[发明专利]烃合成催化剂的制备方法及其在烃合成方法中的用途

说明书

技术领域

本发明涉及烃合成催化剂、优选费托合成催化剂的制备方法。本 发明还扩展到根据本发明的方法制备的催化剂在烃合成方法、优选费 托合成方法中的用途。

发明背景

费托方法包括在基于金属例如铁、钴和钌的催化剂的存在下CO 的加氢。由该反应生成的产物为水、气体、液体和饱和或不饱和的蜡 质烃。也生成了烃的氧化产物例如醇、酸、酮和醛。产物的碳数分布 遵循熟知Anderson-Schulz-Flory分布。

所述费托方法被描述为非均相的表面催化的聚合反应。所述反应 使一氧化碳在特定的金属催化剂上加氢以生成由下列通式表示的一系 列烃：

CO+H₂→(CH₂)_n+H₂O

可方便地将非均相费托方法分为高温费托(HTFT)方法或低温费托 (LTFT)方法。所述HTFT方法被描述为两相费托方法。其通常在 250℃～400℃的温度下实施且所使用的催化剂通常为熔融的铁基催化 剂。

用作费托合成的催化剂的金属通常利用IA族和IIA族非铁元素进 行促进以强化催化剂的活性和选择性。存在两种主要种类的促进剂， 即结构促进剂和化学促进剂。结构促进剂增加并稳定可利用的活性金 属的表面积，即它们为催化剂基体提供结构稳定性和孔隙率。化学促 进剂通常影响产物的选择性。

用于高温费托(HTFT)方法的铁基催化剂通常通过熔融方法来制 备。这需要在电弧炉中利用化学促进剂和结构促进剂来熔化铁的氧化 物。在熔融方法中涉及的化学过程是复杂的且难以控制。

在熔融铁的氧化物所需要的高温下，原料中的一些结构促进剂和 杂质、尤其是氧化硅，以固态反应与大量的化学促进剂化合。因此， 熔融的催化剂对化学促进的响应相对迟钝且限制了该催化剂选择性的 优化。高熔融温度还导致一部分促进剂例如氧化钾挥发。

一旦促进剂与铁一起熔融，则熔融物经历凝固过程且所述促进剂 发生偏析。这导致在从材料首先固化的部分至最后固化的部分中产生 促进剂的浓度梯度，因此这使得在后一部分中引起不期望的较高的促 进剂含量。结果是，所述促进剂不会均匀分布且有效的催化剂碱度会 随磨碎的催化剂的粒度而发生变化。与较大的颗粒相比，较小的颗粒 具有高得多的催化剂碱度。认为小颗粒中的这种高催化剂碱度和较大 颗粒中促进剂沿晶界的高浓度不仅是高碳生成的主要原因，还是合成 期间高酸性选择性的主要原因。这种高碳生成使得流化的反应器中催 化剂床密度快速下降且因此为催化剂寿命设置了期限。

在最近20年间，作为生产高活性合金和高性能材料的替代路线， 快速凝固处理(RSP)和喷雾沉积处理(SDP)已经引起了大量关注。RSP 涉及熔融金属借助于生成液滴而以非常高的速率急冷成固态。利用液 体金属液滴凝固方法在工业规模上生产广谱的铁和非铁金属粉末，因 为该方法使得这种粉末的特性，尤其是粒度、粒度分布和形状可以控 制。

在制造网形产物中，主要使用固结的金属粉末。为了制造具有优 异机械和腐蚀性能的组分，迫切需要高品质的粉末；所述粉末为清洁 的，具有期望的粒度分布和形态，且以有成本有效的方式制得。除了 在汽车、医疗和国防工业中使用的金属粉末的传统应用之外，发现金 属粉末逐渐用于其它领域。将其用作热喷涂、固体自由形式的制造和 快速成型过程中的原料，并用于电子和磁性用途。细螺距的互联、高 温焊剂和某些磁性合金使用金属粉末。金属粉末为磁性记录带、导电 带、电容带和电磁干扰屏蔽物等的主要成分。对于大部分电子和磁性 用途，期望粉末有非常小的粒度范围(＜10μm)。

本发明人已经惊奇地发现，快速凝固处理是制备费托催化剂的有 用的替代方法，其中，避免或至少降低了与催化剂中促进剂分布有关 的上述劣势等。下面更加具体地讨论这种和其他优势。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种烃合成催化剂的制备方法，所 述方法包括以下步骤：

(a)提供熔融物，该熔融物包括至少一种金属铁的氧化物和催化剂 促进剂的混合物，所述催化剂促进剂选自碱金属源和碱土金属源中的 至少一种；

(b)用流体物流处理所述熔融物，从而使得所述熔融物被分散成包 括所述金属铁的氧化物和所述催化剂促进剂的液滴；和