[发明专利]费托合成催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化剂领域，公开了一种费托合成催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括耐热无机氧化物和活性组分，所述活性组分包括钴和助剂，所述助剂选自IA族金属元素、IIA族元素、IB族元素、IIB族元素、IIIB族元素、IVB族元素、VB族元素、VIB族元素、VIIB族元素和VIII族元素中的至少一种，以催化剂的总量为基准，以氧化物计，钴的含量为10‑40重量％，助剂的含量为0.002‑17重量％；所述催化剂经再还原处理之后催化剂的活性中心数为0.02‑0.2mmol氢气/g催化剂，再还原处理条件包括：温度为220℃，时间为2小时，再还原气氛为氢气浓度为10体积％的含氢气和氩气的气氛，气剂体积比为15000；所述催化剂的粒径为1‑10mm。该催化剂应用于费托合成过程中具有较高的CO转化率和C5+烃类选择性。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种费托合成催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

F-T合成是指合成气(CO+H₂)在催化剂上转化成烃类的反应，产物包括烷烃和烯烃，并副产CO₂和H₂O以及醇、醛、酸、酮和酯等有机含氧化合物，产品经过深加工可得到优质液体燃料，如汽油、柴油和航空煤油等。F-T合成的第一步是CO和H₂的化学吸附，从结构化学观点看，具有3d和4f键和能级的过渡元素，大多可被用作F-T合成催化剂的活性组分。研究结果表明，Fe、Co、Ru三种金属催化剂适合用作合成高分子蜡烃催化剂的活性组分，其中由于Co的F-T合成活性高，反应条件温和，水煤气变换反应少，性能稳定，寿命更长，因此人们对Co催化剂的研究更广泛。

对于在固定床反应器中进行的如费托(F-T)合成这类气-固-液多相反应体系，催化剂的颗粒尺寸一般为几个mm，因此，扩散控制对催化活性的影响难以避免。现有技术表明，相对于活性组分呈均匀分布的催化剂而言，非均匀分布的如蛋壳型分布的催化剂，由于扩散限制小，可显著地提高如费托合成这类反应中的C5+选择性，降低甲烷的选择性，更适合用于费托合成这类反应。

通常制备的金属加氢催化剂金属组分以氧化物存在，只有对催化剂进行还原处理，才能使其具有催化活性。而催化剂还原效果的好坏，直接影响催化剂的使用性能。合理地选择催化剂的还原预处理条件，可使催化剂在反应中具有较高的活性。

催化剂还原方式可以采用器外预还原处理或器内还原处理技术，器外预还原技术则可以提高还原剂利用率、减少还原剂用量，采用预还原型催化剂在较低的温度下经过简单的再活化即可以使催化剂恢复活性，减少开工时间，降低开工费用、并缩短开工周期、最终增加企业经济效益。预还原后的催化剂装填到反应器内后经过低温再活化即可使用，尤其适用于还原温度明显高于后续反应温度的情况，反应器不必由于还原反应而经过特殊的加工。钴基费托合成催化剂反应温度较低，装填预还原催化剂的反应器不必由于还原反应而经过特殊的加工，可以减少投资，因此，本行业亟需一种预还原费托合成催化剂。

同时，对于同一种催化剂来说，其还原和钝化处理方式不同，对其反应的活性和选择性的影响也不同。而对于不同的催化剂来说，为了达到较好的活性和选择性，通常也会采用不同的还原和钝化处理方式。现有技术中的预还原钝化方法时间较长，有必要开发一种操作简便、安全可靠地对催化剂进行预还原处理的预还原方式。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的费托合成催化剂在使用过程中还原时间长，温度高的问题，提供一种费托合成催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的催化剂在较低温度下，较短时间内进行还原即可恢复为具有较高活性中心数的加氢催化剂。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种费托合成催化剂，该催化剂包括耐热无机氧化物和活性组分，所述活性组分包括钴和助剂，所述助剂选自IA族金属元素、IIA族元素、IB族元素、IIB族元素、IIIB族元素、IVB族元素、VB族元素、VIB族元素、VIIB族元素和VIII族元素中的至少一种，以催化剂的总量为基准，以氧化物计，钴的含量为10-40重量％，助剂的含量为0.002-17重量％；