[发明专利]一种用于合成气一步转化为低碳烯烃反应的催化剂

说明书

技术领域

本发明提供了一种用于合成气CO+H₂直接转化制低碳烯烃乙烯、丙稀、丁烯的Fe/活性炭催化剂，包括催化剂的制备和使用方法。

背景技术

通过费托合成反应将合成气定向转化为低碳烯烃，开辟了非石油资源合成基本化工原料的重要途径。催化剂是影响费托合成反应产物的关键因素。合成气定向转化为低碳烯烃反应的催化剂一般选用Fe作为活性组分，同时加入一些助剂；催化剂的载体通常是各种类型的分子筛和活性炭。

1996年，山西煤炭化学研究所开发了两段合成汽油的方法，催化剂为Fe-Mn超细粒子催化剂，第一段反应温度为335℃，CO转化率为96％，产物分布为：C₁⁰13.5％，C₂⁰2.85％，C₂^＝7.17％，C₃⁰1.64，C₃^＝9.76％，C₄⁰1.14％，C₄^＝5.85％，C₅-C₉58.29，CO₂7％。上述结果虽然较好，但从C₁-C₉的烃类都有生成，产物分布较宽，后处理分离困难，低碳烯烃的含量不是很理想。

华东理工大学的专利CN1446884中，通过天然磁铁制得组分和重量百分比如下的催化剂：Fe₃O₄，95.0～98.0％；Al2O3，1.0～2.5％；K₂O，0.5～1.0％；CaO，0.5～1.5％；SiO2，0～0.5％。催化剂用于合成气费托合成反应制备烃类物质，空速2000h^-1时，CO+H₂的单程转化率为66％，但产物中主要为C⁵⁺烃。

另外，兰州化学物理研究所申报的专利CN1065026A中，催化剂采用化学沉淀法、机械混合法制备，使用多种贵金属或稀有金属，如铌、镓、镨、钪、铟、镱、铈、镧等作为助剂，虽然乙烯选择性可达65％～94％，但CO转化率却很低，只有10％、12％和15％左右。原料气CO的循环使用和贵重金属的加入势必会增加成本。

由此可见，要降低通过合成气制备低碳烯烃的成本，需要在催化剂的制备过程中减少或避免使用贵重金属；同时提高催化剂的活性以避免原料气的循环使用；尽量减少C⁵⁺烃类产物的生成。

中科院大连化学物理研究所制备的铁-锰催化剂，以强碱(IA族金属)K或Cs离子作为助剂，在压力1.0～5.0MPa，温度300～400℃的反应条件下，可获得较高的活性(CO转化率90％以上)和选择性(烯烃选择性66％以上)。其使用的载体为MgO等IIA族碱土金属氧化物或高硅沸石分子筛(或磷铝沸石)。

活性炭具有显著发达的细孔结构，耐高温、耐酸、耐碱能力强，是做催化剂载体的理想材料。同时活性炭与催化剂活性组分之间有很强的相互作用，使活性炭负载催化剂在适当温度下有足够高的还原度，从而获得很高的催化活性。

北京化工大学申报的专利ZL03109585.2中，以活性炭为载体，锰、铜、锌、硅、钾等为助剂的Fe/活性炭催化剂，用于合成气制低碳烯烃的反应，在无原料气循环的条件下CO转化率可达96％～99％，碳氢化合物在气相产物中的含量可达69.5％，乙烯、丙稀、丁烯在碳氢化合物中的选择性可达68％以上，液相产物主要为水，效果较好。但催化剂制备时使用的铁盐和助剂锰盐为较贵且较难溶解的草酸铁和乙酸锰，同时使用了乙醇作为溶剂，这就不可避免的会增加催化剂制备过程中的原料成本和操作成本。

发明内容本发明提供了一种用于合成气CO+H₂直接转化制低碳烯烃乙烯、丙稀、丁烯的Fe/活性炭催化剂及其制备方法，同时包括催化剂在合成气制低碳烯烃反应中应用的最佳工艺条件。

本发明的主要优势在于：

本催化剂通过普通的化学方法制备，且制备过程中使用的均为最普通的药品和试剂，制备工艺简单，催化剂成本低廉。

本催化剂的载体为活性炭，而以活性炭为载体用于合成气制低碳烯烃的催化剂，除本单位的专利ZL03109585.2外，还未有其他专利报道。