[发明专利]一种用于低温浆态床费托合成的铁基催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种用于低温浆态床费托合成的铁基催化剂及其制备方法和用途，该铁基催化剂包括以下组分：铁、铜、助剂和载体，助剂为过渡金属、稀土金属或碱土金属中的任意一种或两种；其中，过渡金属包括锰、锆和锌，稀土金属包括镧和铈；碱土金属包括镁、钙和钡，铜与铁的摩尔比为0.5~20，助剂与铁的摩尔比为0~10，载体占铁基催化剂的重量分数为10~80%。本发明中铁基催化剂与现有技术相比，增加了铁基催化剂中铜的比例，不含有K电子助剂，减少K电子助剂对甲烷的选择性，本发明获得的铁基催化剂具有低温高活性，可用于低温浆态床费托合成反应中；还具有低甲烷选择性、成本低廉、制备简便以及易于工业放大等优点。

技术领域

本发明涉及一种铁基催化剂及其制备方法和应用领域，特别是涉及一种用于低温浆态床费托合成的铁基催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

费托合成技术是指将从煤炭、天然气、生物质转化得来的合成气(CO+H2)转化成烃类燃料和高附加值化学品的反应过程，由德国科学家Frans Fischer和Hans Tropsch于1923年首先发现并以他们名字的第一字母即F-T命名的，简称F-T合成。依靠费托合成技术，不但可以提炼汽油、柴油、煤油等普通石油制品，而且还可以提炼出航空燃油、润滑油等高品质石油制品以及烯烃、石蜡等多种高附加值的产品。

费托合成主要采用三种反应器。第一种是固定床反应器，sasol技术公司早在20世纪50年代开发成功的Fe基固定床技术，这种技术主要采用Fe基催化剂，Shell在20世纪90年代也开发成功了自己的两段式固定床技术并实现商业化，采用的是更加昂贵活性更高的Co基催化剂；第二种是流化床反应器，sasol分别开发了循环流化床和固定流化床技术，都采用高强度的熔融Fe基催化剂，在更高的反应温度条件下反应；第三种是浆态床反应器，Sasol在德国三相鼓泡反应器研究基础上于90年代取得突破性进展，建立了三相浆态床反应器，相比固定床反应器具有更大的产能，更稳定的操作控制，可采用Fe基催化剂或者Co基催化剂。

就催化剂而言，费托合成主要采用Fe基和Co基催化剂，由于各自不同的特点，两类催化剂展现了各自不同的优势。Co基催化剂的优点是在相对较低的温度下活性较高，水煤气变换反应(WGS)较弱，反应寿命较长，高碳数的直链烷烃收率高，适用于高H2/CO比的天然气基合成气。但是，Co催化剂较为昂贵，易中毒，同时不适用于低H2/CO比的煤基合成气。Fe基催化剂允许比较宽的操作温度范围，具有低甲烷选择性，较高的水煤气变换(WGS)反应洁性，相比Co基催化剂具有更好的抗毒性，较适合于低氢碳比的煤基合成气的转化，但是Fe基催化剂活性和稳定性一般差于Co基催化剂。早在上世纪50年代，南非Sasol公司就己经成功地将Fe催化剂应用于煤基合成液体燃料的工业化过程中。可用于费托合成的铁催化剂包括熔铁催化剂和沉淀铁催化剂，熔铁催化剂主要应用于流化床反应器，沉淀铁催化剂主要应用于固定床和浆态床反应器，目前国内外已经有多项技术专利。Sasol技术有限公司在美国专利US6844370中公开了一种沉淀型Fe-Cu-K催化剂的制备方法，适用于高温流化床合成烃类产物。美国Mobil公司专利US4617288和US4686313中也公开了一种连续共沉淀法制备低含氮量的Fe-Cu-K催化剂，采用氨水沉淀Fe、Cu硝酸盐，经抽滤及洗涤后再加入一定量的K2CO3溶液打浆，烘干后于300℃下焙烧制得催化剂，可适用于工业化生产。Mobil公司的另外一篇专利US4994428中还公开了一种制备共沉淀Fe-Cu-K催化剂并使用水蒸气处理催化剂的方法。