[发明专利]用于一氧化碳氢化的沉淀铁催化剂

说明书

关于联邦政府资助研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本发明大体上涉及用于氢化一氧化碳的方法，更具体地涉及用于催化这种方法的铁基组合物，还更具体地涉及改进的铁基催化剂的制造。

相关技术的描述

Fischer-Tropsch过程是熟知的催化反应，其中将一氧化碳和氢转化成多种形式的烃。反应的催化剂通常是以铁为基础的，有时使用沉淀的铁基催化剂，所述铁基催化剂还包含某些类型的助催化剂以提高催化剂的稳定性或影响制得的烃的性质。

美国专利5,504,118描述了在浆料反应器中使用由钾和铜促进的某些铁催化剂的Fischer-Tropsch反应线路式，以产生具有超过五个碳原子的烃产物、水和醇。

德国专利763864描述了制备铁催化剂的某些方法，所述铁催化剂用于在常压或高压(5～50atm)下由一氧化碳和氢制备烃。所述催化剂包含二价和三价铁盐以及高达0.5％的铜，且所述催化剂通过对溶液进行加热和沉淀而制得。

对开发用于催化一氧化碳的氢化以形成烃的铁基催化剂的存在持续的兴趣。

发明概述

根据本发明的某些实施方案，提供了制备铁催化剂的方法，所述方法包括使用与常规方法相比降低量的酸来溶解铁起始材料。在实施方案中，在溶解铁中有效量的酸产生具有亚铁(Fe²⁺)和三价铁(Fe³⁺)离子二者的硝酸盐溶液。在实施方案中，亚铁离子的存在使得相对于从溶液中沉淀的针铁矿(α-FeOOH)和/或水铁矿(Fe₅HO₈·4H₂O)增加了纤铁矿(γ-FeOOH)和/或磁铁矿[铁(II、III)氧化物，Fe₃O₄]的量。相对于水铁矿和/或针铁矿而增加的磁铁矿和/或纤铁矿的量，导致在粗催化剂产物中磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)与赤铁矿(α-Fe₂O₃)的比增加。例如，在某些实施方案中，亚铁离子的存在使得相对于从溶液中沉淀的水铁矿(Fe₅HO₈·4H₂O)，磁铁矿的量增加，从而导致在粗催化剂产物中磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)与赤铁矿(α-Fe₂O₃)的比增加。

在某些实施方案中，提供了制造含铁、铜和钾的催化剂的方法，所述方法包括：制备Fe²⁺∶Fe³⁺的比(wt％/wt％)为约0.01％Fe²⁺∶99.99％Fe³⁺～约100％Fe²⁺∶0％Fe³⁺且任选地包含铜的铁的硝酸盐溶液；加热至少一部分铁的硝酸盐溶液至温度为约20℃～80℃；制备沉淀剂溶液；分别降低所述铁的硝酸盐溶液的温度和沉淀剂溶液的温度，至25℃～35℃，从而获得相应的低温溶液；并在不超过40℃下将所述低温硝酸盐溶液与所述低温沉淀剂反应，以形成含Fe²⁺和Fe³⁺相以及任选的铜相的沉淀物。所述相可包含氢氧化物、碳酸盐、氧化物、或其任一组合。所述方法还包括：熟化所述沉淀物；对制得的熟化沉淀物进行洗涤以除去硝酸盐；老化所述制得的经洗涤沉淀物；将制得的老化沉淀物制成浆料并添加化学助催化剂；对所述制得的浆料进行干燥以形成催化剂前体；对所述催化剂前体进行煅烧以形成粗催化剂；或至少一种这些物质的任一组合。

在某些实施方案中，所述方法还包括通过暴露在含一氧化碳、氢或其组合的气体下在足以提高用于氢化一氧化碳而形成高级烃的催化活性的选定水平的压力、温度和空速下持续选定的时间段对粗催化剂进行活化。