[发明专利]一种调控金属活性组分在工业蛋壳型催化剂中空间分布的方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，具体涉及一种调控金属活性组分在工业蛋壳型催化剂中空 间分布的方法。

背景技术

颗粒蛋壳型催化剂被广泛应用于工业中，在化工反应中常常伴随着放热或者吸热的过程， 通过蛋壳型催化剂可降低其局部过热现象。蛋壳型催化剂的制备主要分为两种：喷涂法以及 浸渍法。喷涂法，即将前驱体溶液喷洒在多孔载体表面，第一个关于蛋壳型催化剂制备的专 利便使用该方法，但是大规模制备时可操作性不强，因此并未大规模使用。另外一种方法即 浸渍法，使前驱体只进入催化剂外部的孔道，而不向催化剂核心扩散，在这个方法中有很多 参数都会影响到最终蛋壳型催化剂的壳层厚度，这些参数包括：浸渍时间、金属溶液浓度、 溶液粘度以及浸渍之前载体的状态。从工业的角度考虑，浸渍法制备催化剂是最方便的，浸 渍工艺相对于喷涂法更安全，更节约成本，更容易工业放大。但是通过浸渍法制备蛋壳型催 化剂时，仍然会有大量活性组分通过毛细管作用力扩散进入蛋壳型催化剂内部，而这一部分 活性组分对于整个催化剂而言是“无效”的，因此，如何降低这种“无效”的活性组分，使 得催化剂活性组分集中在壳层是当前的一个技术难点。

蛋壳型催化剂常被用于费托合成反应工业生产中。费托合成是指将煤炭、天然气或者生 物质经合成气在催化剂作用下转化为烃类的过程。费托合成工业上采用的催化剂可分为两类： 铁基催化剂及钴基催化剂，相较于铁基催化剂，钴基催化剂具有以下优点：高活性、甲烷选 择性低、C₅⁺选择性高，水煤气反应低等。因此设计低价格的钴基费托合成催化剂具有更重要 意义。

在固定床反应器中，由于压降的限制，需要装填大颗粒催化剂(直径>1mm)，但是由于 费托反应会生成长链烯烃以及醇类，并且大多数液相产物为蜡相，在反应过程中，蜡相会填 满催化剂内部的孔道，降低CO的扩散速度，从而降低费托反应速率以及C₅⁺产物的选择性， 催化剂的颗粒越大，所受到的扩散限制越强烈，由于氢气分子在液态蜡相中的扩散速率为一 氧化碳分子扩散速率的两倍，因此在催化剂内部H₂/CO比要明显高于外部，这会使甲烷选择 性增加，影响碳链增长因子α。因此对于工业上使用的大颗粒催化剂，蛋壳型催化剂可明显 降低扩散限制。

使用浸渍法制备蛋壳型催化剂时，增加前驱体浓度、调节载体表面张力均可成功制备蛋 壳型催化剂，但均会使制备成本增加。

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蛋壳型催化剂的制备方法， 用于克服现有技术中方法催化效率低，制备成本高的缺陷。

为了达到上述发明目的及其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)制备载体：将二氧化硅粉末与硅溶胶混合并挤出得到挤出物；将所述挤出物经干燥 后焙烧获得载体；

2)配制硝酸钴溶液：制备浓度为1～8mol/L的硝酸钴溶液；

3)浸渍：将硝酸钴溶液加入到载体中，浸渍结束后去除剩余液体获得样品；

4)将样品干燥并焙烧，获得蛋壳型催化剂。

优选地，步骤1)中，二氧化硅粉末与硅溶胶的质量比为1：(0.4～3)；所述硅溶胶的固 含量为35～45％。更优选地，所述硅溶胶的固含量为40％。

优选地，步骤1)中所述干燥的温度为60～120℃，干燥时间为1～20h。

优选地，步骤1)中所述焙烧采用马弗炉或管式炉，升温速度为先以1～5℃/min的升温 速度升至110～130℃，保持1.5～2.5h，再以0.5～5℃/min的升温速度升至300～600℃，保持 1～20h。

优选地，步骤2)中制备浓度为4～8mol/L的硝酸钴溶液。

优选地，步骤3)中浸渍时间为1～10s。

更优选地，步骤3)中浸渍时间为1～5s。

优选地，步骤4)中所述干燥的温度为60～120℃，干燥时间为0.25～20h。

优选地，步骤4)中焙烧采用马弗炉或管式炉，升温速度为先以1～5℃/min的升温速度 升至110～130℃，保持1.5～2.5h，再以0.5～5℃/min的升温速度升至250～450℃，保持3～8h。

本发明还公开了一种催化剂，由上述所述方法制备获得。