[发明专利]一种用于合成气直接转化为低碳烯烃的钴基催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种钴基催化剂及其制备方法和应用领域，特别是涉及一种用于合成气直接转化为低碳烯烃的钴基催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

合成气是氢气和一氧化碳按不同比例混合而成的气体。合成气可以通过费托(Fischer-Tropsch，FT)方法催化转化制备烃类、醇类以及其他含氧化合物。FT合成中常用的催化剂活性组分有铁、钴、镍或钌，通常需要加入第二或者第三种金属组分以提高催化性能。

低碳烯烃是指原子数小于或等于4的烯烃，主要是指乙烯、丙烯和丁烯。低碳烯烃在现代石油和化学工业中起着举足轻重的作用，是十分重要的化工原料。随着我国经济的快速增长，长期以来，低碳烯烃尤其是乙烯以及丙烯市场供不应求。

低碳烯烃的制备方法按原料划分总体上可以分为3大类：石油路线、天然气路线和煤炭路线，其中采用石脑油或轻柴油裂解的石油化工路线是世界主要采用的方法。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、天然气以及生物质资源相对丰富，开发以煤、天然气以及生物质原料的低碳烯烃生产工艺具有重要意义。

利用煤炭、天然气或生物质合成低碳烯烃有多种工艺路线，主要有先转化为合成气再直接转化为低碳烯烃路线、先转化为合成气后转化甲醇或者二甲醚再转化为低碳烯烃、甲烷氧化偶联直接制备低碳烯烃等路线。合成气直接路线具有较高的能量利用率和良好的经济性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于合成气直接转化为低碳烯烃的钴基催化剂及其制备方法和用途，用于解决现有技术中费托合成一步法制备低碳烯烃反应中烯烃选择性低以及甲烷选择性高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于合成气直接转化为低碳烯烃的钴基催化剂，所述用于合成气直接转化为低碳烯烃的钴基催化剂包括钴、锰和载体，所述载体选自Al₂O₃、SiO₂、TiO₂或活性炭；所述钴与所述锰的摩尔比例为1：30～30：1，所述载体的重量占所述钴基催化剂的重量的10％～80％。

优选地，所述钴基催化剂还包括助剂，所述助剂为过渡金属、稀土金属或碱土金属中的一种或多种，所述过渡金属选自锆、锌、钒、钼或钇；所述稀土金属选自镧或铈；所述碱土金属选自镁、钙或钡；所述助剂与所述钴的摩尔比为0.1～10。

一种用于合成气直接转化为低碳烯烃的钴基催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)配制混合盐溶液：

A、将钴和锰的无机盐或者钴和锰的有机盐配制成混合盐溶液；或

B、将钴、锰和助剂的无机盐或钴、锰和助剂的有机盐配制成混合盐溶液；

其中，混合盐溶液的总金属离子摩尔浓度范围为0.01～3mol/L；

(2)配制沉淀剂溶液：将沉淀剂溶解于水中配制成沉淀剂溶液，所述沉淀剂溶液的摩尔浓度范围为0.01～3mol/L；

(3)共沉淀反应：先将所述载体分散在水中，然后将步骤(1)中的A步骤或者B步骤获得的混合盐溶液和步骤(2)的所述沉淀剂溶液并流入所述水中进行共沉淀反应；所述共沉淀反应中温度为20～100℃；共沉淀过程中反应溶液的pH为6～14；

(4)制备浆料：共沉淀反应结束后，老化，获得浆料；

(5)制备铁基催化剂：将步骤(4)获得的所述浆料进行干燥、焙烧，然后自然降温至室温，获得钴基催化剂。

优选地，步骤(1)中所述无机盐包括硝酸盐、氯化物、硫酸盐、磷酸盐，所述有机盐包括醋酸盐、草酸盐、柠檬酸盐。

优选地，步骤(2)中所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钾、碳酸铵、碳酸氢铵和氨水中的任意一种或者几种。

优选地，步骤(4)中所述老化的温度为10～100℃；老化时间为0.5～50h。

优选地，步骤(5)中，所述干燥的温度为60～180℃，干燥时间为2～50h；所述焙烧的温度为150～550℃，焙烧时间为1～50h。

一种用于合成气直接转化为低碳烯烃的钴基催化剂的用途，为使所述钴基催化剂用于固定床进行合成气直接转化为低碳烯烃反应。