[发明专利]用于费托合成的铁基催化剂及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种用于费托合成的铁基催化剂及其制备方法。

【背景技术】

费托合成是指将合成气(CO+H₂)转化为碳氢化合物的合成反应。这其中催化剂的选用，是决定合成气能否高效率的转化为碳氢化合物的关键因素，也即是其能否实现工业化的关键因素。经过业界多年的研究，铁基催化剂由于其具有较好的活性且能适应较宽的反应温度范围，使得其在费托合成的工业化中得到广泛的使用。

由于催化剂制备过程中的微小变化都可能导致催化剂的性能发生很大的变化，为了改善铁基催化剂的一些性能，如改变其对某种产物的选择性、提升催化剂的活性及延长催化剂的使用寿命等，业界对铁基催化剂的研究一直未曾间断。

【发明内容】

本发明涉及的一方面是提供一种用于费托合成的含有铁、锰、钾、铜元素的铁基催化剂的制备方法。其中一个实施方案包括有以下步骤：

将含铁、锰的硝酸盐溶液与pH值为中性或弱酸性的乙醇酸铵或柠檬酸铵溶液混合，得到混合浆料；

干燥所述浆料，并得到其物理分解物；

焙烧所述分解物；

将所述焙烧后得到的物质浸渍于预定浓度的碳酸钾溶液中，经过预定时间后，对其干燥处理，得到干燥物；

将所述干燥物浸渍于预定浓度的硝酸铜溶液中，经过预定时间后，对其干燥处理，得到催化剂样品的前驱体；

焙烧所述催化剂前驱体。

本发明涉及的又一方面是提供一种应用上述催化剂制备方法制备得到的用于费托合成的铁基催化剂。其中一个实施方案中，该铁基催化剂包括有铁、锰、钾及铜元素，其中钾元素的含量大约为1wt％，铜元素的含量大约为0.5wt％。

与现有技术相比，使用本发明涉及的催化剂样品制备方法制备出的催化剂样品在费托合成应用中具有较高的CO转化率及较低的CO₂选择性。

【附图说明】

图1为本发明涉及的催化剂样品制备流程图；

图2为本发明涉及的进行催化剂实验的平行反应器的结构示意图；

图3为本发明涉及的使用乙醇酸制备得到的催化剂样品的实验结果图，其中使用的催化剂的还原温度为270℃；

图4为本发明涉及的使用乙醇酸制备得到的催化剂样品的实验结果图，其中使用的催化剂的还原温度为300℃；

图5为本发明涉及的使用乙醇酸制备得到的催化剂样品在不同H₂/CO条件下的实验结果图；

图6为本发明涉及的使用柠檬酸制备得到的催化剂样品的实验结果图，其中使用的催化剂的还原温度为270℃；

图7为本发明涉及的使用柠檬酸制备得到的催化剂样品的实验结果图，其中使用的催化剂的还原温度为300℃；

图8为本发明涉及的使用柠檬酸制备得到的催化剂样品在不同H₂/CO条件下的实验结果图；

图9为本发明涉及的使用柠檬酸制备得到的催化剂样品又一实验结果图；

图10为本发明涉及的使用柠檬酸制备得到的催化剂样品在不同反应温度下的实验结果图；

图11为本发明涉及的使用柠檬酸制备得到的催化剂样品在不同还原温度下的实验结果图。

【具体实施方式】

本发明涉及的一方面是提供一种使用溶胶-凝胶(Sol-Gel)的方法，来制备用于费托合成的含有铁、锰、铜及钾的铁基催化剂，其中在溶胶-凝胶步骤中应用乙醇酸或是柠檬酸与氨水混合来准备pH值为中性或弱酸性的乙醇酸铵或是柠檬酸铵溶液。进一步的，涉及的制备得到的催化剂样品包括的铁、锰元素含量的摩尔比可以在9∶1～2∶8范围内变化，而钾和铜的含量则分别大约为1wt％和0.5wt％。

在一个例子中，如图1所示，一种本发明涉及的用于制备费托合成的含有铁、锰、铜及钾的铁基催化剂的方法100，其包括有以下步骤：应用乙醇酸或柠檬酸的Sol-Gel步骤115、干燥及分解步骤120、第一次焙烧处理步骤125、钾元素浸渍处理及干燥步骤130、铜元素浸渍处理及干燥步骤135、第二次焙烧处理步骤140及压片破碎步骤145等。其中Sol-Gel步骤110包括有溶液准备步骤105及溶液混合静置步骤110。其中溶液准备步骤105中，至少有一种溶液是使用到乙醇酸或柠檬酸的。