[发明专利]一种CO2加氢制取低碳烯烃的铁基催化剂及其制备和应用

摘要

本发明提供了一种用于CO2加氢制取低碳烯烃的铁基催化剂，该催化剂主活性组分为Fe3O4，添加或不添加助剂，助剂为氧化物，助剂的含量占催化剂总质量的0～30％，助剂为Si、Al、Mn、K、Cu、Na、Zr、V、Zn、Ce的氧化物中的一种或两种以上，在此基础上，本发明同时提供了催化剂的制备方法和应用。催化剂的有益效果为：1)粒子具有规则球形形貌，空间分布均一，尺寸分布窄；2)原料廉价易得，制备方法简单，成本低，适合于工业化生产；3)机械强度高，具有良好的耐磨性和抗压性，适合于固定床、流化床和浆态床中应用；4)CO2加氢活性和低碳烯烃的选择性较高，单程转化率可达40％以上，烃产物中甲烷选择性低于15％，低碳烯烃选择性高于40％，烯烷比(O/P)＝2～12，低碳烯烃收率可达10～60g/m3(CO2+H2)。

主权项

1.一种铁基催化剂在CO2加氢制取低碳烯烃中的应用，其特征在于：催化剂主活性组分为Fe3O4，助剂为氧化物，所述助剂为Si、Al、Mn、Cu、Zr、V、Zn、Ce的氧化物中的一种或两种以上；催化剂中助剂的含量占催化剂总质量的0.1~15%；所述催化剂用于CO2加氢制取低碳烯烃；所述催化剂采用下述两种过程之一制备获得；催化剂采用一步合成法：包括以下步骤：（1）按照催化剂组成配比，将可溶性的Fe(II)盐、可溶性的Fe(III)盐、助剂源混合，形成盐溶液，盐溶液中Fe(III)浓度0.05~1mol/L，并加入HCl溶液，HCl浓度5~12.1mol/L；盐溶液中Fe(III)与Fe(II)的摩尔比2:(1~3)；助剂源为Si、Al、Mn、Cu、Zr、V、Zn、Ce中一种或二种以上的可溶性盐，或者，助剂源为含有Si、Al、Mn、Cu、Zr、V、Zn、Ce中一种或二种以上，并且能够与水反应的有机物；（2）向(1)中加入碱溶液；逐渐将溶液的pH值=0~5调至碱性pH值=9~12；滴加完毕后，老化1~10h；（3）反应结束后，利用磁场吸附、离心或抽滤的方法将沉积产物从(2)中分离，并将沉积产物用去离子水充分洗涤，烘干，焙烧或不进行焙烧，焙烧温度300~500℃，焙烧时间2~24h，即制得含有助剂的铁基催化剂；或，催化剂采用共沉淀法合成Fe3O4，然后采用浸渍法加入助剂：包括以下步骤：（1）按照催化剂组成配比，将可溶性的Fe(II)盐、可溶性的Fe(III)盐混合，形成盐溶液，盐溶液中Fe(III)浓度0.05~1mol/L，并加入HCl溶液，HCl浓度5~12.1mol/L；盐溶液中Fe(III)与Fe(II)的摩尔比2:(1~3)；（2）向(1)中加入碱溶液；逐渐将溶液的pH值=0~5调至碱性pH值=9~12；滴加完毕后，老化1~10h；（3）反应结束后，利用磁场吸附、离心或抽滤的方法将沉积产物从(2)中分离，并将沉积产物用去离子水充分洗涤，烘干，即制得活性成分Fe3O4；（4）采用浸渍法将助剂盐与活性成分组合形成催化剂，具体过程为：按所需助剂含量，计算理论所需助剂盐的量，配成助剂盐的水溶液，将(3)中制备得到的Fe3O4等体积浸渍于助剂盐的水溶液中，经过搅拌、静置、烘干、焙烧程序，焙烧温度300~500℃，焙烧时间2~24h，即制得含有助剂的铁基催化剂。