[发明专利]一种铁基费托催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铁基费托催化剂及其制备方法与应用，属于合成气转化技术领域。本发明所制备的催化剂是由铁微球、助剂和石墨烯组成，其中铁微球占催化剂质量的30％～99.9％、石墨烯占催化剂质量的0.1％～70％、助剂占催化剂质量的0～5％，且铁微球是由粒径为20～50nm的小颗粒组装成的粒径为500～1000nm的微球。该催化剂能够有效降低产品中COsubgt;2/subgt;的选择性，且具有较高的活性和烯烃选择性。本发明所述的催化剂制备方法相对简单，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种铁基费托催化剂及其制备方法与应用，属于合成气转化技术领域。

背景技术

烯烃是重要的化工原料。其中长链α-烯烃，广泛应用于表面活性剂、油田化学品、烯烃共聚体、增塑醇、润滑油等领域。低碳烯烃(乙烯、丙烯、丁烯)是制造塑料、化妆品和药物的重要原料，而乙烯是衡量一个国家化工水平的重要标准。目前低碳烯烃主要来源于石脑油或者轻柴油的催化裂化。乙烯是生产塑料的主要原料，包括聚乙烯、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)，这些都广泛用于包装、纺织和建筑行业。丙烯是一种通用的石油化学品，具有比乙烯更多的衍生物，聚丙烯消耗量的极大增长导致了丙烯的需求量大幅度增加，丙烯还可用于环氧丙烷的生产，主要用来合成丙二醇，多元醇。针对我国“少油、缺气、多煤”的资源结构特点和农业大国的资源优势，结合国内能源结构的供求矛盾和战略调整需要，开发煤基合成气制烯烃技术具有重要的战略意义。

费托反应通常采用铁基催化剂或者钴基催化剂。其中，低温费托反应通常使用钴基催化剂，高温费托反应通常使用铁基催化剂。与钴基催化剂相比，铁基催化剂具有价格低廉、烯烃选择性高、甲烷选择性低、耐毒性高以及对原料中H₂/CO比要求低等优点，更适合用于催化煤基合成气的费托反应。在铁基催化剂上，烯烃选择性可达50％以上，而且转化率不受热力学限制，可以在很宽的范围内调节。但通常情况下，产物中二氧化碳的选择性也很高45％～48％，大大降低了原料中碳原子的利用率。我们前期研究结果表明，在石墨烯修饰的铁基催化剂上，虽然α-烯烃的选择性较高大于50％，但是二氧化碳的选择性始终大于45％。丁明月等的研究表明，在280℃,2.0MPa,H₂/CO＝1的条件下，Fe₃O₄@MnO₂催化剂的C₂+^＝烯烃选择性为69％，但二氧化碳选择性也高达49％，(ACS Applied MaterialsInterfaces,2018,10,43578-43587)。乔明华等的研究表明，在340℃,2.0MPa,H₂/CO＝1的条件下，Fe/rGO催化剂的低碳烯烃选择性为33％，但二氧化碳选择性也高达50％(Applied Catalysis B:Environmental,2017,204,475-485)；在340℃,2.0MPa,H₂/CO＝1的条件下，Fe/HSG催化剂的低碳烯烃选择性可达50％，但二氧化碳选择性也高达47％(Journal of Catalysis,2019,374,24-35)。由此可见，虽然目前催化剂有比较高的烯烃选择性，但二氧化碳选择性通常接近50％，大大降低了原料中碳原子的利用率。