆(D)的含量以氧化物换算为0.1质量％以上且10质量％以下。4.根据权利要求1至3中任一项的氨分解催化剂，其中钙化合物(E)的含量为10质量％以上。5.一种生产氢气和氮气的方法，其特征在于，其包括以下步骤：对根据权利要求1至4中任一项的氨分解催化剂进行还原处理的步骤；以及通过使含氨的气体与经过还原处理的氨分解催化剂接触，将氨分解为氢气和氮气的步骤。 6.一种用于分解氨的催化剂的用途，其特征在于，所述催化剂含有：钴(A)；选自铈、钇、镧中的一种或多种稀土元素(B)；选自钡、锶中的一种或多种碱土金属元素(C)；锆(D)；以及选自碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙中的一种或多种钙化合物(E)，其中所述钴(A)、稀土元素(B)、碱土金属元素(C)和锆(D)以金属或氧化物的形式包含在催化剂中。
7.根据权利要求6所述的用途，其中催化剂中钴(A)的含量以氧化物计为30质量％以上。8.根据权利要求6或7所述的用途，其中催化剂中稀土元素(B)的含量以氧化物计为1质量％以上且24质量％以下，催化剂中碱土金属元素(C)的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下，催化剂中锆(D)的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下。9.根据权利要求6至8中任一项的用途，其中催化剂中钙化合物(E)的含量以氧化物计为10质量％以上。 10.一种生产氢气和氮气的方法，其特征在于，包括以下步骤：对氨分解催化剂进行还原处理的步骤，其中所述氨分解催化剂含有：钴（A）；选自铈、钇和镧中的一种或多种稀土元素（B）；选自钡和锶中的一种或多种碱土金属元素（C）；锆（D）；以及选自碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙中的一种或多种钙化合物（E），其中所述钴（A）、稀土元素（B）、碱土金属元素（C）和锆（D）以金属或氧化物的形式存在；以及通过使含有氨的气体与已经过还原处理的氨分解催化剂接触，将氨分解为氢气和氮气的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中催化剂中钴(A)的含量以氧化物计为30质量％以上。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中催化剂中稀土元素(B)的含量以氧化物计为1质量％以上且24质量％以下，催化剂中碱土金属元素(C)的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下，催化剂中锆(D)的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下。13.根据权利要求10至12中任一项的方法，其中催化剂中钙化合物(E)的含量以氧化物计为10质量％以上。 氨分解催化剂 技术领域 [0001] 本发明涉及一种能有效将氨分解为氮和氢的高强度氨分解催化剂，以及利用该氨分解催化剂生产氢和氮的方法。 背景技术 [0002] 氢气容易与其他原子形成共价键，燃烧时生成的化合物仅为水，具有单位质量发热量大的特点。因此，氢气在石油炼制和石油产品制造中用于脱硫。近年来，其作为燃料电池燃料的需求也日益增加。工业气体公司等在用户的工业设备中设置制氢装置，现场供应氢气。但可以认为，今后从制造现场向加氢站等供应氢气的情况将逐渐增多。
[0003] 作为氢的输送手段，研究了高压氢的输送、液化氢的输送、有机氢化物的输送等。但是，高压氢和液化氢一旦发生事故，危险性极高。另外，关于有机氢化物的输送，例如，还原甲苯得到甲基环己烷，输送相对安全的甲基环己烷，在所需位置脱氢得到氢。但是，该方法存在以下问题：暂时生成氢后，需要多余的能量来还原甲苯和脱氢甲基环己烷。[0004] 因此，氨作为氢的载体备受关注。氨本身的工业生产方法早已确立。此外，氨即使在室温下也容易液化，并且体积氢密度高，约为液化氢的1.5至2.5倍。但是，仍然需要开发一种在输送氨之后有效地从氨中生产氢的技术。 [0005] 例如，专利文献1公开了一种不使用贵金属、能够在从低浓度到高浓度的宽范围的氨浓度下、在相对低温、高空速下高效地将氨分解为氢气和氮气、从而获得高纯度氢气的氨分解催化剂，其中，该氨分解催化剂含有铁族金属和金属氧化物。[0006] 专利文献2公开了一种催化剂，其含有：选自镍、钴和铁中的元素；选自锶和钡中的元素；以及除镧和铈之外的镧系元素，并且能够有效地从氨中产生氢气。[0007] 专利文献3公开了一种催化剂，其含有：选自镍、钴和铁中的元素；选自锶和钡中的元素；稀土元素和镁，并且能够有效地从氨中产生氢气。
[0008] 专利文献4公开了一种由钴、钇、以及从锶和钡中选择的碱土金属以特定比例组成的催化剂，该催化剂能够高效地从氨中生产氢气。 [0009] 现有技术文献 [0010] 专利文献 [0011] 专利文献1:日本专利申请第2010-94668号 [0012] 专利文献2:日本专利申请第2016号 [0013] 专利文献3:日本专利申请第2019-11212号 [0014] 专利文献4:日本专利申请第2020号 发明内容 [0015] 本发明要解决的问题 [0016] 如上所述，已经研究了各种用于通过分解氨来高效地生产氢气的催化剂，但是随着氢气的使用量的增加，人们寻求更高效且高强度的氨分解催化剂。 [0017] 因此，本发明的目的在于提供一种能够有效地将氨分解为氢气和氮气并且具有高机械强度的氨分解催化剂，以及使用该氨分解催化剂生产氢气和氮气的生产方法。 [0018] 问题的解决方案 [0019] 本发明人为了解决上述问题，反复进行了深入研究。结果发现，含有特定钙化合物的氨分解催化剂具有优异的氨分解活性和高机械强度，从而完成了本发明。 [0020] 本发明如下所示。 [0021] [1] 一种氨分解催化剂，其特征在于，其含有： [0022] [0023] 选自铈、钇和镧中的一种或多种稀土元素（B）； [0024] 选自钡和锶中的一种或多种碱土金属元素（C）； [0025] 锆（D）； 以及 [0026] 选自碳酸钙、氧化钙及氢氧化钙中的一种或多种钙化合物（E）， [0027] 前述钴（A）、稀土元素（B）、碱土金属元素（C）及锆（D）以金属或氧化物的形式含有。
[0028] [2] 根据[1]所述的氨分解催化剂，其中钴（A）的含量以氧化物计为30质量％以上。 [0029] [3] 根据[1]或[2]所述的氨分解催化剂，其中稀土元素（B）的含量以氧化物计为1质量％以上且24质量％以下， [0030] 碱土金属元素（C）的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下， [0031] 锆（D）的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下。 [0032] [4] 根据[1]至[3]中任一项的氨分解催化剂，其中钙化合物（E）的含量为10质量％以上。 [0033] [5] 一种生产氢气和氮气的方法，其特征在于，包括以下步骤：[0034] 对[1]至[4]中任一项的氨分解催化剂进行还原处理的步骤；以及[0035] 通过使包含氨的气体与已经过还原处理的氨分解催化剂接触，将氨分解为氢气和氮气的步骤。[0036] [6] 催化剂用于分解氨的用途，其特征在于：[0037] 所述催化剂含有：钴(A)；选自铈、钇和镧中的一种或多种稀土元素(B)；选自钡和锶中的一种或多种碱土金属元素(C)；锆(D)； 以及选自碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙中的一种或多种钙化合物（E），[0038] 钴（A）、稀土元素（B）、碱土金属元素（C）和锆（D）以金属或氧化物的形式包含在催化剂中。
[0039] [7] 根据[6]所述的用途，其中，催化剂中的钴(A)的含量以氧化物计为30质量％以上。 [0040] [8] 根据[6]或[7]所述的用途，其中，催化剂中的稀土元素(B)的含量以氧化物计为1质量％以上且24质量％以下， [0041] 催化剂中的碱土金属元素(C)的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下， [0042] 催化剂中的锆(D)的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下。 [0043] [9] 根据[6]至[8]中任一项的用途，其中，催化剂中的钙化合物(E)的含量以氧化物计为10质量％以上。 [0044] [10] 一种生产氢气和氮气的方法，其特征在于，包括以下步骤：[0045] 对氨分解催化剂进行还原处理的步骤，其中所述氨分解催化剂含有：钴（A）；一种或多种选自铈、钇和镧的稀土元素（B）；一种或多种选自钡和锶的碱土金属元素（C）；锆（D）；以及一种或多种选自碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙的钙化合物（E），其中所述钴（A）、稀土元素（B）、碱土金属元素（C）和锆（D）以金属或氧化物的形式存在；以及[0046] 通过使含有氨的气体与经过还原处理的氨分解催化剂接触，将氨分解为氢气和氮气的步骤。
[0047] [11] 根据[10]所述的方法，其中催化剂中的钴（A）的含量以氧化物计为30质量％以上。 [0048] [12] 根据[10]或[11]所述的方法，其中催化剂中的稀土元素（B）的含量以氧化物计为1质量％以上且24质量％以下， [0049] 催化剂中的碱土金属元素（C）的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下， [0050] 催化剂中的锆（D）的含量以氧化物计为0.1质量％以上且10质量％以下。 [0051] [13] 根据[10]至[12]中任一项的方法，其中催化剂中的钙化合物（E）的含量为10质量％以上。