[发明专利]适用于费托反应的基于铁的新颖催化剂和其处理方法

说明书

适用于将合成气体转化成烯烃的费托催化剂是由在实质上惰性负载物上包括铁氧化物和碱金属的催化剂前驱体组合物制备，并且接着通过包括以下有序步骤的方法处理：(1)在含氢气的氛围中在0.1到1MPa的压力和280℃到450℃的温度下还原；(2)在含一氧化碳的氛围中在0.1到1MPa的压力和200℃到低于340℃的温度下渗碳；以及(3)在含氢气和一氧化碳的氛围中在0.1到2MPa的压力和280℃到340℃的温度下调节。当与通过给定步骤中的一个或一些(但不是全部)和/或在不同条件下处理的其它方面相同的催化剂前驱体组合物相比时，所得催化剂展现选自(1)增加整体活性；(2)减少磨合时间；(3)减慢失活速率；以及(4)增加失活开始的时间的至少一种改善。

对相关申请的交叉参考

本申请要求2013年6月28日提交的美国专利申请序列号61/840,648的优先权，所述专利申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及适用于将合成气体转化成轻烯烃的基于铁的催化剂领域。更确切地说，本发明涉及一种改善此类催化剂关于最大活性、磨合期、失活速率和/或失活开始的时间的性能的方法。

背景技术

本发明一般应用于合成气体的转化。合成气体(或“合成气”)在本文中是指包含一氧化碳和氢气的混合物。合成气体也可以包含二氧化碳。为了在借助于费托(Fischer-Tropsch，FT)方法生产烯烃中使用，优选地去除、减少或以其它方式调节CO₂以便提供下文论述的所需H₂:CO比率。

合成气体一般通过以下方法产生，如天然气或较重烃的蒸气重整、部分氧化、干重整或自热重整以产生氢气和一氧化碳，或煤、生物质和在一些类型废物再生能源的气化设施中的气化。特别是关于潜在生物质和废物来源，合成气体作为环保、可持续的基于碳的化学品来源越来越受到关注。

合成气体的有用应用将一般需要通过例如通常采用基于铁或钴的催化剂的费托合成将气体CO和H₂组分化学转化成如燃料或化学品的烃。可以替代地使用基于镍和钌的催化剂。这个方法的主要目的是通常由煤、天然气或生物质产生合成石油替代品，用作合成润滑油或合成燃料。

费托方法涉及多种竞争性化学反应，其产生一系列所需产物和常常非所需副产物。当使用钴催化剂时，最重要的反应是引起烷烃形成的那些反应。这些可以由化学方程式描述：

(2n+1)H₂+nCO→C_nH_(2n+2)+nH₂O

式1

其中n是正整数。由于甲烷(n＝1)多半被认为是不想要的副产物，所以通常选择有利于较高分子量产物(n>>1)的方法条件和催化剂组合物并且因此使甲烷形成减到最少。除烷烃形成以外，竞争性反应还引起烯烃以及醇和其它氧化烃的形成。虽然已经开发有利于这些产物中的一些的基于铁的催化剂，但是通常仅形成相对少量的这些非烷烃产物。烯烃的形成一般表示为以下化学方程式中的一些组合，其中式1表示水形成的极限，并且式2表示二氧化碳形成的极限，即水煤气变换反应：

2nH₂+nCO→C_nH_2n+nH₂O

式2

CO+H₂O→H₂+CO₂

式3

以上两个反应的组合由式4表示。

nH₂+2nCO→C_nH_2n+nCO₂