[发明专利]一种高效铁系催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁系催化剂及其制备方法，具体涉及一种利用五羰基铁在固态催化剂载体上原位分解生产均匀分散的高效的铁系催化剂及其制备方法。

背景技术

过渡族元素铁因具有特殊的d电子轨道，对H₂、N₂、NH₃、C₂H₂、C₂H₄等能产生化学吸附，生成表面中间物种，使被吸附分子活化解离为原子，提供给反应物进行各种化学反应，因而是一种优良的化工催化剂。铁系催化剂已在煤化工、石油精炼、氨合成及分解催化领域得到广泛应用。

目前常用的铁系催化剂主要有天然黄铁矿、硫铁矿及各种冶炼废渣。其粒子一般在数微米至数十微米，分散困难，催化效果受到限制。研究表明，催化剂粒子越细，其在煤浆或油品中的分散越好，催化效果也越好。使用高分散超细粒子催化剂，可以提高加氢转化率，减少催化剂用量，降低成本，减少环境污染。从已有报道来看，采用机械研磨手段降低催化剂粒径，达到微米级已是极限。

为降低铁系加氢催化剂粒径，各国研究人员开发出多种人工合成方法。

在西方，特别是欧美各国的科学家一直致力于高分散催化剂的开发。当前研究最多、最为流行的是把Fe系催化剂制成粒径在1微米以下的超细粒子，特别是纳米级(1～100nm)粒子，已提出的制备方法有：激光裂解法、溶液的快速热解法、金属盐溶液的共沉淀法和反相胶束微乳液法等。美国主要采用三价铁盐作为催化剂原料，制备成纳米颗粒，但三价铁盐价格高，成本大；德国采用炼铝废渣，此技术不需要单独研磨，降低了成本，但不符合我国铝资源铁含量低的国情。

日本新能源开发机构(NEDO)以硫酸铁和硫作为原料，480-500℃在连续流化床反应器中合成硫化铁(SIS)。催化剂的一次粒子为50-200nm，由于团聚，催化剂二次粒子的平均粒度为108um，需通过超声震动分散成亚微米尺寸。日本褐煤液化公司以硫酸亚铁与氨水为原料，制得氢氧化亚铁后加入磷酸氢铵，在40℃空气氧化20小时，制得γ-FeOOH超细粒子，γ-FeOOH粉末在100℃下干燥，γ-FeOOH容易团聚，需通过超细磨在工艺溶剂中粉碎至亚微米级粒径。

我国863计划最近研究成果表明，将二价铁盐作为基本原料合成纳米级颗粒，可以起到很好的催化效果，但制备过程中生成的纳米催化剂前躯体是一种亚稳态固体物，如不及时分散，会发生二次团聚；前躯体氧化生成催化剂产品时，也会发生颗粒长大的现象，降低铁系催化剂的比表面积与活性。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高效铁系催化剂及其制备方法，采用该制备方法生产的铁系催化剂催化活性高，制备工艺简单，易于放大进行产业化生产。

本发明的铁系催化剂由粒径小于100nm的铁粒子均匀分散在固态催化剂载体微孔中组成。

本发明的高效铁系催化剂的制备方法由以下步骤组成：

①向高压反应釜中加入固态催化剂载体，抽真空或用高纯氮或惰性气体置换釜内空气，加入五羰基铁液体；

②启动加热装置，加热至温度后保温，使五羰基铁在反应釜内蒸发为蒸汽并充分膨胀，渗入催化剂载体微孔中；

③继续升温或向反应釜内通高温带压高纯氮气或其它惰性气体，使吸附在载体微孔中的五羰基铁原位分解，得到纳米级铁粒子；

④冷却，排出气体至尾气处理系统，将制得的纳米铁系催化剂成品放入充满高纯氮气或其它惰性气体的包装内，密封保存。

本发明的高效铁系催化剂的制备方法中，步骤①中固态催化剂载体为沸石、活性炭、γ-Al₂O₃、硅藻土、焦炭、煤粉或其它多孔材料中的至少一种，五羰基铁液体占反应釜容积的0.1-0.8。

本发明的高效铁系催化剂的制备方法中，步骤②中加热温度为60-285℃，优选在103-180℃，保温0.5-2h。

本发明的高效铁系催化剂的制备方法中，步骤③中所述高温为200-400℃，保温0.1-1h，高纯惰性气体压力为5-10MPa。