[发明专利]合成气制低碳烯烃的催化剂、制备方法及其用途

说明书

本发明涉及合成气制低碳烯烃的催化剂、制备方法及其用途，催化剂有主活性组分和助活性组分，其中主活性组分为氧化铁和氧化锌，助活性组分为碳酸镁。催化剂的制备方法详见说明书。本发明优点是：由合成气直接得到低碳烯烃，不需要甲醇中间产品，低碳烯烃的生产成本低，低碳烯烃选择性高，分离流程简单，CO的单程转化率高，甲烷和CO₂生产量少，操作能耗更低。本发明催化剂的用途是合成气直接合成低碳烯烃。

技术领域

本发明涉及烯烃制备的催化剂、制备方法，具体地说，是涉及合成气(氢气和一氧化碳)直接合成低碳烯烃的催化剂、制备方法及其用途。

背景技术

低碳烯烃，通常来说指的是碳原子数小于或等于4的烯烃，例如乙烯、丙烯以及丁烯等，是石油化工生产中最基本的有机化工原料，在国民经济中占有十分重要的地位，其用途主要可以用于生产如聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈、环氧乙烷或者乙二醇之类的有机化合物。

低碳烯烃目前主要来源于石油裂解，其中绝大部分低碳烯烃由烃类(乙烷、丙烷、丁烷、石脑油、轻柴油和柴油加氢尾油等)蒸汽裂解装置生产，少部分丙烯和丁烯产自炼油厂的催化裂化装置的干气回收。在中国，目前石脑油仍是最主要的乙烯裂解原料。随着世界经济的发展，市场对低碳烯烃需求量不断增加，世界上烃类蒸汽热裂解生产乙烯和丙烯装置的生产能力在不断扩大，特别是在中国，乙烯的生产量以每年5％～10％的速度增加。但是随着石油资源日益紧缺，石油价格不断提高，低碳烯烃的生产成本不断增加，这严重影响了低碳烯烃的生产与供应。在烃类蒸汽裂解生产乙烯过程中，原料成本占生产成本的60％～80％。正确选择乙烯原料对石油化学工业发展有很大影响，因此选择经济的原料，对降低成本有着决定性的意义。

鉴于世界上石油资源相当有限，但煤炭和天然气资源丰富，因此合理利用丰富的煤炭和天然气资源，将天然气转化为高附加值的产品和充分利用煤炭资源是被普遍重视的课题，有效利用天然气和煤炭具有非常广阔的前景、巨大的经济效益和社会效益。

利用煤或天然气生产化工产品，一般需要首先将煤或天然气与水和氧气反应生成含氢气和CO为主要成分的气体，然后经过CO变换和酸性气体脱除，将其中的硫、氮氧化物以及二氧化碳等脱除，调整氢气和CO的比例，制备合成气(CO和氢气)。目前合成气的生产技术已经成熟，并广泛应用于甲醇生产工业过程。由合成气作为原料，选择性地合成低碳烯烃，将天然气和煤转化成高附加值产品，不但可以保障低碳烯烃的供应，减少对石油资源的依赖，也能合理高效地开发利用煤炭和天然气资源，缓解油气资源的短缺。

天然气重整和煤气化生产合成气，然后合成气转化为液体产品的过程，被称为GTL(Gas-to-Liquids)和CTL(Coal-to-Liquids)技术。GTL商业化技术路线(天然气制备液体产品)相关产品有甲醇、二甲醚和合成油。虽然合成油和二甲醚(DME)也有商业运行的装置，但目前甲醇生产装置是GTL技术商业应用最成功的。

目前专利和文献披露的合成气制烯烃的方法有两类：合成气费-托合成(F-T)的方法制取低碳烯烃；合成气经由甲醇或二甲醚间接制取低碳烯烃(MTO/MTP)。