[发明专利]含有至少40%重量的钴的费-托催化剂、使用其的费-托方法和其制备方法

说明书

本发明提供一种费‑托催化剂，其包括大于约40％重量的钴，并且具有大于约1.30g/mL的振实表观堆积密度。

本发明涉及含钻的费-托催化剂，特别是用于微通道反应器中。

费-托反应被广泛用于由一氧化碳和氢气产生燃料，并且可以由以下方程表示：

(2n+1)H₂+nCO→C_nH_2n+2+nH₂O

所述反应是高度放热的，由费-托催化剂，通常是钻基催化剂，在升高的温度(通常至少180℃，例如200℃或以上)和压力(例如至少1000kPa)的条件下催化。

得到产物混合物，并且n通常包括从1到约90的范围。最好是将轻质气体(例如甲烷)的选择性降至最低，即甲烷(n＝1)在产物混合物中的比例，并将C5和更高(n≥5)链烷烃的选择性最大化，通常达到约80％或更高的水平，或约85％或更高的水平。优选地，至少约40％w/w的产物混合物具有n≥20。这是因为将选择性从较轻的产物变换至较重的产物会增加经济价值。有几个因素会影响这种选择性，包括运行温度；运行温度的降低导致轻质烃选择性的降低。用于比较选择性的参数为Anderson-Schulz-Floryα值。α的值越高，轻质烃的选择性就越低。在大的α值的情况下，α值的微小变化会对产物产量产生重大的经济影响。如表1所示。举个例子，并以Verv1oet等人的模型(Catal.Sci.Technol.，2012，21221-1233)为指导，将运行温度从210℃变换至200℃可以使α增加0.03。因此，最好是在较低的温度下、优选在不牺牲生产率的情况下进行反应。

表1

氢气和一氧化碳原料通常是合成气体。

除非上下文另有规定，否则包括术语“合成气体”的任何短语应理解为主要包含氢气和一氧化碳的气体。其它组分如二氧化碳、氮气、氩气、水、甲烷、焦油、酸性气体、高分子量烃类、油、挥发性金属、炭、磷、卤化物和灰烬也可任选地存在。

使用这些术语来描述合成气体不应被视为限制性的。本领域技术人员将理解，每个术语被理解为主要包含氢气和一氧化碳的气体。

合成气体可任选地通过在例如至少约600℃或更高、或至少约700℃或更高、或至少约800℃或更高的升高温度下气化碳质材料来产生。所述碳质材料可以任选地包括任何可以被气化以产生合成气体的含碳材料。所述碳质材料可以任选地包括生物质(例如，植物或动物物质、可生物降解的废料等)、食物资源(例如，玉米、大豆等)和/或非食物资源，例如煤(例如，低等级煤、高等级煤、清洁煤等)、油(例如，原油、重油、焦油砂油、页岩油等)，固体废料(如城市固体废料、危险废料)、垃圾衍生燃料(RDF)、轮胎、石油焦、垃圾、废料、沼气、污水污泥、动物废料、农业废料(如玉米秸秆、柳枝稷、草屑)、建筑拆除材料、塑性材料(如塑料废料)、轧棉机废料、其中两种或多种的混合物等。

另外，合成气体可以任选地通过其他方式生产，例如通过天然气或填埋气的重整，或通过厌氧消化过程产生的气体的重整。此外，合成气体可以任选地通过使用电解作为氢源的CO₂重整来生产(例如所谓的“电转化燃料”过程)。

如上所述生产的合成气体可以任选地通过蒸汽重整(例如，蒸汽甲烷重整(SMR)反应，其中甲烷在SMR催化剂的存在下与蒸汽反应)；部分氧化；自热重整；二氧化碳重整；水煤气变换反应；或其两种或多种的组合来处理以调整H₂与CO的摩尔比，以准备进料费-托催化剂(称为新鲜合成气体)。

术语“水煤气变换反应”或“WGS”应理解为包括将一氧化碳和水转化为氢气和二氧化碳的热化学过程。在WGS反应之后获得的合成气体可以被理解为变换(即调节)的合成气体。