[发明专利]一种费托合成钴基催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种费托合成催化剂，具体地说是一种钴基费托合成催化剂及其应用。

技术背景

钴基固定床、铁基浆态床及流化床费托合成技术是目前实现商业化应用的煤制油技术。其中钴基催化剂具有原料适应性强、催化剂稳定性好和可再生利用的优点，产品具有甲烷选择性低、C₅⁺选择性高和水煤气变换反应活性低的优点，因而钴基费托合成油已经成为煤制油领域新的技术制高点和竞争点。尽管如此，钴基催化剂存在着低温运转和高温还原的矛盾和技术障碍，使得对反应器材质要求和反应工艺匹配的要求极大提高。构造特定催化体系，实现钴基催化剂的原位还原，可以有效解决催化剂低温运转和高温还原的技术障碍，显著降低反应器制造难度，有效拓宽技术应用领域，经检索，目前尚未有相关专利或文章报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于固定床反应器并能在低温下进行还原的钴基费托合成催化剂及其应用。

本发明通过在溶胶凝胶法制备催化剂载体过程引入有机碳源，利用有机碳源在惰性气氛下分解产生弱还原组分单质炭的特点，将含炭载体浸渍钴后焙烧，实现钴基催化剂焙烧和自还原的同步，得到表面钝化的自还原后的催化剂，大大降低钴基催化剂的在线还原温度，同时有机碳源在焙烧碳化及还原钴的过程还可以起到催化剂扩孔的作用。

本发明催化剂包括氧化钴，氧化物载体和表面钝化氧化钴：氧化钴以金属计，钴为10-30(wt)％，其余为氧化物载体；

氧化物载体为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆或二氧化钛。

本发明催化剂的具体制备方法如下：

(1)按最终催化剂组成，称取铝源、硅源、锆源或钛源物质，配置成0.1-2mol/L的水溶液，搅拌下加入0.01-2(mol)％水解剂到该溶液，保持温度50-90℃，保持时间1-6h，制得铝溶胶、硅溶胶、锆溶胶或钛溶胶；

(2)按最终催化剂的组成，称取可溶性钴盐，加去离子水配制成溶液；

(3)按碳源：钴盐(w/w)＝0.2-2：1，称取碳源粉体溶于蒸馏水中，搅拌，形成悬浊液，在50-90℃下糊化0.5-4h；

(4)保持步骤(3)糊化温度，将步骤(1)制得的铝溶胶、硅溶胶、锆溶胶或钛溶胶缓慢加入到糊化的碳源粉体中，保持1-4h；

(5)停止搅拌，室温下老化12-48h，得到凝胶；

(6)将所得凝胶放于干燥箱中于60-120℃下干燥6-24h，得到干凝胶；

(7)将所得干凝胶置于管式炉，于惰性气氛下，在350-800℃下焙烧2-8h，制得含炭载体；

(8)将步骤(2)的钴盐溶液等体积浸渍于上述载体；

(9)将步骤(8)所得置于干燥箱中，于60-120℃下干燥6-12h，干燥后，于惰性气氛下，在200-400℃下焙烧2-10h，待降至室温钝化2-12h，制得最终催化剂。

如步骤(1)所述，铝源为异丙醇铝、硝酸铝、铝酸钠等的一种；硅源为正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯等的一种，锆源为正丙醇锆、异丙醇锆等的一种，钛源为钛酸乙酯、钛酸四丁酯等的一种；水解剂为硝酸、硫酸、氢氧化钾、等的一种。

如步骤(2)所述，钴盐为硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴等的一种。

如步骤(3)所述，碳源为淀粉、甲基纤维素、田菁粉等的一种。

如步骤(7)及步骤(9)所述，惰性气氛为氮气、氩气、氦气等的一种。

如步骤(9)所述，钝化所用的钝化气为氮与氧混合气，氧含量为1.0-20％(v/v)。

本发明制得的催化剂应用于固定床反应器进行费托合成反应。还原条件为：180-250℃，0.2-1.0MPa，氢气体积空速500-1500h^-1，恒温6-24h；反应条件为：H₂/CO(mol)在1.5-3.0之间，反应温度为180-240℃，压力为1.0-3.0MPa，空速为500-5000h^-1。

本发明催化剂具有如下优点：

(1)催化剂在焙烧过程实现深度还原，反应时只需较低温度还原表面氧化的氧化钴，降低了还原温度，降低了对反应器材质的要求，扩大了费托反应在反应器改造的应用领域。

(2)制备的催化剂具有发达的孔道结构和较大的比表面积。

具体实施方式

实施例1