[发明专利]一种同时制备费托铁基催化剂和煤直接液化催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同时制备费托铁基催化剂和煤直接液化催化剂的方法。

背景技术

煤炭间接液化技术是实现煤炭高效洁净利用的有效途径之一。费托合成(Fischer-Tropsch synthesis-FTS)作为煤间接液化的重要过程之一，是在催化剂作用下将合成气转化为烃类的反应，同时，还伴有甲烷化和CO变换等副反应。这些反应都是强放热反应，平均反应热约为170KJ/mol。

具有费托合成反应催化活性的金属主要有Fe、Co、Ni、Ru和Rh等，其中只有Fe和Co是具有商业应用价值的元素。铁基催化剂要比钴基催化剂价格低廉，可用于煤和天然气合成油，并且对F-T合成反应具有较高的催化活性。许多研究者致力于费托铁基催化剂的研究，以期进一步改进它的性能。现在，常用于费托合成反应的铁基催化剂有沉淀铁催化剂和熔铁催化剂，同时，还有负载铁催化剂、超细粒子铁基催化剂、合金铁催化剂、雷尼铁催化剂等。

CN110584454C公开了一种含有水铁矿和铝的费托合成催化剂，该催化剂的主要组分为Fe-Al-Mn；并任选地包括：Zn、Mg、Cu、Ru、Pd、Rh、和碱金属或碱土金属，该催化剂采用Al和Fe共沉淀法制备催化剂前体沉淀物，Al₂O₃作为催化剂载体和/或活性组分助剂，用于增加催化活性和产物选择性。

CN1245255C公开了一种费托合成铁基催化剂及其制备方法，该催化剂的主要组分为Fe-Zn-Cu-K-SiO₂,该催化剂采用共沉淀法制备催化剂前体沉淀物，并采用喷雾干燥法进行成型。

CN1233462C公开了一种费托合成铁基催化剂及其制备方法，该催化剂的主要组分为Fe-Cu-K₂O-SiO₂-Na₂0,该催化剂采用共沉淀法和浸渍法相结合的办法制备催化剂前体，之后对催化剂前体进行焙烧，从而获得所述费托合成铁基催化剂。

CN1128667C公开了一种微球状费托合成催化剂及其制备方法，该催化剂的主要组分为Fe-La-Cu-K-SiO₂,该催化剂也采用共沉淀法制备催化剂前体沉淀物，并采用喷雾干燥法进行成型。

费托合成反应通常是在费托合成反应器中进行，这样的反应器包括固定床反应器、循环流化床反应器、固定流化床反应器、以及上世纪90年代出现的浆态床反应器，例如浆态鼓泡床反应器（SBCR）。由于固定床等反应器比浆态床反应器昂贵，并且因费托合成反应是放热反应而难以控制反应温度。所以浆态床反应器比固定床等其它反应器具备更多优势。

毫无疑问，浆态床反应器具有其它反应器不具有的众多优点,其吸引了人们越来越多的关注。特别是，浆态鼓泡床反应器（SBCR）作为一种气-液-固多相反应器，具有结构简单、持液量大、温度梯度小、热容量大、传热性能好、温度易控制、固体颗粒易处理、操作成本低等优点。

但浆态床反应器中催化剂磨蚀非常严重，导致液体产物中含有相当比例的催化剂细颗粒或细粉，这些细颗粒或细粉相当难以从液体产物中分离出来，这无疑增大了费托合成工业化的复杂程度和运行成本。而且破碎的催化剂颗粒经常导致后续过滤装置被迫停运，从而使得整个系统的运行周期大大缩短。

尽管如此，上述固定床、流化床、浆态床反应器仍然是现有费托合成的主流反应器。对于费托催化剂而言，由于长时间运行，催化剂因组分的流失、积碳、结焦、中毒而逐渐失活，同时，因催化剂颗粒与颗粒之间、颗粒与器壁之间会有摩擦和碰撞等行为，他们使催化剂颗粒发生磨损，这样，给系统的固-液分离过程带来很大压力，而且，当催化剂颗粒被磨损到一定程度时，例如粒径小于30微米以下，就必须从费托合成反应器中排出，以防止损害反应器系统，或难以从费托液态产物、例如费托蜡中分离出这些催化剂细颗粒或细粉。

为了尽可能地减少上述费托催化剂在费托合成反应过程中对反应器系统造成不良影响和保证费托合成液态反应产物的质量，并兼顾催化剂的催化活性，通常要求在费托合成反应中使用的催化剂颗粒的粒径为30-150微米之间。

煤炭直接液化技术是另一种重要的煤炭洁净利用途径之一，其是指煤炭在一定温度和压力等条件和催化剂作用下，经过加氢反应，使其转变为液体燃料和其它化学品的过程。

现在，较成熟的煤直接液化工艺包括美国H-Coal工艺、两段催化液化工艺、溶剂精炼煤工艺、煤油共炼工艺、德国直接液化工艺、日本NEDOL工艺和神华煤直接液化工艺等。在上述各种煤直接液化工艺中，煤直接液化反应催化剂起到至关重要的作用。