[发明专利]用于二氧化碳加氢制高碳烃的铁基催化剂及其制备和应用

说明书

一种用于二氧化碳加氢制高碳烃的铁基催化剂及其制备和应用，其目的是解决二氧化碳加氢过程中高碳烃产物较少，且产物附加值较低的问题。本发明设计从生物质中提取多种有益的矿物质元素，如钾、钙、镁等作为催化剂助剂，与廉价的熔融铁催化剂耦合，制备高效的二氧化碳加氢催化剂。该催化剂制备过程简单、绿色且廉价，在二氧化碳加氢过程中可高选择性的生成C₈₊馏分段段的烃产物，提升了该过程所得产物的利用价值。本发明为废弃生物质资源的循环利用，探索二氧化碳加氢产物选择性调控的新路线，提供了全新的策略。

技术领域

本发明设计一种二氧化碳加氢催化剂的制备方法，具体的说涉及到一种二氧化碳加氢制取以C₈₊高碳馏分段为主要产物的铁基催化剂。

背景技术

当下，世界工业和农业的发展都依赖于化石燃料的大量使用。近年来随着工业化进程的加快，石化、化工、建材、钢铁、等八大重点行业的快速发展导致主要温室气体二氧化碳排放量逐年增加，全球气候变暖趋势愈发严峻。因此，控制温室效应、减少二氧化碳的排放刻不容缓。目前减少大气中二氧化碳含量的主要方法是：二氧化碳的减排、碳捕集与封存和转化利用。在不影响工业生产的前提下，要实现二氧化碳减排，需要改变能源消耗结构、实现以化石能源为主的能源消费结构向太阳能等洁净能源的转变。但是这种转变是一个漫长的过程，需要加强对清洁能源的研究及实际应用力度。碳捕集与封存主要是地质封存和海洋封存。从经济和能源方面考虑，目前最有效的方法是二氧化碳的化学转化及利用。

通过光化学、电化学或热化学的方法，将可再生能源电解水而产生的氢气，与二氧化碳共同转化为液体燃料和高值化学品是近期国内外的研究热点。该过程可将可再生能源通过二氧化碳的高效转化以化学能的形式储存在易于运输的燃料和化学品中，同时也实现了对传统储能方式的优化。但二氧化碳分子十分稳定，它的活化与选择性转化是极具挑战的难题。由于它在催化剂表面吸附与反应速率较慢，链增长能力差，多年来，国内外报道的加氢产物主要集中在甲烷、甲醇、甲酸等低碳化合物。若能利用该过程高选择性生产更高碳数的烃类，必将对传统的煤与天然气化工路线产生重要而深远的影响。国内外报道的目标产物集中于C₁-C₁₀的化合物。而选择性生产高附加值的重质烃产品面临巨大挑战。迄今，对于二氧化碳加氢直接制取以C₁₀₊高碳烃为主要产物的路线，特别是涉及生成高附加值的C₈₊航空煤油馏分段产物的工作还未见报道。

作为煤油的主要品种之一，航空煤油是航空发动机的主要燃料和冷却剂。近年来，随着国民经济持续快速增长和国际地位不断提升，航空业迅速发展，我国民用航空市场规模持续扩大，航空煤油的消费量逐年增加。航空煤油主要是由原油经过直溜馏分、加氢裂化和加氢精制等工艺配合必要的添加剂调和而成的一种透明液体燃料，含有饱和链烷烃、环烷烃、烯烃、芳烃等复杂成分。航空煤油的沸点范围一般为150～290oC，我国常见的RP-3航空煤油主要由C₁₀-C₁₆的烃类化合物组成。受经典的Anderson-Schulz-Flory(ASF)分布规律的限制，直接从C-C耦合过程中获得航空煤油段烃产品通常非常困难。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单、绿色的多助剂共存的多功能铁基催化剂的合成路线，可用于二氧化碳加氢制航空煤油馏分烃。考虑到工业合成氨和费托合成常用的经典熔融铁催化剂含有少量K、Ca、Al、Si等电子和结构助剂，具有良好的催化活性及低碳烯烃生成能力。但高温熔融催化剂中助剂含量一般较低(钾含量一般1％)，且与铁之间作用力很强，限制了碳链增长能力，若同时强化四助剂含量，调变与铁之间的作用力，有望进一步促进烯烃二次聚合并增强其链增长能力。自然界大量存在的废弃生物质，恰好与熔铁催化剂的助剂种类非常接近。