[发明专利]低温费托合成催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及费托合成领域，具体涉及低温费托合成催化剂及其制备方法和应用。所述低温费托合成催化剂的制备方法包括：(1)提供含有铁盐和铜盐的水溶液，即第一溶液；提供含有沉淀剂和硅源的水溶液，即第二溶液；将第一溶液和第二溶液进行共沉淀反应，而后进行固液分离并洗涤所得固相；(2)将洗涤后的固相与水进行打浆，得到浆液并引入含钾硅源，并调节所得混合物的pH值至酸性以进行老化；(3)将老化后的浆液进行固液分离，所得固相与水进行打浆，所得浆液进行喷雾干燥和焙烧。该方法能够获得高活性、低副产物选择性、高C⁵⁺产物选择性、高稳定性和高抗磨性的低温费托合成催化剂。

技术领域

本发明涉及费托合成领域，具体涉及低温费托合成催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

费托合成反应是指合成气(H₂+CO)在催化剂作用下、在一定温度和压力下转化成烃和其它化学品的反应。发展费托合成技术对实现原油替代，保障我国能源安全和洁净煤转化利用具有现实意义。费托合成只有在合适的催化剂作用下才能实现。上世纪50年代，南非SASOL公司采用德国鲁尔公司的专利技术实现了低温费托合成技术和高温费托合成的商业化应用。低温费托合成技术的反应温度在210-280℃之间，催化剂有沉淀铁催化剂和钴基催化剂，反应器形式有固定床反应器和浆态床反应器。高温费托合成技术的反应温度在300-350℃之间，反应器形式为固定流化床和循环流化床反应器。沉淀铁催化剂与钴系催化剂相比，具有价格低廉，对反应条件和合成气成份的适应范围较宽，合成产物中α-烯烃选择性较高的特点。

低温费托合成铁基催化剂经过数十年的发展，全世界技术开发人员持续的改善着催化剂配方及制备方法，许多新的有用的助剂被加入到Fe-Cu-K-SiO₂体系中来提高催化剂性能。比较有代表性的有中科合成油开发的Fe-Mn-Cu-K-SiO₂，兖矿开发的Fe-Cu-K-SiO₂-Na，神华开发的Fe-Co-Cu-K-SiO₂等。

然而，现有的低温费托合成铁系催化剂仍然在活性、副产物选择性、C5+产物选择性、稳定性和抗磨性等诸多性能上具有需要改进之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高活性、低副产物选择性、高C⁵⁺产物选择性、高稳定性和高抗磨性的低温费托合成催化剂及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种低温费托合成催化剂的制备方法，该方法包括：

(1)提供含有铁盐和铜盐的水溶液，即第一溶液；提供含有沉淀剂和硅源的水溶液，即第二溶液；将第一溶液和第二溶液进行共沉淀反应，而后进行固液分离并洗涤所得固相；所述共沉淀反应的条件包括：温度为5-35℃，pH值为4.5-9.5，时间为5-60min；定义共沉淀反应的pH为数值n，定义共沉淀反应的温度为数值T，所述共沉淀反应的温度和pH满足公式：n+0.16T＝9-14；

(2)将洗涤后的固相与水进行打浆，得到浆液并引入含钾硅源，并调节所得混合物的pH值至酸性以进行老化；

(3)将老化后的浆液进行固液分离，所得固相与水进行打浆，所得浆液进行喷雾干燥和焙烧；

其中，所述铁盐、铜盐、硅源和含钾硅源的用量使得所得的催化剂中，以重量计的Fe₂O₃：Cu：K：SiO₂＝100：1-8：1-8：10-30。

本发明第二方面提供了由上述方法制得的低温费托合成催化剂。

本发明还提供了一种合成气经浆态床费托合成反应制烃化合物的方法，该方法包括：在所述还原态费托合成催化剂存在下，将含有CO和H₂的合成气在温度为210-280℃、压力1.0-5.0MPa下，在浆态床反应器中进行费托合成反应；其中，所述还原态费托合成催化剂由上述低温费托合成催化剂经还原而得。