[发明专利]一种用于合成气制取低碳烯烃的催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于能源、化工领域，涉及用于以合成气为原料直接制取低碳烯烃并联产汽油的催化剂制备方法及应用。具体地说，本发明涉及用于气-固相催化反应体系的负载型固体铁基催化剂制备，以及所述催化剂在以合成气为原料直接制取低碳烯烃并联产汽油方面的应用。

背景技术

乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本有机化工原料，随着化学工业的发展，其需求量愈来愈大。目前，低碳烯烃的生产主要采用石脑油或轻柴油裂解的石油化工路线。随着全球范围内石油资源的日益枯竭，未来能源结构势必发生转移。与石油资源相比，我国的煤、天然气（含页岩气）及生物质资源相对丰富，开发以煤、天然气及生物质原料的低碳烯烃生产工艺具有重要意义。从合成气（天然气、煤和生物质转换得到）直接制取乙烯、丙烯技术的开发，不仅可减少对石油资源的依赖，而且对一些富气缺油地区能源化工工业的发展有重要意义。

CN1065026A公开了一种合成气制乙烯的方法，催化剂采用化学沉淀法和机械混合法制备，采用贵金属或稀有金属，例如铌、镓、镨、钪、铟、铈、镧、镱等十余种化学元素，乙烯选择性为65%-94%，但CO转化率低，仅为10%、12%和15%左右，CO循环使用增加能耗，催化剂成本高。

CN1428193A公开了一种合成气制取低碳烯烃的纳米Fe催化剂的制备方法。采用激光热解法结合固相反应的组合技术制备了以Fe_mC_n为主的Fe基纳米催化剂，催化活性价高，CO转化率大于96%，气相产物中乙烯和丙烯的含量较高，甲烷含量低，无高碳烃生成，但是催化剂制备工艺繁琐，制备成本高。

CN1083415A公开了一种采用MgO或高硅沸石分子筛（磷铝分子筛）担载K⁺或者Cs⁺铁锰催化剂，对费托合成催化剂进行改进，能够得到较高产率的低碳烯烃，但是催化剂制备复杂，反应温度较高，而且产物中甲烷选择性高。

CN03109585.2公开了一种用于合成气制乙烯、丙烯和丁烯的铁/活性炭催化剂，活性炭作为载体，Fe作为活性中心，采用真空浸渍法将Fe负载在活性炭上，使得Fe和助剂得以高度分散在活性炭上，从而提高催化性能。在无原料循环的条件下，CO转化率可达到96%以上，气相产物中烃类选择性达到69%，其中乙烯、丙烯和丁烯在烃类中占68%以上。但是该催化剂机械强度差，成型困难，影响催化剂的使用寿命和稳定性，不利用工业应用。

上述催化体系在合成气直接制低碳烯烃方面均取得了较好的进展，但是仍存在以下问题：合成气转化率较低；产物选择性差，降低了合成气利用效率；催化剂制备成本较高、制备过程复杂或重复性差。催化剂需解决的问题是：控制低碳烯烃的选择性以及CO的转化率。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种新的用于直接法转化合成气制取低碳烯烃催化剂的制备方法及应用，克服了现有技术中存在的缺陷，可有效简化催化剂制备流程、降低经济成本，在用于合成气制取低碳烯烃时可以联产汽油，包括催化剂的制备及其应用，反应条件的筛选。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于合成气制取低碳烯烃的催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）所述催化剂包括活性组分、载体和助剂，其质量百分比如下：

活性组分         15～40%

载体             30～85%

助剂             0～30%；

（2）按比例取步骤（1）的各组分，并加入原料总质量10%的结构导向剂，将活性组分、助剂和结构导向剂与上述原料质量总15倍的有机溶液一起搅拌成铁源溶液，至溶液均匀；

（3）用蠕动泵以10～300ml/h的流量泵入的步骤（2）的铁源溶液，与10～300L/h流量的气体一起吹入加热设备恒温段，恒温段温度为200～2000℃中；

（4）将步骤（3）出口的产品气体通过冷却器进行沉积收集；

（5）将载体粉磨处理至40-300目，与步骤（4）得到的沉积物充分混合，混合后200-800℃煅烧2-20h，得到所需的催化剂；

其中，所述活性组分为含铁化合物，使用的铁源前躯体为带结晶水的含铁无机盐，以金属氧化物计，