[发明专利]一种用于制备低碳烯烃的催化剂及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种用于制备低碳烯烃的催化剂及制备方法与应用，所述催化剂包括如下的组合物：Fe₁₀₀Zr_aCu_bA_cX_dO_e，其中A为VIIA族元素一种或多种，X为助剂，包括碱金属元素的一种或多种或(和)碱土金属元素中的一种或多种。本发明的催化剂在较低反应压力下即可达到CO单程转化率大于95％，同时低碳烯烃选择性高，适用于合成气直接转化制备低碳烯烃的工业化应用。

技术领域

本发明属于催化化学的技术领域，涉及合成气直接转化制低碳烯烃催化剂的制备方法及应用。

背景技术

低碳烯烃(C₂^＝-C₄^＝)属于特别重要的石油化工、天然气化工和煤化工产品，同时也是下游聚合物生产所需的化工原料。国外多以轻质烃裂解的方式来生产低碳烯烃，国内主要通过石脑油裂解的方式来生产低碳烯烃。随着石油资源的日益减少，研究替代传统烯烃生产的新技术显得尤为重要。费托合成(Fischer-Tropsch synthesis，FTS)是合成气直接制取低碳烯烃的工艺路线之一，它作为一种非石油路径生产低碳烯烃的技术越来越受到重视。铁基催化剂由于价格低廉，水煤气变换活性高，低碳烯烃选择性高，是合成气直接制备低碳烯烃催化剂体系的研究重点，因而成为最具工业价值的一类催化剂。

在现有的合成气费托合成催化剂中，费托合成反应产物分布广，低碳烯烃选择性较低，如何提高低碳烯烃的选择性是目前研究者面临的重大挑战。很多研究者通过添加一些其他组分，如碱金属(Na、K等)、过渡金属(Mn、Ru等)来提高选择性，而对非金属的作用研究较少。如公开号为CN106607058A的专利文件，公开了一种合成气直接制低碳烯烃的铁系催化剂及其制备方法，通过引入S或P的中毒则可以抑制催化剂表面的过度碳化来使得催化剂可以长时间运行。如公开号为CN107413362A的专利文件，公开了一种超高活性的费托合成工艺，通过碳源或氮源的引入，使催化剂具有丰富的孔结构，颗粒分散均匀，表面富含丰富的含N和含O官能团，并且其特殊的结构能够有效防止颗粒的团聚，但是低碳烯烃选择性并不高。另外，国家清洁低碳能源研究院在Catalysts 2022，12(8),812中发表文章，制备了通过浸渍方法添加氯助剂的二氧化硅载体的铁基催化剂，文章表明添加氯助剂后，CO转化率明显降低，但其针对的产物主要是C₅⁺碳烯烃。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有的用于合成气直接制备低碳烯烃的催化剂，在高CO转化率下低碳烯烃选择性较低的问题；

本发明的目的之一在于提供一种具有高的选择性的催化剂；

同时，本发明还提供了所述催化剂的制备方法；

以及，利用所述催化剂进行合成气直接制备低碳烯烃的的方法。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种用于制备低碳烯烃的催化剂，以原子比计算，所述催化剂包括如下式所示物质(不考虑原料中的杂质)：

Fe₁₀₀Zr_aCu_bA_cX_dO_e

其中，

a的取值范围为3.0～200.0；优选为5～180；进一步优选为5～150；最佳优选为10～150；

b的取值范围为0.2～30；优选为0.5～25；进一步优选为1.0～20；最佳优选为1.0～15；