[发明专利]一种合成气制低碳醇催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明目的在于提供一种高效便捷的射频感应低温热等离子体制备碳化钼（MoC）基催化剂的方法及其在合成气制低碳醇反应中的催化应用，涉及材料制备、工业催化剂制造工程技术领域。碳源、钼源及MA源经过水热法制得催化剂前驱体（MA是碱金属、碱土金属及过渡金属中的一种或几种元素的组合），前驱体经过低温热等离子体法制得MoC基催化剂，再通过进一步浸渍引入MA中的碱金属类盐或碱助剂后，制得目标催化剂。该目标催化剂表现出优异的合成气制低碳醇活性、选择性和运行稳定性，成本低廉制作方便，具有很好的实际应用价值，易于大规模生产。

技术领域

本发明涉及材料制备和化工催化剂技术领域，具体涉及合成气制低碳醇碳化钼基催化剂的制备方法、反应条件以及应用，特别是涉及一种射频感应低温热等离子体方法制备碳化钼技术。

背景技术

近年来出现的能源供给不足、液体燃料短缺、化石燃料严重污染环境等能源安全与环境问题日益成为制约各国可持续发展的焦点，能源危机的愈发严重致使越来越多的国家加快了开发传统能源替代品的步伐，寻找高效清洁的绿色能源迫在眉睫。当前，生产技术已较为成熟的甲醇是重要的基础化学品及燃料，但它作为燃料与传统的化石燃料相比，在性能上还存在很多不足，如作为车用燃料却存在相分离、对材料腐蚀等重要缺陷。低碳醇相比甲醇有着较大优势，低碳醇是指碳数为2~6的醇构成的液态混合物，因其高热值、高辛烷值、低污染等特性使低碳醇成为一种优良的汽油替代品，并且低碳醇是很多医药等精细化工产业的化工中间体，潜在经济价值极高。

低碳醇可由合成气催化转化制备得到。合成气是指由CO和H₂按一定比例混合组成的气体，合成气的原料取用范围广泛，可由煤或焦炭等固体燃料气化产生，也可由天然气和石脑油等轻质烃类制取，还可由重油部分氧化法生产，因而由合成气制低碳醇是一条由低级制品向高级制品转化的具有重大意义的合成路线。

到目前为止，科研工作者在合成气制低碳醇领域做了大量的研究，其代表性催化剂体系有四类：（1）Rh催化剂体系，这类催化剂大都为负载Rh催化剂中加入过渡金属助剂，如US4014913和US4096164，该催化剂产物C2产物选择性较高，但该催化剂价格昂贵，转化率较低。（2）改性甲醇合成催化剂(Cu-Zn、Zn-Cr等)，典型的专利有EP34338A2和US4513100，此催化剂由甲醇合成催化剂加入适量的碱金属或碱土金属化合物改性而得，但其催化剂的产物中甲醇含量较高。（3）改性费托合成Co-Cu催化剂，过渡金属和碱金属作为助剂，这类催化剂的专利有US4122110、GB2118061，此类催化剂上产物主要为C₁~C₆直链醇类和烃类。（4）钼基催化剂，钼基催化剂具有独特的抗硫性和抗积碳性，在合成气制低碳醇催化体系中最具发展前景。美国DOW公司开发的MoS₂催化剂(US4882360)，这类催化剂中的S易与产物醇形成硫醇化合物，造成硫的流失，致使催化剂稳定性及寿命受到限制。发明人课题组研发了一系列钼基催化剂，代表性催化剂有MoO₂催化剂（CN106311260）和Co₃Mo₃N催化剂(CN110560137)，两者都表现出较高的催化活性与醇选择性，且有较高的热稳定性，不易烧结积碳。碳化钼基催化剂具有类贵金属特性，但目前对于合成气制低碳醇高活性高选择性的碳化钼催化剂的成功研制还没有相关专利报道。