[发明专利]用于费-托催化剂制备的稳定的硝酸亚铁-硝酸铁溶液

说明书

关于联邦资助的研究或开发的陈述

不适用。

发明背景

技术领域

总的来说，本发明涉及铁费-托(Fischer-Tropsch)催化剂。更具体来说，本发明涉及用于制备稳定的硝酸Fe(II)/Fe(III)溶液和/或硝酸亚铁溶液以生产费-托合成催化剂的方法，以及由此生产的催化剂。更具体来说，本发明涉及通过从包含所需的亚铁与三价铁比例的酸溶液中沉淀铁来生产费-托催化剂的方法，并且其中酸溶液在所需时间段内稳定。

发明背景

费-托(FT)技术用于将氢和一氧化碳的混合物(合成气体或合成气)转化成有价值的烃类产物。通常情况下，该过程利用浆态鼓泡床反应器(SBCR)。将源自于天然气的合成气体转化成有价值的主要为液态烃类产物的技术，被称为气制油(Gas-To-Liquid)(GTL)技术。当煤是合成气的原材料时，该技术通常被称为煤制油(Coal-To-Liquid)(CTL)。FT技术是在较广义的GTL/CTL技术中包含的几种转化技术中的一种。

在浆态鼓泡床反应器(SBCR)中使用铁基催化剂执行FT反应时遇到的主要困难之一，是初始催化剂粒子碎裂成非常小的粒子，即尺寸小于5微米。尽管小的粒度对于增加催化剂的表面积和反应速率有利，但问题在于从蜡浆料介质中分离小的催化剂粒子。从蜡中分离催化剂粒子是需要的，因为铁催化剂当在最有利条件下运行时是产生蜡的，要利用从反应器中除去蜡来维持反应器中浆料的恒定高度。

不知道反应器系统的类型、蜡/催化剂分离系统的类型和系统运行条件，就不可能确定足够的实际耐磨耗性。

迄今为止，在开发强化铁基催化剂方面的尝试集中于生产可能的最强催化剂，而不管实际强度对于特定系统来说足够。这些方法为可能已超出足够的催化剂强度而牺牲了活性和选择性。大多数现有技术聚焦于试图最大化催化剂的强度，而没有对高水平的强化剂例如二氧化硅对活性和选择性的负面影响给予应有注意。此外，催化剂强度的测试在异位(ex-situ)、即SBCR的外部进行。许多测试在搅拌釜反应器(压热釜)中进行，其使催化剂受到在浆态鼓泡床反应器中典型不会遇到的严重的剪切力。

将铁沉积在耐熔载体例如二氧化硅、氧化铝或氧化镁上，或通过向基本催化剂添加结构促进剂，可以获得催化剂强度的增加。挑战在于强化催化剂而不明显损害催化剂的活性和选择性。

利用酸溶液中所需的三价铁与亚铁比例发生铁相沉淀来形成强化的FT铁催化剂，已报道在2008年8月26日提交的题为“用于浆态反应器的强化铁催化剂(Strengthened Iron Catalyst for Slurry Reactors.)”的美国专利申请No.12/198,459中。据文献中报道，硝酸亚铁溶液非常不稳定。生产稳定的硝酸亚铁溶液和包含所需的亚铁与三价铁比例的稳定溶液是有挑战性的，其生产将导致更一致地形成铁催化剂，并降低催化剂形成的时间和成本。

因此，对于稳定的硝酸亚铁溶液和稳定的包含所需的三价铁与亚铁比例的硝酸盐溶液的生产方法，存在着需求。还需要结合使用稳定的硝酸铁溶液生产铁FT催化剂的方法。理想的是，这些方法的使用将允许生产在FT反应过程中对碎裂具有抗性、并维持高活性和对高分子量烃类的选择性的铁FT催化剂。用于稳定化硝酸Fe(II)/Fe(III)溶液的方法将增加催化剂制造过程中溶解和/或沉淀步骤的速率，理想的是增加催化剂制造的可重复性。

发明概要

本文公开了生产稳定的硝酸亚铁溶液的方法，所述方法包括将铁溶解在具有第一硝酸浓度的硝酸中以形成硝酸亚铁溶液，并将溶液在第一温度维持第一时间段，由此使硝酸亚铁溶液的Fe(II)含量在第二时间段内的变化少于约2重量％。在实施方案中，第一硝酸浓度在约5到约10重量％的范围内。在实施方案中，第一硝酸浓度约为6重量％。在实施方案中，第一温度是在约25℃到约35℃范围内的温度。在实施方案中，第一时间段大于30分钟。在实施方案中，第一时间段大于45分钟。在实施方案中，方法还包括在第一时间段过程中覆盖硝酸亚铁溶液。在实施方案中，第二时间段是至少1小时。在实施方案中，第二时间段是至少一天。在实施方案中，第二时间段是至少两天。方法还可以包括对稳定的硝酸亚铁溶液进行过滤。还公开了通过所公开的方法生产的稳定的硝酸亚铁溶液。