[发明专利]用于费托合成直接合成低碳烯烃的催化剂、制备和应用

说明书

本发明公开了用于费托合成直接合成低碳烯烃的催化剂，包括活性金属组分和第一助剂；活性金属组分和第一助剂以粉末形式机械混合；所述活性金属组分为铁、钴、镍、铜、钌、铑中的一种或几种；所述活性金属组分以粉末的形式存在；所述第一助剂选自下列元素中的一种或多种：锰、钙、镁、锆、铝、锌、硅；所述第一助剂以粉末的形式存在。本发明催化剂充分发挥助剂与活性组分的协同作用，反应活性高，稳定性好，对低碳烯烃产物选择性≧60％；本发明催化剂制备原料廉价、易得，制备工艺简单，催化剂产品成本低，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种用于费托反应的催化剂、制备和应用，尤其是涉及一种用于费托合成直接合成低碳烯烃的催化剂、制备和应用。

背景技术

低碳烯烃(C₂-C₄)是石油和化学工业中最重要的基本原料，其商业化生产主要基于石脑油裂解过程。我国一直以来是富煤、贫油的能源格局，石油资源相对匮乏，对外依存度不断提高。另一方面，我国低碳烯烃下游需求广泛、产业链长。因此，结合我国的能源现状，由非石油资源煤炭、生物质或天然气/页岩气经合成气生产低碳烯烃，对我国的能源安全和经济发展具有战略意义。由合成气经费托合成(Fischer-Tropsch Synthesis，简称F-T合成)路线直接转化制低碳烯烃可省略多个中间工艺过程，是具有重要意义的发展方向。

然而，F-T合成是一个极为复杂的反应体系，产物服从Anderson-Schulz-Flory(ASF)分布规律，生成烃类的范围可从C₁至C₁₀₀，目标产品的选择性相对较低。常规方法难以有效改变费托合成的产物分布，无法高选择性地得到特定产物。因此，研究开发产物选择性可控的催化剂，选择性地合成目标烃类(低碳烯烃或汽、柴油等)同时减少CH₄生成始终是F-T合成领域的热点研究方向。

助剂是F-T合成催化剂中的关键组成部分，添加助剂通常可有效调节催化剂活性和产物选择性。助剂的调节作用可通过结构效应来改变活性相的结构，如调节暴露的晶面、活性相分散度和粒径等；此外，助剂的电子效应可改变活性相的电子特性，如调节电子传递和电子间相互作用等。通常在Fe基费托合成催化剂中都要添加助剂以获得更好的催化性能，如碱金属离子(K、Na等)、Cu、过渡金属氧化物(Mn、Cr、Zr等)及碱土金属(Mg、Ca等)助剂。在传统的催化剂体系中，有相当部分的助剂被活性金属组分覆盖，在表面催化接触反应中无法与反应物接触发挥作用，大大限制了助剂的效果。基于此，本专利提出一种催化剂，此种催化剂的助剂和活性金属组分以粉末形式机械混合，从而充分发挥助剂与活性组分的协同作用的同时，避免活性组分与助剂的相互影响及细孔结构对选择性的影响。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种用于费托合成直接合成低碳烯烃的催化剂。该催化剂充分发挥助剂与活性金属组分的协同作用，反应活性高，稳定性好，对低碳烯烃产物选择性≧60％。

本发明中的术语低碳烯烃包括乙烯、丙烯和丁烯。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种用于费托合成直接合成低碳烯烃催化剂的制备方法。

本发明要解决的第三个技术问题是上述催化剂在合成低碳烯烃中的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于费托合成直接合成低碳烯烃的催化剂，包括活性金属组分和第一助剂；活性金属组分和第一助剂以粉末形式机械混合。

作为技术方案的进一步改进，所述活性金属组分为铁、钴、镍、铜、钌、铑中的一种或几种；所述活性金属组分以粉末的形式存在。

作为技术方案的进一步改进，所述第一助剂选自下列元素中的一种或多种：锰、钙、镁、锆、铝、锌、硅；所述第一助剂以粉末的形式存在。