[发明专利]用于合成低碳烯烃的催化剂

说明书

本发明涉及用于合成低碳烯烃的催化剂，主要解决现有技术中合成气催化合成低碳烯烃收率和选择性低的问题。采用用于合成低碳烯烃的催化剂，包括载体和活性组分，所述载体为Mg元素改性Al₂O₃，活性组分包括Fe元素和助催化剂元素；所述助催化剂元素包括选自碱金属、VIB族金属和VA族金属中的至少一种金属的技术方案，较好地解决了该问题，可用于合成气制低碳烯烃的工业生产中。

技术领域

本发明涉及用于合成低碳烯烃的催化剂。

背景技术

在能源化工领域，烯烃是一种非常重要的高附加值化工原料，合成纤维、合成橡胶、合成塑料、高级润滑油、高碳醇等很多产品都是以其为基础原料。因此，烯烃产业的发展水平和市场供需平衡情况直接影响着整个化学工业的发展水平和产业规模。近年来，为缓解对石油资源的依赖，国内外研究主要以非石油路线为主，即利用煤炭或天然气资源直接或间接制备低碳烯烃。

低碳烯烃是指C2～C4含碳碳双键的烃。目前低碳烯烃生产主要采用轻烃裂解的石油化工路线，基于我国煤炭、合成气资源丰富的特点，开发煤制低碳烯烃技术具有重要的战略意义。合成气制低碳烯烃是以合成气(CO+H₂)为原料，在催化剂作用下，通过费托(F-T)合成碳原子数≤4的烯烃的过程。该方法是将煤炭、天然气转化成清洁燃料和化学品的重要途径，减少了对石油资源的依赖，开辟了一条全新的非石油路线制备低碳烯烃的过程。合成气直接合成低碳烯烃由于具有流程短、煤耗低等优点，成了当前各科研机构研究的热点方向之一。

二十世纪90年代，随着石油资源日趋短缺和煤炭、天然气探明储量的增加，F-T合成技术再次引起世人的关注。由于传统的F-T合成产物的碳数分别遵循ASF(Anderson-Schulz-Flory，链增长依指数递减的摩尔分布)分布规律，合成过程中最大化的抑制烷烃的生成，尤其是甲烷的生成，从而打破ASF产物分布规律，获得较高低碳烯烃的选择性成了研究人员和学者的重点关注。

德国鲁尔化学率先开发了用于合成气直接制低碳烯烃的催化剂，以铁系催化剂为主体，在340℃、1.0MPa、H₂/CO＝1/1条件下，合成气转化率达80％，低碳烯烃的选择性为70％左右，但由于催化剂为四元烧结的催化剂，其制备的重复和稳定性差，没有放大意义。

设计和研制铁基催化剂体系以达到调控产物选择性的目的成了F-T合成领域研究的方向，经过几十年的发展，国内外多家研究公司和机构对合成气直接制烯烃的催化剂进行改进，取得了一定共识，催化剂在研制过程中基体、载体、助剂等因素都将对催化剂的性能产生一定的影响，概括以来，费托合成催化剂通常包括下列组分：活性金属(Fe、Co、Ni、Ru和Rh等)，载体(活性炭、分子筛、碳化硅、SiO₂、Al₂O₃等)，助剂(碱金属、铜金属及贵金属Ru，Re等)。活性组分决定了产品的分布广度，助剂有利于调控产物的选择性，载体通过金属离子的作用和热力学扩散、传递等因素影响产物的分布维度。

目前常用的催化剂，从活性组分上来说分为两大类：铁基催化剂和钴基催化剂。考虑价格优势，主流研究都集中在铁基催化剂的研究上。由于在F-T合成的催化剂添加助剂能明显改善催化剂的寿命和稳定性，尤其是能抑制活性组分失活，助剂的选择因此得到了国内外研究机构的青睐，专利CN101757925(一种合成气生产低碳烯烃熔铁催化剂及其制备与应用)中通过在铁催化剂中添加Al、K、Ca、La等金属氧化物，提高了F-T合成催化剂的活性和低碳烯烃的选择性，在250℃、3.0MPa、H₂/CO＝3/1条件下，低碳烯烃选择性达到34％左右。