[发明专利]一种费托合成熔铁催化剂及其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂及其制备方法，具体说是设计一种用于流化床费托合成反应器的催化剂及其制备方法。

背景技术

费托合成反应(F-T Synthesis)是合成气(CO+H₂)在催化剂上转化为烃类液体燃料的核心过程。合成气由天然气转化制取或由煤气化制取。费托合成反应采用铁基或钴基催化剂。一般而言，钴基催化剂适用于由天然气转化得到的合成气，铁基催化剂因具有良好的变换活性和耐硫性能，适用于煤基费托合成过程。

铁基费托合成催化剂的制备方法主要有沉淀法和熔融法，由于熔融法制备的催化剂机械强度较高，具有较强的抗破碎能力，因此熔融法制备的催化剂比由沉淀法制备的催化剂更适合在流化床反应器中使用，熔铁催化剂另一优点是生产成本较低。

上世纪初，Harber和Mittasch等成功开发了合成氨熔铁催化剂后，人们对此进行了极其深入的研究。传统熔铁催化剂主体成分为Fe₃O₄，催化剂的促进剂通常有K₂O，MgO，Al₂O₃等。南非SASOL首先开发了用于费托合成的熔铁催化剂。在五十年代初，中国科学院大连石油研究所开发了用于费托合成的362-2氮化熔铁催化剂，并在φ600mm反应器内进行了中试，该催化剂存在严重破碎问题。美国专利(U.S.P40838880)发明的熔铁催化剂主体成分为Fe₃O₄，其助剂为K₂O、MnO、Al₂O₃、MgO、V₂O₅、Cr₂O₃等，中国专利CN100355496C发明一种主体相为氧化亚铁，促进相为Al₂O₃、V₂O₅、CaO、CuO、Cr₂O₃、MgO、K₂O、MnO、ZrO₄、CeO₂、La₂O₃、Sm₂O₃、ThO₂、WO₃、Rh₂O、TiO₂、SiO₂任意两种或两种以上组成，该催化剂机械强度优于传统催化剂。

福州大学俞秀金等研究了Fe-Co系熔铁催化剂，该催化剂以Fe₃O₄为基础，添加Al、K、Ca等助剂。与传统Fe系熔铁催化剂相比具有CO转化率高达98％，反应温度低，产物中CO₂含量低等优点。

中国专利CN1279142C发明一种主体相为Fe₃O₄的熔铁费托合成催化剂，以Al₂O₃、CaO、K₂O、SiO₂为助催化剂，该催化剂的C⁵⁺的时空产率较低。

以上催化剂存在甲烷选择性高，烯烃和C⁵⁺选择性低等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供具有高强度、低甲烷选择性、高烯烃选择性、适用于流化床反应器的费托合成催化剂，以及一种生产工艺简单、生产成本低廉的适合于大规模生产的费托合成熔铁催化剂的制备方法及应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种费托合成熔铁催化剂，其特征在于，该催化剂为铁基催化剂，铁(Fe)的重量百分含量为50-85％，三价铁和二倍二价铁的物质的量比值Fe³⁺/2Fe²⁺为0.5-1.5，还包括助催化剂，其组成为：氧化铝(Al₂O₃)0.1-1.5g/100gFe，氧化镁(MgO)0.1-1.5g/100gFe，氧化钾(K₂O)0.2-1.2g/100gFe，氧化钠(Na₂O)0.1-2g/100gFe，氧化钙(CaO)0.1-1.5g/100gFe，氧化硅(SiO₂)0.5-2g/100gFe。