TW209181B - - Google Patents

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A6 B6 209181 五、發明説明（1 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明偽關於自吸氣性觸媒。 在使用時，觸媒可能由於揮發而有嚴重之材料損失，待 別是在高放熱反鼴諸如氨氧化時。在材料為貴金羼之情形 ,此種損失可能極為昂貴，導致大為增加生産成本。因此 人們常採用吸氣劑糸統，目的在回收由鼸媒所損失之若干 材料。 吸氣劑糸統一般包含一値或更多收集網位於一儲或更多 觸媒網之下游，以回收存在於反應後氣醱中之«媒材料。 英國專利2037606號中討論吸氣劑条统之實例。此項專 利也掲示一種《媒單元，其中將一耙/金合金收集網置於 靠近一鉑觸媒網。收集網本身由於其構成而具有若干《媒 特性，並且因此收集網由於其置位而促進觸媒網所發動之 反應。此種.”自吸氣”梅媒具有兩項主要效益。第一，薄 要較少之鉑便獲致既定之觸媒效率。第二，在使用時由觸 媒損失較少之鉑。 英國專利2062486號掲示一種觸媒單元，此單元包含嫌 網絲 些羼 有金 少之 至網 之些 面有 前少 其至 或之 包面 於後 置其 配或 中包 網於 , 置 包配 種於 一 大 之積 k 面 屬剖 金以 造偽 製 定 «濟部中央標準局S工消费合作社印製 網 之 種面 此前 。其 成或 作包 所在 屬 知金 熟多 所較 們有 人會 映 ， 反網 在之 意面 -後 寸其 尺或 絲包 屬在 金之 ’較 率實1, 蝕者 腐要 之必 期所 預於 其多 合不 適便 為料 擇材 選貴 以 昂 予之 偽 用 網使 一 0 每所 f f 而式 因方 。此 失以 損 〇 利 專 國 英 但 ο 少 最 至 減 量 料 材 媒 觸 之 端 流 順 載 輕 包 使 際 層 劑 氣 吸 I 收 用 使 議 a 未 並 包 製 定 之 論 討 所 中 號 82.3. 40,000 本紙張尺度適用中困B家揉準（CNS)甲4規格（210 X 297公:t) 3 L0918i A6 B6_ 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 以減少包之金屬損失。因此，包之壽命受到不合宜之限制 ,並且金靥損失極高。 本發明為以此種背景所作成。本發明實施一項原理，亦 即，一數量之較昂貴第一材料可由一種較不昂貴第二材料 予以替代，較不昂貴材料之數量為致使勝過，克服或補償 第二材料較之第一材料所具有之任何原本缺點。 例如，第一材料可為鉑，而第二材料可為把。在本文定 稿時，以單元重量計，鉑約較耙昂貴四倍。鉑之密度也較 茫者高1.75倍。但另一方面，鉑（在有些但非所有情形）偽 一種較把更有效之《媒；相對於鉑而言，可以説把有其原 本之缺點。然而，由於成本及密度差異，就相同之绝成本 而言，大約七單位之耙相當於一軍位之鉑。因此，例如在 觸媒包，一鉑網可由七個相似之把網予以替代，而不增加 包之材料成本。在很多情形，就《媒效應而言，此種數量 之鼦足以勝過耙之原本缺黏，而致資際增加包之效率。 缦濟部中央標準局R工消费合作社印製 顯然，本發明像以此種非預期並且有益之最佳協合作用 為基礎。在一極端情形，就既定材料成本而言，可增加梅 媒包之觸媒效率。在另一極端情形，可保持既定之觸媒效 率而同時減低包之材料成本。自然，在此二極端之間也 可能有種種變化；吾人發現，如以下將予以證明，本發明 允許一種觸媒包使改良》媒效率舆較低材料成本相結合。 另一重要之點為耙在觸媒包作用如鉑之吸氣劑。因而， 增加耙收集元素也改良包之鉑損失待獻。此為作為本發明 基礎之最佳協合作用之另一實例。 82.3. 40,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公:¢)4 209181 A6 B6_ 五、發明説明（3 ) (請先閲讀背面之注意事项再填寫本頁) 本發明之又一效益為在無霈增加材料成本，不會損及觸 媒效率，或惡化金羼損失下，仍然允許有效增加觸媒包之 平均工作時間，工作時間增加使得工藤停工減少，因此使得 成本昂貴之停工時間縮至最短。工作時間增加偽由於鼦元 素「支撑J (補僂）鉑元素之流失，即當鉑自鉑元素蒸發時 ，其被把元素所拾取，因此藉由增加鉑含量而改良《媒。 簡言之，耙吸氣劑始终提供若干觸媒效應，但随其老化而 變為更佳之觸媒。有些鉑不可避免自單元損失，但其餘部 份僅在該箪元内自一位置移動至另一位置並缈鑛有效實行 觸媒工作。 此外，有些研究建議，增加钯而增加嫌媒單元對有機污 染物之柢抗，待別是（但不僅限於）自氛進料，壓縮機軸承 等所引入之油所致之降解。 本發明之種種可能效益可被四項性能指楗予以說明，亦 即，1.改良之觸媒效率；2.改良之金羼損失特徽；3.增加 工作時間；及4.增加對有機污染物之抵抗。自然，另一可 能效益（不嚴格為一種性能效益）為減低材料成本。自然， 經濟部中央標準居貝工消费合作杜印製 可藉改良四項性能指標之一項或多項（不一定為其金部）， 及（或）减少材料成本而獲得效益。在本說明書中，所指之 改良”性能"意在指示已改良四項性能指示之一項或多項。 本發明因而可說明為一種改良觸媒單元性能及（或）成本 之方法，包含自該單元之一部份除去一數量之第一較昂貴 觸媒材料，而以較多數置之第二較不昂貴觸媒材料替代該 數量之第一觸媒材料。 82.3. 40,000 本紙張尺度適用中國國家櫺準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）5 A6 B6 aooi-ei- 五、發明説明（4 ) 本發明也可說明為一種觸媒單元，包含一數量之第一觸 媒材料不均勻分佈於該單元，包括一第二觸媒材料，其所 在位置作用如第一觸媒材料之吸氣劑，並增強該單元之觸 媒效應。 第一嫌媒材料之分佈予以適當”定製”，而致位於低預期 金靥損失部位之第一«媒材料少於在高預期金羼損失部位 。可藉變化《媒元素在《媒軍元内琿繞一既定位置之數， 或較佳地變化《媒元素本身之剖面積，而逹成第一《媒材 料量之定製。 第二《媒材料在包内之分佈也可以相似方式予以定裂， 而致第二《媒材料在《媒單元内既定位置之量匹配於在該 位置預期存在於氣流中之第一《媒材料量。就此黏而言， 誚予察知，上游吸氣劑或收集元素通常較之下游吸氣劑或 收集元素收集較多之揮發材料。因而，下游吸氣劑或收集 元素無薄具有上游元素之容量。 可藉支持元素使第二《媒材料之諸元素與第一觸媒材料 之諸元素分開。支持元1 素可例如為不銹鋼網。其它型式之 支持元素包括陶瓷元素或Pt/Pd/Rh塗佈之惰性元素。 較佳地，第一觸媒材料為鉑或一種以鉑為主髑之合金， 而第二腾媒材料為耙或一種以耙為主疆之合金。例如，第 —觸媒材料適合為一種Rh-Pt-Pd合金，Rh之量為在1與15 重量S：之間，而Pd之量為在1舆30¾之間，較佳為添加銥， 钌，鉬，鈷，錳或結。一特定實例為一種US合金，5%Rh-90iSPt-5%Pd。第二觸媒材料適合主要為Pd,而另有如上之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（2i0 X 297公釐）6 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) |裝· 訂. 經 濟 部 中 央 標 準 局 K 工 消 费 合 作 社 印 製 82.3. 40,000 A6 B6 209181 五、發明説明（5 ) 元素。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在目前，以重量對重量而言，姥約較耙昂贵四十倍。因 而，減少姥之量（例如藉除去Rh-Pd-Pt網）較之僅除去若干 鉑節省更多成本。此種節省可用以支付更多之把，而更有 益於該單元之性能。 第二《媒材料之諸元素較佳為在單元中與第一觸媒材料 之至少若干元素交替。 第一《媒材料及第二觸媒材料之諸元素較佳地為金屬絲 經予嫌造或编結以形成網屏。第一觸媒材料網之網眼尺寸 可例如為100至1500網眼每平方厘米，較佳為200至1200網 眼毎平方厘米。第二觸媒材料網之網眼尺寸可例如為30至 1 200網眼每平方厘米，較佳為50至1 000網眼毎平方厘米。 第一《媒材料金靨絲之直徑可例如约為0.05毫米至0.3 毫米，較佳為0.05至0.15牽米。第二觸媒材料金羼絲適合 為在0.05毫米至0.25毫米之範圍。

缦濟部中央標準局β：工消費合作社印S 現請再參照英國專利2037606號，就其減低鉑含董及消 耗而言，其中之安揉雖然值得讚美，但在收集*網使用大量 之金（多達20¾)在若干程度否定此項優點。更駸重或許為 ,在氨氧化時，金己知對珀《媒具有抑止作用。這可能造 成很大困難，待別是請記著含金網靠近鉑網，在有些情形 為在鉑網之上游。另一問題為，雖然金改良耙之強度，但 金也大為減低把之吸氣劑效率。 由於以上諸問題，本發明之另一目的為發展一種採用實 質不含金材料之自吸氣性觸媒裝置。 82.3. 40,000 本紙張尺度適用中國Β家標準（CNS)甲4规格（210 X 297 :釐）7 2091¾1 A6 B6 五、發明説明（6 ) 考窻此項目的，本發明之第二方面可說明為耙或把撗雜 有遴自徠，鐵，鉬，結，钽，鎢，鈷，釔，钍，釕，銥， 锇，铑，錁，銅及鉻類組之至少一種元素之吸氣劑或自吸 氣性觸媒。 在Pd-Zr合金，鉻含量較佳為不超過2重童X。在有該頚 組任何其它元素之耙合金，該其它元素之含量較佳為不超 過8重量U 通常，合金元素宜為增加鼦之熔點（或至少不過度減低 其熔點），藉以在使用時之高溫狀況下，使純把所可能發 生之自擴散及顆粒增長，以及所造成之膨脹效應為最小。 外 此 預元定K1 可金規ί 故合在(ί 定因 而。 内加 格增 晶而 料加 材增 集數 收常 至格 散晶 擴之 以於 為由 用率 作效 爾劑 氣氣 吸吸 於期 由 數 常 格 晶 之 耙 加 增 ： 為中 用素 作元 宜諸 也該 素之 元 金 合在 此 硬 加 增 顯 明 時 量 少 在 且 並 黏 熔 低 減 不 或 少 很 廉 僙 常 非 〇 且 金並 合 ， 成數 形常 徠格 與晶 易加 容增 也鐵 鉑η • 1 Ο ( 度 點 熔 之 金 合 加 增 结 數 常 格 晶 其 加 增 及 點 熔 之0 低 減 顯 明 會 不 锆 加 增 -----------------ί ------装------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) «濟部中央標準局WK工消费合作社印製 使予 在前 ， 用 想使 擬在 也可 人至 吾甚 〇 鉻 除 〇 Ρ 匕 接 /1 以硬 予部 物内 化之 氧度 為程 作定 可一 也生 時發 化能 熔可 在時 錯用 散 分 之0 特 溫 高 異 優 有 具 CBC 種 1 生 I 産 以 化 氧 金 完 〇 或金 份合 *"» 部強 以.加 點 熔 之 金 合 加 增0 本紙張尺度適用中國a家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）8 82.3. 40,000 經濟部中央標準局员工消費合作社印奴 209181 A6 _B6_ 五、發明説明（7 )

Ui)鎢使耙之熔點大為升高，同時基本上保持其晶格常 數。 (v丨i)鈷在使用時可能氣化而形成氧化鈷，在氛氧化時 ，氣化鈷本身為一種觸媒。因而，吾人擬想，鈷在使用供 此種反應時可增強把之觸媒待性。 (viii)钌，銥，锇及鍺均使把之熔點升高。 本發明另包括一種如根據本發明之第一方面所述之«媒 單元，此單元包含如根據本發明之第一方面所述之觸媒， 吸氣劑，或自吸氣性《媒元素。 為求更容易瞭解本發明，僅意在作為實例，現將參照附 圖説明其實施例，在附圈中： 圖1為通過一代表性已知觸媒包之示意部份剖面圖；以 及 圏2, 3及4為通遇一根據本發明所溝成之觸媒包之示意 部份剖面圈。 請參照圓1, 一種代表性己知觸媒包10包含多餹觴媒網 12。在圖示之實例'二十八個完全相同之5XRh-90XPt-5X Pd網12彼此重叠。諸網12在其邊緣藉耐熱合金箔14諸如鎳 合金予以連接，此合金箔覆蓋頂部及底部網（分別標示12’ 及12”）之一邊緣部份。 網12—般為以直徑0.003吋（0.0762毫米）毎平方厘米 1024網眼之金颶絲織造而成。網直徑為43 3/4时。此種構 形適合用以每日自氨（NH3)生産450噸硝酸（HN〇3)之工廠。 現請參照圖2, 3及4,根據本發明所構成之觸媒包16, 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) f 4規格（21U X 297公釐）9 82.3. 40,000 -----------------1------装------訂 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) Α6 Β6 五、發明説明（8) (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 18 .及20在外觀上舆圖1中之代表性包10相似。亦即，它 們有一頂部網12’，一底部網12”，及一錁合金箔14。如下 所述，包16, 18,及20在其構形上不同於代表性包10。 圖2之包16包含總共二十七個Rh-Pt-Pd網12,並補充以 二個Pd網22。Pd網22為0.18毫米金羼絲，每平方厘米140網 眼。順流移動通遇包16時，依次經過二十四偏Rh-Pt-Pd網 12, —傾 Pd 網 22, —艟 Rh-Pt-Pd 網 12, —健 Pd22,以及二 個Rh-Pt-Pd網12。由於Pd網22替代代表性包之Rh-Pt-Pd绢 12之一並位於靠近包16之下游端，因此可以說包16谨為適 合預期之”前負載”金屬損失而定製。亦邸，在包16之下游 部位，相對於包16之上游部位而言，Rh-Pt-Pd«媒材料之 置減少。 經濟部中央標準局we工消费合作社印s 圏3之包18包含绝共二十二傾Rh-Pt-Pd網12,另外加一 组六值輕型R h - P t - P d網2 4 ,並補充以靠近該包下游端之三 傾Pd绸22。顒流移動通遇該包時依次經遇十t個Rh-Pt-Pd 绢 12,六輕型 Rh-Pt-Pd 網 24, —個 Rh-Pt-Pd 網 12, —僥 Pd 網 22,—餾 Rh-Pt-Pd 網 12, —個 Pd 網 22, —個 Rh-Pt-Pd 網 12, —個 Pd網 22及二個 Rh-Pd-Pt網 12。輕型 Rh-Pt-Pd網 24 之網眼尺寸舆通常Rh-Pt-Pd網12相似並為相似之構成，但 偽由直徑0.063毫米（額定為0.060毫米）而非直徑0.0762金 靥絲所構成。因而，圖3之包18包含一種根據預期金羼損 失輪廓所更精細”定裂”之觸媒Rh-Pt-Pd元件。 圖4之包20包含總共二十二個Rh-Pt-Pd網12,另外加一 組1：個輕型Rh-Pt-Pd網24,並補充以二個Pd網22, —個Pd 82.3. 40,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）10 A6 ^- 五、發明説明（9 ) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 網26及一個Pd網28。Pd網26為直徑0.19毫米金屬絲網並且 每平方厘米有100網眼。Pd網28為直徑0.15毫米金羼絲網 並且毎平方厘米有150網眼。因而，諸Pd層在此實例也為 定製者，俥使其匹配鉑在該包之每一位置預期存在於氣流 之量。吾人觀察，上游收集網會較之下游收集網收集較多 量之鉑；因而，上游收集網在理想上應該設計成較不易飽 和。順流移動通過包20時依次經過十六値Rh-Pt-Μ網12, 七届輕型 Rh-Pt-Pd 網 24, —健 Rh-Pt-Pd 網 12, —悃 PdS!26 ，一個 Rh-Pt-Pd 網 12, -_Pd 網 22, —個 Rh-Pt-Pd 網 12， —®Pd網 28,及二個 Rh-Pt-Pd網 12。

Pd網22, 26, 28雖然較佳為隱藏於包内，俥以熟習外觀 之單元呈現於客戶，但也可將包配置為使露出Pd網22, 26 ,28之一。 所有以上諸實例之一項共同待色為Pd網22, 26. 28實際 替代靠近毎一包下游端之一個或多個Rh-Pd-Pt網12, 24。 因而，在若干程度上，Rh-Pd-Pt網在毎一包下游部份之數 為定製，以適合在包之該端所預期之較低金屬損失。除去 或滅輕Rh-Pd-Pt網12所節省之材料成本允許更多，更價廉 Pd網22, 26, 28之替換。如以下所示，這提供較低緦材料 娌濟部中央標準局貝工消費合作社印3机 成本，較高《媒效率，較低鉑損失，及較長工作時間之一 種高度組合。 下列表1為根據麗1中所述己知包以及圖2，3及4中所例 示之新穎包之試驗，顯示本發明之若干優點。該表假定下 列材料成本：Pt 500元/OS, Pd 120美元/_以及Rh 5,000 美元/喃。 82.3. 40,000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐）Π 209181 A6 B6 樣本 _ 1 圜2 圜3 圓4 材料成本 (美元） 368,120 359,480 349,540 341,120 鉑損失 (克/噸） 0.29 0.25 0.23 0.2175 鉑損失 減少X — 14 20 25 平均工作時間 (遇） 38 49 52 53 f請先閱¾背面之注意事項再填寫本页) .訂. 吾人可看出，本發明允許明顯減低材料成本，實質減少 鉑損失並實質增加平均工作時間。增加之平均工作時間指 示改良之觸媒效宰。此傜因為工作之结束通常由觸媒效率 降低於既定之界限水準所決定。因而，在工作開始時效率 愈高，以及效率衰減曲線之梯度愈淺，則在界限水準前相 交之工作將會愈長。 吾人估計，在一年期間，以上諸實例所將産生之效益為 在δ0,000美元與150,000美元之間。 經濟部中夹標準局印裴 中 4(210X 29?公沒） 12

Claims (1)

1. A7 B7 C7 D7 修正丨 補充丨 六、申請專利範固 1. 一種多層觸媒單元，包含一數量較昂貴之笫一觸媒材 料，其選自鉑或以納為主髏之合金且不均勻分佈於該單元 ，以及一數量較不昂貴之第二觸媒材料，其選自耙或以钯 為主體之合金且所在位置能做為第一觸媒材料之吸氣劑並 有肋於該單元觭媒有效性者。 2. 如申請專利範圍第1項之多層觸媒單元，其中第一觭 媒材料在下游部位較在上游部位少。 3. 如申請專利範圍第1項之多層觸媒單元，其中第二觸 媒材料本身作為觸媒之效率較第一觸媒材料為低，但其存 在之數量為能使其吸氣功效勝過，補«或克服其作為《媒 之較低效率者，以致該單元較之完全由第一》媒材料所溝 成之相等或較高材料成本之單元具有較高性能者。 4. 如申謫專利範圍第1項之多層《媒單元，其中第二》 媒材料本身作為《媒之效率較第一觸媒材料為低.但其存 在之數量為能使其吸氣功效勝過，補償或克服其作為《媒 之較低效率者，以致該單.元較之完全由第一 «媒材料所構 成之相等或較低性能之單元具有較低材料成本者。 5. 如申請專利範圍第1項之多層觸媒單元，其中第二觸 媒材料為集中於該單元之下游部位者。 6. 如申請專利範圍第1項之多層觸媒單元，其中第二觸 媒材料之量為不均勻分佈者。 7. 如申請專利範圍第1項之多層觸媒單元，其中第二觸 媒材料之諸元素為與第一觸媒材料之至少若干元素為能交 交替者。 未抆掁义茂遽用中asq家作準（CNS)甲4現作（210 X 297公牮）D (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂· 經濟部中央標準局貝工消費合作钍印S狄 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 ' C7 _ D7 _ 六、申請專利範圍 8.如申諳專利範圍第1項之多層觸媒單元，其中每一層 為一金屬絲網者。 g.如申諝專利範圍第S項之多層銪媒單元，其中金屬絲 網為予以编结者。 10. 如申請專利範圍第1項之多層镝媒單元，其中第二觸 媒材料位於該單元内部者。 11. 如申請專利範圍第1項之多層觸媒單元，其中第二辑 媒材料侈被纳人第一觸媒材料層内或玻纳入支持或分隔層 内者i 12. 如申請專利範圍第1項之多層獨媒單元，其中第二觸 媒材料包含汜與至少一種選自涞、鐵、结、结、组、錡、 釔、li、訂、銥、诫、姥、鎳、銅及鉻類之族.群中之元素 所形成之合金者。 13. 如申請專利範圍第1至第12項中任何一項之多層.獨媒 單元，其煤用於自氨製造硝酸者。 14. 一種裂造硝酸之方法，其包含搿申請專利範圍第1至 -----------------{------^------.玎------1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 者 酸 硝 到 日守 //1 以 氨 化 氣 元 單 媒 银 層 多 之 項 - 任 中 項 包 其 法 方 之 本 成 或/ 及 .§ •J目 性 之 元 單 媒 觸 善 改 二11 種 觸料媒 一 材獨 第媒二 之觸第 金一該 合第 ， 之量者 證數換 主該置 為將料 鉑並材 以 _ 媒 或去0 鉑移二 自位第 荽部之 之一貴 貴之昂 昂 元不 較單較 量該量 數自數 一 料大 將材較 含媒以 金_:音 合11¾ 之5>移 tliipfi 主Ξ ^ 与圍 β ^範3 ^“ 游 以 f 下 專 ， 或f之 31-π 自 單 0 ®該 -6 料 11 自 材 為 科 材 媒 S1 第 中 其 法 方 之 項 本纸張尺度適用中國a家準（CNS)甲4吡彳3· (::1» X 297公兌> 14；