[发明专利]一种浆态床费托合成铁基催化剂的还原方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种浆态床费托合成铁基催化剂的还原方法。

背景技术

费托合成反应是指将合成气在催化剂的作用下转变为油品和化学品的过程。我国是一个多煤少油的国家。石油资源相对较少，为满足车用燃料和化学品的需求，我国每年需要大量进口石油。近年来，我国石油的对外依存度超过50%，严重影响了国家能源安全。采用以煤炭为源头制备合成气，再经费托合成反应将合成气转化为油品和化学品的工艺路线能够将我国储量丰富的煤炭资源转化为极为短缺的燃料，大大缓解国家能源安全状况。

费托合成反应常用的催化剂有铁基、钴基和钌基催化剂。其中铁基催化剂具有价格低廉，活性较高，选择性易于调变等优点而非常适合于大规模工业化应用。费托合成反应常用的反应器包括固定床反应器，流化床反应器和浆态床反应器。与固定床反应器相比，浆态床反应器具有反应器内部温度均一，易于控制，可在线更换催化剂等优点，同时浆态床反应器对催化剂强度的要求低于流化床反应器。以上优点使得浆态床反应器非常适合于大规模工业化应用。

新鲜态未还原的铁基费托合成的主要成分为α-Fe₂O₃，该物相对费托合成反应过程无催化剂活性。催化剂需要在一定的气氛中进行还原，将催化剂中的α-Fe₂O₃转化为α-Fe或铁碳化合物后才能具有催化剂活性。催化剂的还原条件对催化剂的活性、选择性、稳定性和抗磨损性等均具有明显的影响。

中国专利（200410012199.6）公开了一种浆态床费托合成催化剂的还原方法。具体为以H₂/CO=0.5～2.5的气氛中，控制还原温度为200～350°C，反应压力为0.01～3.0MPa的条件下还原5～60h。

中国专利（200710040569.0）公开了一种流化床反应器用熔铁催化剂的还原方法。该方法以氢气或合成气（H₂/CO=10～40）为还原气氛，还原温度控制在280～500°C，还原时间为72h内。

中国专利（200510026968.2）公开了一种颗粒状铁基费托合成催化剂的工业还原方法。还原过程控制温度为260～450°C，压力为1.5～5.0MPa，入口线速为0.15～0.7m/s，还原气体采用H₂或CO，或者H₂和CO的混合气体。

综合以上现有技术，可以发现目前采用的预处理方法一般均采用H₂、CO或合成气为还原气氛。以氢气为还原气氛，催化剂一般被还原为α-Fe，α-Fe物相不稳定，切换至反应条件后，α-Fe物相很快转化氧化为Fe₃O₄，或碳化为Fe_xC，同时伴随严重的积碳，导致氢气还原后的催化剂稳定性差，抗磨损性能差。以CO或合成气为催化剂时，催化剂一般被还原为Fe₃O₄和Fe_xC的混合物。由于CO具有较强的积碳能力，在还原过程中容易导致催化剂过度积碳进而影响催化剂的活性。在浆态床反应器中，过度渗碳将导致催化剂大量破损，堵塞蜡过滤器，影响反应器的正常运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种浆态床费托合成铁基催化剂的还原方法，本发明以气态烃取代CO为碳源，既能够使催化剂中的α-Fe₂O₃转变为Fe₃O₄和Fe_xC，又能有效抑制过度渗碳和过度积碳，使得采用本方法还原后的催化剂具有较高的活性和稳定性，同时提高了C_5～30烃类的选择性。

本发明所提供的一种浆态床费托合成铁基催化剂的还原方法，包括如下步骤：

将铁基催化剂和还原介质加入至浆态床反应器中并混合均匀；

向所述浆态床反应器中通入气态烃或氢气与气态烃的混合气体，进行还原反应，即实现对所述铁基催化剂的还原。

上述的还原方法中，所述铁基催化剂可由Fe、结构助剂、载体和电子助剂组成；

所述Fe、所述结构助剂、所述载体与所述电子助剂的质量比可为100：0.5～20：5～40：0.2～10，具体可为100：3～7：15～20：1～6、100：3：1：20、100：5：2：20、100：5：6：15、100：6：4：15或100：7：3：15。

上述的还原方法中，所述结构助剂可为Cu、La、Ce、Cr、Zn、Mn和Mo中至少一种；和/或；