[发明专利]一种低汽气比高变催化剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种应用于低汽气比条件下的一氧化碳高温变换反应的低汽气比高温变换催化剂及其制备方法。

背景技术：

高温变换催化剂在变换反应过程中需要过量水蒸汽的保护，以使催化剂活性组份保持为Fe₃O₄形态。如果水蒸汽的加入量过低，催化剂部分活性组份Fe₃O₄就会发生过度还原反应，生成一定量的单质铁，从而促进CO的歧化反应生成炭，炭沉积在催化剂上与单质铁反应生成碳化铁(Fe₅C₂)。Fe₅C₂的生成则会促进F-T反应的发生，生成烃类和含氧类副产物。这些副产物的生成会对合成氨的生产造成较大的影响。

高温变换催化剂需要过量水蒸汽存在的条件下使用，为了保证催化剂具有高活性，增加水蒸汽的加入量是有利的，但是合成氨厂为了节能必须尽可能的降低水蒸汽消耗。在节能型合成氨厂，工艺水蒸汽的加入量大大降低，高温变换催化剂在低汽气比(水蒸汽/干气)下操作，这种条件下若使用传统的铁-铬系高温变换催化剂，其活恬组份Fe₃O₄就会发生过度还原而导致发生F-T反应，生成F-T副产物而消耗H₂，使氨产量降低。

为适应节能型合成氨厂的需要，国外开发了一系列低汽气比高温变换催化剂。如Topsφe公司的SK-201，ICI公司的71-3、71-4、71-5，BASF公司的K6-11，UCI公司的C12-4/G-3C等。这些催化剂都能成功地抑制F-T副反应，在2.75以下的水碳比下操作时，其烃类副产物的生成量不及传统高温变换催化剂的10％。

国内低汽气比高温变换催化剂的研究近年来非常活跃，已经工业化的产品有辽河催化剂厂的B113-2，河南化工研究所的LB，南化集团研究院的NB122等。

国内外的低汽气比高温变换催化剂都是在传统的铁-铬系高温变换催化剂基础上加铜改性而制得的，例如：

美国专利4,861,745公开的低汽气比高温变换催化剂通过将传统的铁-铬系高温变换催化剂片剂浸渍到铜盐溶液，然后经烘干、焙烧而制得。中国专利1,140,630公开的低汽气比高温变换催化剂是在传统的铁-铬系高温变换催化剂基础上添加铜促进剂，同时添加稀土作为促进剂，其铜促进剂一半采用共沉淀方式加入，而另一半采用成型后的片剂浸渍铜盐溶液后再刊进行热处理的方式加入。这两种催化剂都采用了片剂浸渍铜的制备方法，其不足之处催化剂制备工艺复杂，而且浸渍过程会使催化剂的强度下降，甚至破碎。

发明内容：

本发明目的是提供一种在低汽气比条件下使用时具有良好的活性、稳定性，并且能够较好地抑制F-T副反应的发生的低汽气比高温变换催化剂。

本发明通过以下途径来实现：

本发明的催化剂以Fe₂O₃为主体，以Cr₂O₃作为结构助剂，以CuO为促进剂，以催化剂的总重为基准，其组成为：Fe₂O₃ 75％～95％、Cr₂O₃ 2％～15％、CuO 0.5％～4.8％，其组成优选：Fe₂O₃ 80％～90％，Cr₂O₃ 6％～12％，CuO 0.8％～3.0％。

本发明的催化剂制法是：将硫酸亚铁与铬酸酐(或重铬酸钠)的混合溶液用苛性碱(氢氧化钠或氢氧化钾)溶液在低温(20℃～60℃)下进行中和沉淀，次要组分CuO以硫酸铜、硝酸铜或碳酸铜氨溶液的形式分步加入进行沉淀，得到的沉淀经过洗涤、过滤、干燥、造粒，焙烧、压片制得催化剂成品。

本发明优选的制法是：将硫酸亚铁与重铬酸钠(或铬酸酐)的混合溶液用苛性碱(氢氧化钠或氢氧化钾)溶液在低温(20℃～60℃)下进行中和沉淀，得到的沉淀经过洗涤、过滤，滤饼在打浆桶中通过高速旋转的搅拌浆打碎成可流动的浆料，打浆过程中加入(硝酸铜或碳酸铜氨溶液)，料浆经喷雾干燥、造粒、焙烧、压片制得催化剂成品。

本发明催化剂的制备中，中和沉淀过程及沉淀的熟化处理过程中均通入空气，以实现沉淀的晶化。

本发明催化剂的显著特点是其微晶为针棒状，催化剂具有本体硫含量低，堆密度低，机械强度高。

具体实施方式：