[发明专利]一种薄层中空FT合成催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明是关于一种费托(FT)合成催化剂及其应用，更具体地说涉及一种适用于固定反应床的FT合成催化剂及其应用。

背景技术

FT合成反应属于典型的多相催化反应过程，其中，气、液、固三相之间关系复杂。例如，气相的物质(包括氢气、CO、CO₂和低碳烃等)，液相物质(高碳烃)，固相物质(催化剂)，在反应条件下，经FT合成反应生成的重质烃(石蜡)以液态形式附着在催化剂表面或以汽溶胶的形式弥散在反应混和物的气流主体内或混溶于浆态溶剂中。在这些条件下，催化反应是在液膜(蜡膜)覆盖着的催化剂表面上进行。原料氢气和CO需要通过扩散到达活性位处，而气体和液体产物需要扩散出来。因此FT合成是一个受扩散控制严重的过程。此外，FT合成反应是一个放热量比较大的反应。特别对于固定床反应器，在反应过程中，催化剂颗粒内部的热量如何有效的传出，并被反应的气相和液相有效带走，也是FT合成反应过程中不可回避的问题。

专利EP0178008公开了一种蛋壳型催化剂，结果表明，当壳层比较薄的时候，即当壳层体积占整个体积的百分数小于等于55％时，催化剂的FT合成反应性能增加。但是，在该催化剂用于固定床反应器是仍不能很好解决反应中的传热问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题，提供一种活性高、选择性好，同时具有较好热扩散性能的催化剂。

本发明提供的FT合成催化剂含有载体和负载在该载体上的有效量的活性金属组分，其特征在于，所述载体具有薄层中空结构，所述载体的比堆积密度为0.5～0.95。

本发明所解决的另一个技术问题是提供一种新的FT合成方法。

本发明提供的方法包括在FT合成反应条件下，包括将一氧化碳和氢气的混合物与催化剂接触反应，所述接触反应的条件包括：温度为120-350℃，压力为0.5-15MPa，合成气中氢气和一氧化碳的摩尔比一般为0.4-2.5，气体的时空速率为200-10000h^-1，其特征在于，所述催化剂为前述本发明提供的催化剂。

与常规颗粒状催化剂相比，本发明提供的具有中空结构的催化剂具有较大外表面和较低的堆积密度。以单位重量催化剂的活性表征，该催化剂具有明显高的催化剂活性。以单位体积催化剂的活性表征，在保持相同的转化率的前提下，由本发明提供催化剂装填的固定床反应器具有较大孔隙率，对改善反应器内的传质、传热和床层压降有利。

具体实施方式

按照本发明提供催化剂，其中所述的具有薄层中空结构的载体可以是具有任意几何形状的中空成型物中的一种或几种。例如，外观呈圆柱型、蝶型、三叶型、四叶型和多齿齿轮型(如五齿、六齿、七齿、八齿或以上)，内孔为圆形、三角形、多边形(如正方形、六边形)的成型物中的一种或几种。所述载体的比堆积密度优选为0.6～0.9。

按照本发明提供催化剂，其中所述载体的比堆密度是指本发明所述的具有薄层中空结构的堆密度与组成相同的等长、等直径的圆柱型载体颗粒的堆密度之比。所述堆密度的测定方法包括：将不同形状的载体切成同样长度，然后将切后的载体装填到100ml的量筒，将量筒置于一台振动器上，振动频率为300Hz，时间为5min。然后采用天平称取载体的质量，除以载体的体积，就可以得到载体的堆密度。比堆密度是以对比载体(圆柱型载体)为基准，某种载体的堆密度与对比载体堆密度的比值就可以得到比堆密度，无量纲。催化剂的比对密度与此类似。

所述载体可采用任意一种可制备具有中空结构载体的方法制备。例如，采用挤条成型方法。在采用挤条成型的方法制备具有中空结构载体时，通常是在挤条机上装配具有期望的外观形状的孔板和具有期望的内孔形状的孔针实现。挤条时，为挤出顺利的需要，将所述的待成型物料与适量的水混合并加入适量助挤剂，然后挤出成型。所述助挤剂的种类及用量均可以是本领域常规的，例如选自田菁粉，纤维素，聚合醇等中的一种或几种。挤条成型后经干燥和焙烧得到所述载体。所述干燥和焙烧条件为惯常方法中催化剂载体的干燥和焙烧的惯常条件。例如，干燥温度为50-300℃，时间为1-48小时，优选干燥温度为100-250℃，时间2-24小时。焙烧温度为300-1200℃，时间1-48小时，优选焙烧温度350-1100℃，时间2-24小时。

所述的载体可以选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁，以及它们的改性物中的一种或几种，或它们的混合物。优选氧化硅、氧化铝，进一步优选氧化铝。